一种阻燃植物纤维及其在增强聚丙烯复合材料中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种阻燃植物纤维及其在增强聚丙烯复合材料中的应用。所述阻燃植物纤维包括：植物纤维、多聚磷酸胺、季戊四醇、表面活性剂、偶联剂以及三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、水合硫酸钠中的任一种或两种以上的组合。所述阻燃植物纤维的制备方法包括：采用雾化溶剂喷涂的方式，将各组分形成的阻燃剂混合溶液喷涂于植物纤维表面，之后干燥，获得阻燃植物纤维。所述增强聚丙烯复合材料包括阻燃植物纤维、阻燃聚丙烯和马来酸酐改性聚丙烯。本发明专利技术利用对植物纤维的绿色阻燃改性，可有效防止植物纤维增强聚合物体系中阻燃测试中的“灯芯”效应，使阻燃植物纤维增强聚丙烯复合材料在高纤维含量下的垂直燃烧性能也能达到V‑0级别，应用前景广泛。

A Flame Retardant Plant Fiber and Its Application in Reinforced Polypropylene Composites

The invention discloses a flame retardant plant fiber and its application in reinforced polypropylene composite material. The flame retardant plant fiber includes plant fiber, polyphosphate amine, pentaerythritol, surfactant, coupling agent and one or more combinations of melamine, melamine polyphosphate and sodium sulfate hydrate. The preparation method of the flame retardant plant fiber includes: spraying the flame retardant mixture solution formed by each component on the surface of the plant fiber by atomizing solvent spraying, drying and obtaining the flame retardant plant fiber. The reinforced polypropylene composite material comprises flame retardant plant fiber, flame retardant polypropylene and maleic anhydride modified polypropylene. The green flame retardant modification of vegetable fibers can effectively prevent the \wick\ effect in flame retardant test of vegetable fiber reinforced polymer system, and make the vertical combustion performance of the flame retardant vegetable fiber reinforced polypropylene composite material reach V_0 level at high fiber content, which has wide application prospects.

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃植物纤维及其在增强聚丙烯复合材料中的应用
本专利技术涉及一种阻燃植物纤维，特别是涉及一种改性阻燃植物纤维及其制备方法，以及其在制备增强聚丙烯复合材料中的应用，属于绿色高分子复合材料及高分子成型加工领域。
技术介绍
近年来，由于材料轻量化的设计要求及需求的增加，代替金属材料的具有比强度高、比模量大、可设计性、耐久性能好的纤维增强复合材料得到巨大的发展，其中以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维为主的纤维增强复合材料被越来越广泛地应用于各种民用建筑、桥梁、公路、海洋、水工结构以及地下结构等领域中。而最近15年来，植物纤维增强复合材料由于植物纤维的来源广泛，其研究和工业应用越来越受到重视。植物纤维增强复合材料是将植物纤维与热塑性树脂基体或热固性树脂基体复合而成的一种新型材料。相比人造纤维，虽然耐温性能和强度稍差，但其密度低、隔音效果好、可再生、环保，目前在汽车轻量化、复合地板和家居上有较多的应用。植物纤维来源广泛，目前常用的植物纤维由亚麻、黄麻、剑麻、秸秆、竹子、棕榈和椰子等，来源广泛、强度较高，但也存在容易潮湿腐败、纤维成分复杂、容易燃烧等缺点。而常用于植物纤维增强复合材料的热塑性树脂有聚丙烯、聚乙烯、聚乳酸，热固性树脂主要是含有环氧官能团的环氧树脂。这些树脂也容易燃烧，尤其是聚丙烯和聚乙烯。目前，一些现有专利如CN106674741A、CN104312092A和CN107254147A等已经公开了单一对共混物进行阻燃或用碱液、乙醇处理的方法，但是其均存在阻燃剂在纤维表面的分散性不好和附着不均匀的问题，且高含量植物纤维在燃烧测时容易导致“灯芯”效应，从而影响其阻燃性能，限制了植物纤维增强复合材料的应用。因此针对植物纤维增强复合材料在室内应用时的阻燃问题，业界亟需研发一种阻燃效果优异且容易大规模生产的阻燃改性方法。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种阻燃植物纤维及其制备方法，以克服现有技术中的不足。本专利技术的另一目的在于提供所述阻燃植物纤维在制备增强聚丙烯复合材料中的应用。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种阻燃植物纤维，其包括如下组分：植物纤维、多聚磷酸胺、季戊四醇、表面活性剂、偶联剂以及三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、水合硫酸钠中的任意一种或两种以上的组合。在一些实施例中，所述的阻燃植物纤维包括按照质量份数计算的如下组分：植物纤维200份、多聚磷酸胺9～15份、季戊四醇1～5份、三聚氰胺5～9份、三聚氰胺聚磷酸盐5～7份、水合硫酸钠5～7份、表面活性剂0.1～0.3份和偶联剂0.1～0.4份。本专利技术实施例还提供了前述阻燃植物纤维的制备方法，其包括：使偶联剂于弱酸性环境中水解20～40min，之后与多聚磷酸胺、季戊四醇、表面活性剂以及三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、水合硫酸钠中的任意一种或两种以上的组合均匀混合，形成阻燃剂混合溶液；以及，采用雾化溶剂喷涂的方式，将所述阻燃剂混合溶液均匀喷涂于植物纤维表面，之后干燥，获得阻燃植物纤维。本专利技术实施例还提供了前述阻燃植物纤维于制备增强聚丙烯复合材料中的应用。本专利技术实施例还提供了一种增强聚丙烯复合材料，其包含前述的阻燃植物纤维、阻燃聚丙烯和马来酸酐改性聚丙烯。在一些实施例中，所述增强聚丙烯复合材料包含按照质量份数计算的如下组分：阻燃植物纤维50～70份、阻燃聚丙烯20～45份和马来酸酐改性聚丙烯6～10份。在一些实施例中，所述阻燃聚丙烯包括如下组分：聚丙烯、多聚磷酸胺、季戊四醇、三聚氰胺和/或三聚氰胺聚磷酸盐、无机阻燃剂、抗滴落剂、增亮剂、抗氧剂和硅烷偶联剂。进一步地，所述阻燃聚丙烯包含按照质量份数计算的如下组分：聚丙烯75份、多聚磷酸胺9～13份、季戊四醇3.5份、三聚氰胺6～9份、三聚氰胺聚磷酸盐6～9份、无机阻燃剂1～2份、抗滴落剂0.05～0.3份、增亮剂0.1～0.4份、抗氧剂0.05～0.4份和硅烷偶联剂0.1份。本专利技术实施例还提供了前述增强聚丙烯复合材料的制备方法，其包括：将前述的阻燃植物纤维、阻燃聚丙烯和马来酸酐改性聚丙烯于180～200℃融熔共混8～12min，获得增强聚丙烯复合材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：1)本专利技术通过对植物纤维进行绿色阻燃改性，采用高填充的阻燃植物纤维改性聚丙烯复合材料，在力学和阻燃性能上达到了较好的平衡，解决了高填充下，植物纤维增强聚丙烯复合材料易燃的问题，有效的防止了植物纤维增强聚合物体系中阻燃测试中的“灯芯”效应，使得阻燃植物纤维增强聚丙烯复合材料在高纤维含量下的垂直燃烧性能也能达到V-0级别，可广泛用于需要阻燃的植物纤维增强聚丙烯复合材料领域；2)本专利技术不仅对聚合物进行阻燃改性，而且重点对植物纤维进行改性，并且解决了阻燃剂在植物纤维表面的分散和附着问题，有效的提高了阻燃剂在植物纤维和聚合物之间的分散问题，这种阻燃性的植物纤维增强复合材料可广泛的用于室内或对阻燃有需要的家居、汽车和装饰板材上；3)本专利技术除了采用无卤阻燃剂，在处理植物纤维时没有用到强酸强碱碱性溶剂进行处理，无需后面的废水处理，有效的减少了废水排放，有利于环境保护和资源节约，是一款完全复合绿色化工的复合材料。具体实施方式鉴于现有技术中植物纤维增强复合材料在室内应用时的阻燃问题的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，提供一种阻燃效果优异且容易大规模生产的阻燃改性方法，该方法不仅对聚合物进行阻燃改性，而且重点对植物纤维进行改性，并且解决了阻燃剂在纤维表面的分散和附着问题，有效的提高了阻燃剂在纤维和聚合物之间的分散问题。这种阻燃性的植物纤维增强复合材料可广泛的用于室内或对阻燃有需要的家居、汽车和装饰板材上。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例的一个方面提供的一种阻燃植物纤维，其包括如下组分：植物纤维、多聚磷酸胺、季戊四醇、表面活性剂、偶联剂以及三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、水合硫酸钠中的任意一种或两种以上的组合。在一些实施例中，所述的阻燃植物纤维包括按照质量份数计算的如下组分：植物纤维200份、多聚磷酸胺9～15份、季戊四醇1～5份、三聚氰胺5～9份、三聚氰胺聚磷酸盐5～7份、水合硫酸钠5～7份、表面活性剂0.1～0.3份和偶联剂0.1～0.4份。其中，三聚氰胺聚磷酸盐具有更好的耐温和耐水解性，可以用于对耐湿耐温有要求的环境中，而水合硫酸钠水溶性较好。作为较佳优选实施方案之一，所述植物纤维可以包括黄麻、剑麻、亚麻、芦苇或纸浆纤维等，优选为剑麻、芦苇或纸浆纤维，但不限于此。进一步地，所述植物纤维是经过粉碎处理的短切植物纤维，长度为0.5～5cm。进一步地，所述多聚磷酸胺的聚合度n≤50。作为较佳优选实施方案之一，所述表面活性剂的耐热温度需要在120℃以上。进一步地，所述表面活性剂可以包括离子型表面活性剂、非离子型表面活性剂，优选可以是含氟碳或硅的表面活性剂，如：全氟烷基季铵盐型、非离子型或有机硅表面活性剂等，优选的可以用杜邦的FS60或者赢创的Dynol980，但不限于此。作为较佳优选实施方案之一，所述偶联剂可以是硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂等中的一种或两种；其中所述硅烷偶联剂具有的有效官能团包括碳碳双键、环氧基和氨基中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻燃植物纤维，其特征在于包括如下组分：植物纤维、多聚磷酸胺、季戊四醇、表面活性剂、偶联剂以及三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、水合硫酸钠中的任意一种或两种以上的组合。

【技术特征摘要】
1.一种阻燃植物纤维，其特征在于包括如下组分：植物纤维、多聚磷酸胺、季戊四醇、表面活性剂、偶联剂以及三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、水合硫酸钠中的任意一种或两种以上的组合。2.根据权利要求1所述的阻燃植物纤维，其特征在于包括按照质量份数计算的如下组分：植物纤维200份、多聚磷酸胺9～15份、季戊四醇1～5份、三聚氰胺5～9份、三聚氰胺聚磷酸盐5～7份、水合硫酸钠5～7份、表面活性剂0.1～0.3份和偶联剂0.1～0.4份。3.根据权利要求1或2所述的阻燃植物纤维，其特征在于：所述植物纤维包括黄麻、剑麻、亚麻、芦苇或纸浆纤维，优选为剑麻、芦苇或纸浆纤维；优选的，所述植物纤维包括经过粉碎处理的短切植物纤维；尤其优选的，所述植物纤维的长度为0.5～5cm；和/或，所述多聚磷酸胺的聚合度≤50；和/或，所述表面活性剂的耐热温度在120℃以上；优选的，所述表面活性剂包括离子型表面活性剂和/或非离子型表面活性剂，优选为含氟碳或硅的表面活性剂，尤其优选包括全氟烷基季铵盐型和/或有机硅表面活性剂；和/或，所述偶联剂包括硅烷偶联剂和/或钛酸酯偶联剂；优选的，所述硅烷偶联剂具有的有效官能团包括碳碳双键、环氧基和氨基中的任意一种或两种以上的组合；尤其优选的，所述硅烷偶联剂包括γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷中的任意一种或两种以上的组合。4.如权利要求3所述的阻燃植物纤维的制备方法，其特征在于包括：使偶联剂于弱酸性环境中水解20～40min，之后与多聚磷酸胺、季戊四醇、表面活性剂以及三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、水合硫酸钠中的任意一种或两种以上的组合均匀混合，形成阻燃剂混合溶液；以及，采用雾化溶剂喷涂的方式，将所述阻燃剂混合溶液均匀喷涂于植物纤维表面，之后干燥，获得阻燃植物纤维；优选的，所述雾化溶剂喷涂采用的溶剂包括去离子水和/或乙醇；优选的，所述制备方法具体包括：在所述喷涂完成后，将所获植物纤维于80～100℃干燥1～2h，之后升温至105～120℃干燥10～30min，再于90～110℃的条件中至完全干燥。5.权利要求1-3中任一项所述的阻燃植物纤维于制备增强聚丙烯复合材料中的应用。6.一种增强聚丙烯复合材料，其特征在于包含权利要求1-3中任一项所述的阻燃植物纤维、阻燃聚丙烯和马来酸酐改性聚丙烯。7.根据权利要求6所述的增强聚丙烯复合材料，其特征在于包含按照质量份数计算的如下组分：阻燃植物纤维50～70份、阻燃聚丙烯20～45份和...

【专利技术属性】
技术研发人员：龙昱，黄骏成，朱锦，杨勇，张若愚，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33