一种竹木纤维复合墙板及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体为一种竹木纤维复合墙板及其制备方法。

背景技术

木塑复合材料在二十世纪八十年代就已经出现，它是以木材作为基体，塑料作为功能体，不需要其他的粘合剂，只需要经过高温软化就能制成的复合型材料。由于其具有木材与塑料的性能特点，因而在家居建材领域得到广泛应用。

但是由于木材和塑料的易燃特性，存在着火灾等安全隐患。且木纤维中包含较多的极性官能团如羟基等，而塑料大部分为非极性，二者之间表面能的差异导致木粉和塑料共混时相容性较差，进而导致木塑复合材料的力学性能受到影响，进而限制了其应用场景。

发明内容

发明目的：针对上述技术问题，本发明提出了一种竹木纤维复合墙板及其制备方法。

所采用的技术方案如下：

一种竹木纤维复合墙板，以重量分数计，包括以下组分：

聚丙烯60-80份、竹木复合纤维20-40份、玻璃纤维5-10份、含氟聚合物/无机粒子复合空心微球20-40份、马来酸酐接枝聚丙烯1-5份、抗氧剂0.5-1份。

进一步地，所述竹木复合纤维包括竹纤维和木纤维，所述竹纤维和木纤维的重量比为1：1。

进一步地，所述竹纤维和木纤维均经过端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶改性处理。

进一步地，所述含氟聚合物/无机粒子复合空心微球包括空心无机粒子和包覆在所述空心无机粒子表面的含氟聚合物。

进一步地，所述含氟聚合物是由苯乙烯、甲基丙烯酸十二氟庚酯共聚得到。

进一步地，所述空心无机粒子为空心氧化铝微球、空心二氧化硅微球、空心二氧化钛微球中的任意一种或多种组合。

进一步地，所述含氟聚合物/无机粒子复合空心微球的制备方法如下：

利用硅烷偶联剂KH-570对空心无机粒子进行表面改性，再加入到乙醇/水混合溶液中，加入聚乙烯吡咯烷酮并超声分散得到悬浮液，水浴加热至55-75℃，加入苯乙烯、甲基丙烯酸十二氟庚酯和自由基引发剂，预聚30-60min后加入双马来酰亚胺交联剂，继续保温反应10-20h后恢复室温，收集产物、洗涤后干燥即可。

进一步地，苯乙烯、甲基丙烯酸十二氟庚酯和双马来酰亚胺交联剂的重量比为8-10：1-3：0.05-0.1。

进一步地，所述双马来酰亚胺交联剂为二苯甲烷双马来酰亚胺和/或N,N′-(对亚苯基)二马来酰亚胺。

本发明还提供了一种竹木纤维复合墙板的制备方法：

将聚丙烯、竹木复合纤维、玻璃纤维、含氟聚合物/无机粒子复合空心微球、马来酸酐接枝聚丙烯、抗氧剂混合均匀后加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，机筒各区及模头温度范围在135-230℃，所得粒料注塑成型即可。

本发明的有益效果：

本发明提供了一种竹木纤维复合墙板，端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶的-NCO可与竹木纤维表面羟基发生接枝反应，较长的非极性碳链与聚丙烯有很好的相容性，对竹木纤维进行改性处理后可以改善竹木纤维与树脂基体之间的相容性，使界面性能更加优越；

含氟聚合物/无机粒子复合空心微球均匀分散于树脂基体中，产应集中效应，引发量银纹，迫使粒周围的基体产变形，在外力冲击时能够吸收量的冲击能，起到增加韧性、提高力学强度的作用，包覆在空心无机粒子表面的含氟聚合物可以改善空心无机粒子与树脂基体的相容性，提高填充效果，而且空心结构可以降低自重，提升隔热保温效果，燃烧时含氟聚合物中的氟元素可以与可以与燃烧过程中的自由基发生反应，阻碍火焰的形成和蔓延，抑制燃烧反应的进行，玻璃纤维与空心无机粒子构成稳定且连续的三维网络，当燃烧时可以保持本身构架，保持炭层形貌完整，提高残炭量，长久维持承载能力和阻隔作用；

经过测试，本发明所制备竹木纤维复合墙板的力学性能优良，属于难燃材料，在家居建材领域有着广泛的应用前景。

附图说明

图1为实施例1中竹木纤维复合墙板燃烧后的照片，可以看出其燃烧后较好的保持了本身的构架，炭层形貌完整，残炭量高，能够长久维持承载能力和阻隔作用。

具体实施方式

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。本发明未提及的技术均参照现有技术，除非特别指出，以下实施例和对比例为平行试验，采用同样的处理步骤和参数。

聚丙烯：中国石化齐鲁分公司，模压级；

竹纤维：安吉海润竹纤维股份有限公司，长度约5mm；

杨木纤维：石家庄文予木纤维素贸易有限公司，长度5mm；

玻璃纤维：泰安鸿砼新材料有限公司，长度5mm；

含氟聚合物/无机粒子复合空心微球：自制；

马来酸酐接枝聚丙烯：南京强韧塑胶有限责任公司；

抗氧剂1010：南京米兰新材料有限公司。

实施例1：

一种竹木纤维复合墙板，以重量分数计，包括以下组分：

聚丙烯70份、竹纤维15份、杨木纤维15份、玻璃纤维8份、含氟聚合物/无机粒子复合空心微球30份、马来酸酐接枝聚丙烯5份、抗氧剂1010 1份。

其中，竹纤维和杨木纤维均经过端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶改性处理，改性处理方法如下：

将竹纤维和杨木纤维干燥至含水率≤10％，再于端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶中浸渍10min后，取出60℃真空干燥48h即可。

含氟聚合物/无机粒子复合空心微球的制备方法如下：

在烧瓶中加入50g空心氧化铝微球、300ml无水乙醇和100ml去离子水，超声振荡30min待用，将15ml硅烷偶联剂KH 570加入到由90ml无水乙醇和10ml去离子水组成的混合溶液中，用乙酸调节体系的pH至3，继续搅拌1h后，一次性加入到烧瓶中，再将烧瓶放入75℃恒温水浴中机械搅拌4h，停止搅拌，滤出沉淀，并用乙醇和去离子水的混合液(体积比1：1)重复超声清洗三次后，置于60℃真空干燥箱中干燥10h得到表面改性后的空心氧化铝微球，再将其加入到由300ml无水乙醇和200ml去离子水组成的混合溶液中，加入5g聚乙烯吡咯烷酮并超声分散30min得到悬浮液，水浴加热至70℃，加入18g苯乙烯、5g甲基丙烯酸十二氟庚酯和0.1g自由基引发剂AIBN，保温预聚60min后加入0.2g二苯甲烷双马来酰亚胺作为交联剂，继续保温反应20h后恢复室温，收集产物、乙醇反复洗涤后置于60℃真空干燥箱中干燥10h即可。

上述竹木纤维复合墙板的制备方法如下：

将聚丙烯、竹木复合纤维、玻璃纤维、含氟聚合物/无机粒子复合空心微球、马来酸酐接枝聚丙烯、抗氧剂1010混合均匀后加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，机筒各区及模头温度范围在135-230℃，然后在料筒温度220℃，模具温度50℃，注塑压力50MPa，保压时间10s，冷却时间25s的条件下注塑成型即可。

实施例2：

一种竹木纤维复合墙板，以重量分数计，包括以下组分：

聚丙烯80份、竹纤维20份、杨木纤维20份、玻璃纤维10份、含氟聚合物/无机粒子复合空心微球40份、马来酸酐接枝聚丙烯5份、抗氧剂1010 1份。

其中，竹纤维和杨木纤维的改性处理方法及含氟聚合物/无机粒子复合空心微球的制备方法同实施例1；

上述竹木纤维复合墙板的制备方法如下：

将聚丙烯、竹木复合纤维、玻璃纤维、含氟聚合物/无机粒子复合空心微球、马来酸酐接枝聚丙烯、抗氧剂1010混合均匀后加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，机筒各区及模头温度范围在135-230℃，然后在料筒温度220℃，模具温度50℃，注塑压力50MPa，保压时间10s，冷却时间25s的条件下注塑成型即可。

实施例3：

一种竹木纤维复合墙板，以重量分数计，包括以下组分：

聚丙烯60份、竹纤维10份、杨木纤维10份、玻璃纤维5份、含氟聚合物/无机粒子复合空心微球20份、马来酸酐接枝聚丙烯1份、抗氧剂1010 0.5份。

其中，竹纤维和杨木纤维的改性处理方法及含氟聚合物/无机粒子复合空心微球的制备方法同实施例1；

上述竹木纤维复合墙板的制备方法如下：

将聚丙烯、竹木复合纤维、玻璃纤维、含氟聚合物/无机粒子复合空心微球、马来酸酐接枝聚丙烯、抗氧剂1010混合均匀后加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，机筒各区及模头温度范围在135-230℃，然后在料筒温度220℃，模具温度50℃，注塑压力50MPa，保压时间10s，冷却时间25s的条件下注塑成型即可。

对比例1：

与实施例1基本相同，区别在于，不加入含氟聚合物/无机粒子复合空心微球。

对比例2：

与实施例1基本相同，区别在于，直接加入等重量的空心氧化铝微球代替含氟聚合物/无机粒子复合空心微球。

对比例3：

与实施例1基本相同，区别在于，用等重量的苯乙烯代替甲基丙烯酸十二氟庚酯。

对比例4：

与实施例1基本相同，区别在于，不加入交联剂二苯甲烷双马来酰亚胺。

对比例5：

与实施例1基本相同，区别在于，竹纤维和杨木纤维不经过端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶改性处理。

性能测试：

分别将本发明实施例1-3及对比例1-5中所制备的竹木纤维复合墙板作为试样进行性能测试；

拉伸试验按照GB/T1040.4-2006进行，拉伸速度为2mm/min；

弯曲试验按照GB/T 9341-2008进行，跨距为48mm，加载速度为2mm/min；

冲击强度试验按照GB/T1843-2008进行；

极限氧指数试验按照GB/T 2406.2-2009进行。

测试结果如表1所示：

表1：

由上表1可知，本发明所制备竹木纤维复合墙板的力学性能优良，属于难燃材料；

通过实施例1和对比例1的数据对比可知，含氟聚合物/无机粒子复合空心微球的加入对于提升试样的力学性能和阻燃性能起到了积极作用；

通过实施例1和对比例2的数据对比可知，直接加入空心氧化铝微球，由于与树脂基体的相容性较差，导致其填充效果受限；

通过实施例1和对比例3的数据对比可知，加入甲基丙烯酸十二氟庚酯与苯乙烯共聚可以改善含氟聚合物/无机粒子复合空心微球的填充效果，究其原因可能是所形成共聚物在树脂基体的分散性由于单一聚苯乙烯；

通过实施例1和对比例4的数据对比可知，交联剂的加入对于提升含氟聚合物/无机粒子复合空心微球的填充效果起到了积极作用，可能是交联密度的增加使得空心微球的表面更接近刚性粒子，从而具有更好的填充效果；

通过实施例1和对比例5的数据对比可知，端异氰酸酯基聚丁二烯液体橡胶改性处理，可以改善竹纤维和杨木纤维在树脂基体中的分散性能，从而使得试样具有更好的力学性能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。