木塑型材的無鹵阻燃改性工業(yè)木質(zhì)素、制備方法及應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及了一種材料、制備方法及應(yīng)用，特別是涉及了一種木塑型材的無鹵阻 燃改性工業(yè)木質(zhì)素、制備方法及應(yīng)用，環(huán)境友好且具有良好阻燃效果。
【背景技術(shù)】
[0002] 木塑型材是一種主要由木材(木纖維素、植物纖維素)為基礎(chǔ)材料與熱塑性高分子 材料和加工助劑等，混合均勻后再經(jīng)模具設(shè)備加熱擠出成型而制成的材料，兼有木材和塑 料的性能與特征。能夠用于制備木塑型材的高分子材料主要有聚乙烯、聚丙烯和聚氯乙烯， 然而由于聚氯乙烯在燃燒過程中會釋放出氯化氫和其他有毒氣體，例如二噁英;在燃燒過 程中生煙量在通用塑料品種中最大;進(jìn)一步燃燒還會生成一氧化碳、二氧化碳、含苯環(huán)化合 物和炭煙塵，對環(huán)境和人身安全有很大危害。因而，目前常用的綠色木塑型材主要為聚乙烯 和聚丙烯為主要基材;該種類的高分子基材以及木粉都極易燃燒，因此對木塑型材的應(yīng)用 造成了制約。
[0003] 為了解決木塑型材防火的問題，目前主要的方法有直接添加阻燃劑，其中以膨脹 型阻燃劑較為環(huán)保。然而，純粹通過直接將小分子的季戊四醇和聚磷酸銨復(fù)配的方法來制 備阻燃添加劑存在以下問題:添加到木塑復(fù)合材料中導(dǎo)致加工的粘度增加，加工困難，此外 還容易磨損螺桿;在木塑型材中長期使用還會迀移到材料的表面;破壞外觀并影響性能。因 而大分子的膨脹阻燃劑是目前應(yīng)用的新趨勢。
[0004] 工業(yè)木質(zhì)素在自然界中來源廣泛，工業(yè)界的木質(zhì)素主要來源于造紙廢水，工業(yè)木 質(zhì)素會造成極大的污染，其綜合利用是世界各國聚焦的難題;具有顯著的社會價值和經(jīng)濟(jì) 價值。由于木質(zhì)素極性強(qiáng)，并且具有較強(qiáng)的分子內(nèi)氫鍵，因而與聚乙烯和聚丙烯的界面鍵合 能力比較弱，因而將木質(zhì)素應(yīng)用于木塑型材必須將木質(zhì)素進(jìn)行改性。目前已有專利報道將 改性木質(zhì)素用于聚乙烯和聚丙烯的阻燃，如專利CN104194371采用溴代十二烷、溴代十六 烷、溴代十八烷中的一種或者多種組合對木質(zhì)素進(jìn)行改性，雖然制備得到了大分子阻燃劑； 但是改性得到的木質(zhì)素含有鹵素，不符合歐盟對阻燃劑添加的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 針對木塑型材體系，主要是針對聚烯烴體系，針對目前木塑型材體系添加型阻燃 劑的不足，本發(fā)明提出了一種木塑型材的無鹵阻燃改性工業(yè)木質(zhì)素、制備方法及應(yīng)用，通過 對木質(zhì)素進(jìn)行改性合成了不含鹵素的阻燃工業(yè)木質(zhì)素，具有良好的阻燃效果，應(yīng)用于聚烯 烴類的木塑型材，具有良好的阻燃效果。
[0006] 本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下：
[0007] 本發(fā)明采用工業(yè)紙漿廢水中的木質(zhì)素為原料，通過加入上述物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)改性， 制備得到的改性工業(yè)木質(zhì)素集合氮、磷和金屬絡(luò)合物為一體，可作為新型阻燃添加劑。其具 有良好的阻燃性能，通過熔融共混的加工方法混合到木塑復(fù)合材料中，可降低木塑復(fù)合料 的可燃性。
[0008] 本發(fā)明主要是由于改性工業(yè)木質(zhì)素中的氮能夠形成燃燒惰性氣體，稀釋可燃?xì)?體;而改性工業(yè)木質(zhì)素含有的磷能夠促進(jìn)炭層的形成;而體系中的金屬鋅元素更能催化炭 層的形成;從而形成隔離膜，防止燃燒性氣體向木塑體系的快速擴(kuò)散和傳遞，最終實現(xiàn)阻燃 和抑煙的功能。
[0009] 本發(fā)明整個合成過程未添加使用有害溶劑，也沒有有害物質(zhì)生成；不含有生成有 毒煙霧的鹵素，并且可以有效地阻止木塑型材燃燒并且減少燃燒產(chǎn)生的煙霧;且在木塑型 材的加工過程中不會對成型過程造成影響，也不存在迀移至樣品表面，影響表面形貌和力 學(xué)性能的問題。
[0010] 本發(fā)明的有益效果是：
[0011] 本發(fā)明材料具有良好的阻燃性能，對木塑型材具有良好的阻燃效果，并且充分利 用了工業(yè)排放的廢水中的堿木質(zhì)素，可以減輕環(huán)境負(fù)擔(dān)。本發(fā)明具有環(huán)保高效以及與木塑 型材基體界面相容性好的特點。
[0012] 本發(fā)明實施例以聚丙烯木塑體系為例，將按照本發(fā)明制造的改性的工業(yè)木質(zhì)素加 入木塑體系中，通過熔融共混并且模壓成型最后得到木塑型材，由其數(shù)據(jù)可看出其阻燃性 能優(yōu)異，具有突出顯著的技術(shù)效果。
【具體實施方式】
[0013] 下面結(jié)合具體實施例詳細(xì)描述本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述的實施 案例。
[0014] 本發(fā)明的實施例如下：
[0015] 實施例1
[0016] 60克工業(yè)木質(zhì)素在溶于堿液，調(diào)節(jié)PH值至9.5,加入15克多聚甲醛和5克聚乙烯亞 胺，50攝氏度條件反應(yīng)2小時，用鹽酸調(diào)節(jié)PH至3.5,析出沉淀;過濾干燥后加入5克多聚甲醛 和2克亞磷酸二乙酯并用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH至8.5，60攝氏度下反應(yīng)2個小時；加入鹽酸調(diào) 節(jié)PH值至3.5，加入3克醋酸鋅，過濾干燥并研磨至細(xì)粉狀;再包裝密封。
[0017] 為了反映本發(fā)明的產(chǎn)品的效果，本實施例以聚丙烯木塑體系為例，將制備得到改 性工業(yè)木質(zhì)素以3%的比例加入木塑體系中，180攝氏度下通過熔融共混并且模壓成型最后 得到木塑型材，其阻燃性能和力學(xué)性能的參數(shù)列于下表1:
[0018] 表1
[0019]
[0020] 由表中可看出，在木塑材料中加入該發(fā)明的產(chǎn)品后，點燃時間明顯延長，意味著人 們在火災(zāi)發(fā)生時可以有更多的時間逃生;在燃燒過程中的總的熱釋放量明顯降低表示燃燒 過程中產(chǎn)生的熱量減少，被燒傷的程度會降低;熱釋放峰值也有所降低意味著在燃燒過程 中放熱的最大程度得到了抑制；煙密度意味著火災(zāi)發(fā)生時的單位面積產(chǎn)生煙霧的量減少； 所以加入本發(fā)明的材料后總體的阻燃性能得到了提升;而加入本發(fā)明的材料后，木塑材料 的拉伸性能和彎曲性能提高。
[0021] 實施例2
[0022] 75克工業(yè)木質(zhì)素在溶于堿液，調(diào)節(jié)PH值至9,加入20克多聚甲醛和10克聚乙烯亞 胺，60攝氏度條件反應(yīng)3小時，用鹽酸調(diào)節(jié)PH至5，析出沉淀;過濾干燥后加入8克多聚甲醛和 5克亞磷酸二乙酯并用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH至9,80攝氏度下反應(yīng)4個小時；加入鹽酸調(diào)節(jié)PH 值至5，加入5克醋酸銅，過濾干燥并研磨至細(xì)粉狀;再包裝密封。
[0023] 為了反映本發(fā)明的產(chǎn)品的效果，本實施例以聚丙烯木塑體系為例，將制備得到改 性木質(zhì)素纖維工業(yè)木質(zhì)素以3%的比例加入木塑體系中，180攝氏度下通過熔融共混并且模 壓成型最后得到木塑型材，其阻燃性能和力學(xué)性能的參數(shù)列于下表2:
[0024] 表 2

[0027]由表中可看出，在木塑材料中加入該發(fā)明的產(chǎn)品后，點燃時間明顯延長，意味著人 們在火災(zāi)發(fā)生時可以有更多的時間逃生;在燃燒過程中的總的熱釋放量明顯降低表示燃燒 過程中產(chǎn)生的熱量減少，被燒傷的程度會降低;熱釋放峰值也有所降低意味著在燃燒過程 中放熱的最大程度得到了抑制；煙密度意味著火災(zāi)發(fā)生時的單位面積產(chǎn)生煙霧的量減少； 所以加入本發(fā)明的材料后總體的阻燃性能得到了提升;而加入本發(fā)明的材料后，木塑材料 的拉伸性能和彎曲性能提高。
[0028] 實施例3
[0029] 60克工業(yè)木質(zhì)素在溶于堿液，調(diào)節(jié)PH值至9.5,加入18克多聚甲醛和5克聚乙烯亞 胺，55攝氏度條件反應(yīng)2.5小時，用鹽酸調(diào)節(jié)PH至5.5，析出沉淀;過濾干燥后加入6.5克多聚 甲醛和4克亞磷酸二乙酯并用氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)PH至9,70攝氏度下反應(yīng)3個小時;加入鹽酸 調(diào)節(jié)PH值至5，加入4克醋酸鋅，過濾干燥并研磨至細(xì)粉狀;再包裝密封。
[0030] 為了反映本發(fā)明的產(chǎn)品的效果，本實施例以聚丙烯木塑體系為例，將制備得到改 性木質(zhì)素纖維工業(yè)木質(zhì)素以3%的比例加入木塑體系中，180攝氏度下通過熔融共混并且模 壓成型最后得到木塑型材，其阻燃性能和力學(xué)性能的參數(shù)列于下表3:
[0031] 表3