[发明专利]一种自组装型阻燃竹塑复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种自组装型阻燃竹塑复合材料及其制备方法，以竹粉和高密度聚乙烯为主要原料，硅烷偶联剂为偶联剂，乙烯‑乙酸乙烯酯共聚物为增容剂，偶氮二甲酰胺为发泡剂，聚乙烯蜡和硬脂酸锌为润滑剂，通过双螺杆挤出一次性成型制备竹塑复合材料；通过水热合成法制备H₂Ti₂O₅•H₂O纳米管并用γ‑氨丙基三乙氧基硅烷对其进行改性以制成纳米管/γ‑氨丙基三乙氧基硅烷分散液，然后将处理后的竹塑复合材料在纳米管/γ‑氨丙基三乙氧基硅烷分散液和聚苯乙烯磺酸钠溶液中交替浸泡若干次，得到自组装型阻燃竹塑复合材料。本发明产品，H₂Ti₂O₅•H₂O纳米管是以纳米膜的形式附着在复合材料表面，使用较低含量的纳米阻燃剂即可达到很好的阻燃效果，有助于降低产品成本。

技术领域

本发明属于农林副产品的综合利用技术领域，具体涉及到应用于建筑装饰材料领域的一种自组装型阻燃竹塑复合材料及其制备方法。

背景技术

在我国林业资源匮乏的同时，我国也是全球竹材种类最丰富、分布最广的国家，有“竹子王国”之称。据统计，全球共有竹种70多属，1000多种，而我国已知的便有37属，500余种。我国大部分省、市及自治区均有竹材分布，主要集中在南方各省，黄河和长江流域,以散生竹为主，长江至南岭一带为混合竹林区，华南地区以丛生竹为主，西南地区以高山竹为主。根据第八次全国森林资源清查结果，至2013年底，我国竹林面积为601万公顷，竹林面积、竹材蓄积、竹制品产量和出口量均居世界第一。同时，竹子属于速生林种，一般情况下，3-4年即可成材利用,而且其纹理通直、硬度高，十分适宜制备竹塑复合材料。总而言之，这些储量丰富的竹类资源，为解决我国目前木材供需矛盾，促进林业产业升级转型提供了一条可行之路。充分发掘竹材资源的潜力和优势，对进一步加深竹塑复合材料的研究有重要意义。竹塑复合材料最主要的作用便是替代实木应用于各个行业，其在对结构和性能要求比较低的建筑装饰产品方面应用最广，大约占竹塑复合材料产品的75%，其产品主要包括门条线、踢脚线、装饰板等。

竹塑复合材料的主要成分为竹纤维和合成树脂，均属于耐热性差、着火点低的材料，燃烧后热量高，并且塑料在燃烧后会产生大量浓烟，严重干扰了火灾发生后的逃生和救援行动。由竹塑装饰材料引发的火灾隐患也是近年来公众十分关注的问题。随着我国城市化进程的不断加快，城市人口密度不断增大，火灾发生的概率和造成的损失也逐年提高。公安部消防局统计，2016年全国共接报火灾31.2万起，亡1582人，伤1065人，直接财产损失37.2亿元。目前，世界各个国家都对火灾引起的灾害高度重视，也对室内建筑材料的防火性能提出了一定要求。

通过加入阻燃剂改善竹塑复合材料的阻燃性能，具有简单、有效、经济等特点，但传统的阻燃剂暴露出越来越多的问题。卤系阻燃剂几乎可以说是最有效的阻燃剂，阻燃效率即高，添加量低，全球年总用量一度达到30万吨以上，但卤系阻燃剂在燃烧时会生成大量的烟和有毒、腐蚀性气体，会对环境和人体造成伤害，这与当前的健康和环保理念不合；金属氢氧化物阻燃剂主要包括氢氧化镁(MTH)和氢氧化铝(ATH)，是使用量最大的无卤阻燃剂。但是，要想达到良好的阻燃效果，这类阻燃剂的添加量需要很大，通常能达到50 wt%以上，这严重劣化了高分子材料的力学性能；硼系阻燃剂出现的年代很早，18世纪初便在纺织品的阻燃方面有了应用，但其容易水解，关于其报道较少。

从20世纪80年代以来，纳米技术得到了蓬勃的发展，海泡石、蒙脱土、石墨烯、碳纳米管等都在阻燃领域有所应用，而这些无机纳米阻燃剂通常是以共混的形式与纤维基复合材料复合，为了达到较好的阻燃性能，要求无机纳米阻燃剂有相对较高的添加量，使得产品成本过高；另外，无机纳米阻燃剂的添加有可能降低竹纤维和合成高分子材料之间的相容性，导致复合材料力学性能劣化。

因此，如何在控制成本的前提下提高竹塑复合材料的阻燃性能，依然是行业人员急需解决的一个问题。

发明内容