一种高强度复合板材及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合板材技术领域，具体为一种高强度复合板材及其制备方法。

背景技术

复合板材的是由两种或者两种以上的材料组合而成的板材，不同材质的板材，复合板材的概念和制作方法也不同，在日常生活中，经常用到以金属复合板材、木塑复合板材和玻璃钢复合板材为主，木塑复合材料可用作托盘、包装箱等包装材料，地板、建筑模板等装修、街板凳等休闲材料，汽车内装饰材、管材等；玻璃钢板材的种类有，玻璃钢格栅板、平面玻璃钢盖板、玻璃钢盖板等多种不同的类型，其主要的生产原理是有玻璃纤维纱、玻璃纤维毡、网格布等一些玻璃纤维产品与树脂合成制作而成；金属复合板材的生产原理基本相同，均采用熔炼的方法将两种或者两种以上不同材质的金属融化聚合在一起，常见的有铝合金、不锈钢等，其主要目的是为了增强金属板材自身的性能；如专利CN104690805A公开了一种高强度复合板材及制备方法，采用木质素磺酸钠为原料制备得到复合板，具有较好的抗冲击、防水等性能，本发明采用木质素接枝聚硅氧烷得到高强度复合板，具有优异的抗冲击、阻燃等性能。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高强度复合板材及其制备方法，具有优异的阻燃、抗冲击、耐磨性能。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种高强度复合板材及其制备方法，其特征在于，包括以下重量组分：80-100份聚乙烯、20-30份玻璃纤维、15-20份木质素接枝聚硅氧烷、30-40份改性蒙脱土、6-8份抗氧剂、1-3份阻燃剂。

优选的，所述木质素接枝聚硅氧烷的制备方法为：

(1)向四氢呋喃溶剂中加入8-10重量份的木质素进行溶解，完全溶解后滴加15-20重量份的二乙醇胺，继续加入氢氧化钠进行缩合反应，在30-80℃下反应2-3h，减压蒸馏去除溶剂，去离子水和丙酮洗涤、过滤并干燥，得到醚化木质素；

(2)将6-8重量份的醚化木质素加入到环己酮溶剂中，继续加入1-2重量份的阻聚剂四氯苯醌、0.1-0.3重量份的催化剂五氧化二磷、10-15重量份的乙烯基乙酸，在60-100℃下反应3-4h，冷却至室温，离心分离，无水乙醇洗涤，过滤并干燥得到烯基化木质素；

(3)向N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入15-20重量份的烯基化木质素，完全溶解后，继续加入10-13重量份的四甲基四乙烯基环四硅氧烷、0.02-0.05重量份的催化剂，在110-140℃下反应10-20h，减压蒸馏，丙酮洗涤，过滤并干燥得到木质素接枝聚硅氧烷。

优选的，所述(3)中催化剂为二丁基二月硅酸锡。

优选的，所述抗氧剂为海藻酸丙二醇酯、二叔丁基过氧化物、二叔丁基对甲酚、叔丁基二苯基氯硅烷中的任意一种或几种。

优选的，所述阻燃剂为(甲酰基亚甲基)三苯基膦、3-羟基苯基磷酰丙酸、(氯磺酰基)乙酸乙酯、2-羧乙基苯基次膦酸中的任意一种或几种。

优选的，所述高强度复合板材的制备方法为：

(1)按所需配比称取原料，将聚乙烯、玻璃纤维、木质素接枝聚硅氧烷搅拌混合，在150-200℃搅拌2-3h，继续加入抗氧剂、阻燃剂、改性蒙脱土混合均匀得到初料；

(2)将初料倒入模具中，在180-200℃下反应3-4h，冷却至室温，然后进行裁剪、表面抛光得到高强度复合板材。

(三)有益的技术效果

本发明通过将木质素和二乙醇胺进行脱水缩合反应，得到醚化木质素，再与乙烯基乙酸反应引入烯基和四甲基四乙烯基环四硅氧烷进行加成反应，得到木质素接枝四甲基四乙烯基环四硅氧烷。

木质素接枝四甲基四乙烯基环四硅氧烷高分子聚合物中，含有Si-O键、N-H键、Si-C键较稳定的共价键，键能较高使复合板材强度更高，硬度、耐磨度也较高，此外Si-O键有较好的耐氧化和氧化剂协同作用，和阻燃剂、改性蒙脱土协同阻燃，同时本发明操作方法简单，生产成本较低，使用寿命长。

附图说明

图1是烯基化木质素的反应式。

图2是木质素接枝聚硅氧烷的反应式。

具体实施方式

实施例1

(1)向四氢呋喃溶剂中加入8g的木质素进行溶解，完全溶解后滴加15g的二乙醇胺，继续加入氢氧化钠进行缩合反应，在30℃下反应2h，减压蒸馏去除溶剂，去离子水和丙酮洗涤、过滤并干燥，得到醚化木质素；

(2)将6g的醚化木质素加入到环己酮溶剂中，继续加入1g的阻聚剂四氯苯醌、0.1g的催化剂五氧化二磷、10g的乙烯基乙酸，在60℃下反应3h，冷却至室温，离心分离，无水乙醇洗涤，过滤并干燥得到烯基化木质素；

(3)向N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入15g的烯基化木质素，完全溶解后，继续加入10g的四甲基四乙烯基环四硅氧烷、0.02g的催化剂二丁基二月硅酸锡，在110℃下反应10h，减压蒸馏，丙酮洗涤，过滤并干燥得到木质素接枝聚硅氧烷；

(4)按所需配比称取原料，将聚乙烯、玻璃纤维、木质素接枝聚硅氧烷搅拌混合，在150℃搅拌2h，继续加入抗氧剂海藻酸丙二醇酯、阻燃剂(甲酰基亚甲基)三苯基膦、改性蒙脱土混合均匀得到初料；

(5)将初料倒入模具中，在180℃下反应3h，冷却至室温，然后进行裁剪、表面抛光得到高强度复合板材。

实施例2

(1)向四氢呋喃溶剂中加入10g的木质素进行溶解，完全溶解后滴加20g的二乙醇胺，继续加入氢氧化钠进行缩合反应，在80℃下反应3h，减压蒸馏去除溶剂，去离子水和丙酮洗涤、过滤并干燥，得到醚化木质素；

(2)将8g的醚化木质素加入到环己酮溶剂中，继续加入2g的阻聚剂四氯苯醌、0.3g的催化剂五氧化二磷、15g的乙烯基乙酸，在100℃下反应4h，冷却至室温，离心分离，无水乙醇洗涤，过滤并干燥得到烯基化木质素；

(3)向N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入20g的烯基化木质素，完全溶解后，继续加入13g的四甲基四乙烯基环四硅氧烷、0.020.05g的催化剂二丁基二月硅酸锡，在140℃下反应20h，减压蒸馏，丙酮洗涤，过滤并干燥得到木质素接枝聚硅氧烷；

(4)按所需配比称取原料，将聚乙烯、玻璃纤维、木质素接枝聚硅氧烷搅拌混合，在200℃搅拌3h，继续加入抗氧剂二叔丁基过氧化物、阻燃剂3-羟基苯基磷酰丙酸、改性蒙脱土混合均匀得到初料；

(5)将初料倒入模具中，在200℃下反应4h，冷却至室温，然后进行裁剪、表面抛光得到高强度复合板材。

实施例3

(1)向四氢呋喃溶剂中加入9g的木质素进行溶解，完全溶解后滴加17.5g的二乙醇胺，继续加入氢氧化钠进行缩合反应，在55℃下反应2.5h，减压蒸馏去除溶剂，去离子水和丙酮洗涤、过滤并干燥，得到醚化木质素；

(2)将7g的醚化木质素加入到环己酮溶剂中，继续加入1.5g的阻聚剂四氯苯醌、0.2g的催化剂五氧化二磷、12.5g的乙烯基乙酸，在80℃下反应3.5h，冷却至室温，离心分离，无水乙醇洗涤，过滤并干燥得到烯基化木质素；

(3)向N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入17.5g的烯基化木质素，完全溶解后，继续加入11.5g的四甲基四乙烯基环四硅氧烷、0.035g的催化剂二丁基二月硅酸锡，在125℃下反应15h，减压蒸馏，丙酮洗涤，过滤并干燥得到木质素接枝聚硅氧烷；

(4)按所需配比称取原料，将聚乙烯、玻璃纤维、木质素接枝聚硅氧烷搅拌混合，在175℃搅拌2.5h，继续加入抗氧剂二叔丁基对甲酚、阻燃剂2-羧乙基苯基次膦酸、改性蒙脱土混合均匀得到初料；

(5)将初料倒入模具中，在190℃下反应3.5h，冷却至室温，然后进行裁剪、表面抛光得到高强度复合板材。

实施例4

(1)向四氢呋喃溶剂中加入8g的木质素进行溶解，完全溶解后滴加15g的二乙醇胺，继续加入氢氧化钠进行缩合反应，在30℃下反应2h，减压蒸馏去除溶剂，去离子水和丙酮洗涤、过滤并干燥，得到醚化木质素；

(2)将8g的醚化木质素加入到环己酮溶剂中，继续加入2g的阻聚剂四氯苯醌、0.3g的催化剂五氧化二磷、15g的乙烯基乙酸，在100℃下反应4h，冷却至室温，离心分离，无水乙醇洗涤，过滤并干燥得到烯基化木质素；

(3)向N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入20g的烯基化木质素，完全溶解后，继续加入13g的四甲基四乙烯基环四硅氧烷、0.020.05g的催化剂二丁基二月硅酸锡，在140℃下反应20h，减压蒸馏，丙酮洗涤，过滤并干燥得到木质素接枝聚硅氧烷；

(4)按所需配比称取原料，将聚乙烯、玻璃纤维、木质素接枝聚硅氧烷搅拌混合，在175℃搅拌2.5h，继续加入抗氧剂二叔丁基对甲酚、阻燃剂2-羧乙基苯基次膦酸、改性蒙脱土混合均匀得到初料；

(5)将初料倒入模具中，在190℃下反应3.5h，冷却至室温，然后进行裁剪、表面抛光得到高强度复合板材。

实施例5

(1)向四氢呋喃溶剂中加入10g的木质素进行溶解，完全溶解后滴加20g的二乙醇胺，继续加入氢氧化钠进行缩合反应，在80℃下反应3h，减压蒸馏去除溶剂，去离子水和丙酮洗涤、过滤并干燥，得到醚化木质素；

(2)将7g的醚化木质素加入到环己酮溶剂中，继续加入1.5g的阻聚剂四氯苯醌、0.2g的催化剂五氧化二磷、12.5g的乙烯基乙酸，在80℃下反应3.5h，冷却至室温，离心分离，无水乙醇洗涤，过滤并干燥得到烯基化木质素；

(3)向N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入17.5g的烯基化木质素，完全溶解后，继续加入11.5g的四甲基四乙烯基环四硅氧烷、0.035g的催化剂二丁基二月硅酸锡，在125℃下反应15h，减压蒸馏，丙酮洗涤，过滤并干燥得到木质素接枝聚硅氧烷；

(4)按所需配比称取原料，将聚乙烯、玻璃纤维、木质素接枝聚硅氧烷搅拌混合，在150℃搅拌2h，继续加入抗氧剂海藻酸丙二醇酯、阻燃剂(甲酰基亚甲基)三苯基膦、改性蒙脱土混合均匀得到初料；

(5)将初料倒入模具中，在180℃下反应3h，冷却至室温，然后进行裁剪、表面抛光得到高强度复合板材。

对比例1

(1)向四氢呋喃溶剂中加入9g的木质素进行溶解，完全溶解后滴加17.5g的二乙醇胺，继续加入氢氧化钠进行缩合反应，在55℃下反应2.5h，减压蒸馏去除溶剂，去离子水和丙酮洗涤、过滤并干燥，得到醚化木质素；

(2)将7g的醚化木质素加入到环己酮溶剂中，继续加入1.5g的阻聚剂四氯苯醌、0.2g的催化剂五氧化二磷、12.5g的乙烯基乙酸，在80℃下反应3.5h，冷却至室温，离心分离，无水乙醇洗涤，过滤并干燥得到烯基化木质素；

(3)向N,N-二甲基甲酰胺溶剂中加入15g的烯基化木质素，完全溶解后，继续加入10g的四甲基四乙烯基环四硅氧烷、0.02g的催化剂二丁基二月硅酸锡，在110℃下反应10h，减压蒸馏，丙酮洗涤，过滤并干燥得到木质素接枝聚硅氧烷；

(4)按所需配比称取原料，将聚乙烯、玻璃纤维、木质素接枝聚硅氧烷搅拌混合，在200℃搅拌3h，继续加入抗氧剂二叔丁基过氧化物、阻燃剂3-羟基苯基磷酰丙酸、混合均匀得到初料；

(5)将初料倒入模具中，在200℃下反应4h，冷却至室温，然后进行裁剪、表面抛光得到高强度复合板材。

对比例2

(1)按所需配比称取原料，将聚乙烯、玻璃纤维、搅拌混合，在150℃搅拌2h，继续加入抗氧剂海藻酸丙二醇酯、阻燃剂(甲酰基亚甲基)三苯基膦、改性蒙脱土混合均匀得到初料；

(2)将初料倒入模具中，在180℃下反应3h，冷却至室温，然后进行裁剪、表面抛光得到高强度复合板材。

参照GB/T29500-2013的检测标准，进行检测，测试结果如表1。

表1

由表1可知，高强度复合板材的抗冲击强度达到52.65-61.37Mpa，断裂伸长率达到81.4-89.7。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。