一种pvc木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂及其制备方法和应用
一种pvc木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种PVC木塑复合材料的阻燃抑烟剂及其制备方法和应用，尤其适合 于木质纤维含量在30 %~70 %的PVC木塑复合材料的阻燃和抑烟。
【背景技术】
[0002] 木塑复合材料是以木质纤维材料(如木材、竹材、农作物秸杆和加工剩余物等木质 化的纤维材料，其主要化学成分为纤维素、半纤维素和木质素)和塑料(如聚乙烯、聚丙烯、 聚苯乙烯、聚氯乙烯等热塑性高聚物)为原料制造的复合材料。PVC木塑复合材料是其主要 品种之一。PVC木塑复合材料由于其良好的加工性能、机械性能和价格优势，尤其是优异的 木质感，应用领域不断扩大。PVC树脂本身属于不燃性材料，但是在PVC木塑复合材料中由于 使用大量的木质纤维填料，使材料燃烧时氧指数明显下降。同时，由于PVC树脂燃烧时产生 大量黑烟和有毒气体，火灾发生时对人员造成了很大危害，因此，作为装饰材料，特别是室 内装饰材料均要求材料具有一定的阻燃抑烟性，以降低发生火灾的危险性。抑制材料燃烧， 提高其阻燃性的常用方法是向材料中添加阻燃剂。
[0003] -些卤代阻燃剂如有机溴的化合物常被用作提高聚合物的阻燃性能，但是由于其 燃烧的不充分，通常增加了烟及一氧化碳的生成速率，而烟尘和毒性气体是火灾中造成人 身伤亡的重要原因。
[0004] 对于纯PVC的阻燃抑烟，认为使用金属氧化物的效果较好。最早曾大量使用三氧化 锑作为阻燃剂，它虽然有良好的阻燃作用，但是在燃烧过程中产生大量的烟。其他的一些金 属氧化物，如锌系、铁系、铜系和钼系的一些金属氧化物，它们能不同程度的改变PVC降解的 方式，促进碳骨架的交联，提高成炭量，由于金属化合物的价格较高，限制了它的大量使用。
[0005] 以氢氧化镁和氢氧化铝为代表的无机氢氧化物阻燃剂，有两方面问题限制了它们 作为阻燃剂在PVC木塑复合材料中的应用。一是氢氧化铝的分解温度相对较低，二是为了获 得足够的阻燃性能，通常添加量高达40%~60%，填充量大必然导致树脂混炼和成型时物 料的流动性差，影响材料的加工性能和机械性能。氢氧化镁虽然是材料的高效消烟填料，其 分解温度在340°C~490°C，对聚合物的炭化阻燃作用优于氢氧化铝，但是同样需要较大的 填充量。同时，氢氧化镁的耐酸性差，在酸中会很快溶解，也容易受乳酸影响而使制品表面 留下指纹。因此，这种类型阻燃剂的高含量添加不仅导致最终产品的高密度和弹性性能的 缺失，而且会带来混合、挤出方面的问题，尤其是大大限制了木质纤维材料的用量。
[0006] 硼酸锌被认为是一种理想的阻燃抑烟剂。将硼酸锌加入到木粉/PVC复合材料中， 锥型量热仪实验测试表明，硼酸锌对于减少材料的质量损失起到很重要的作用，同时有较 好的阻燃抑烟作用，但它的加入降低了材料的弹性模量和断裂模量，增加了吸湿性。
[0007] -些卤代阻燃剂，如有机溴的化合物、氯化聚乙烯常被用作提高聚合物的阻燃性 能，但是由于其燃烧的不充分而通常增加了烟及一氧化碳的生成速率，而烟尘和毒性气体 是火灾中造成人身伤亡的重要原因。
[0008] 纳米阻燃抑烟剂多是氧化物(CuO、ZnO、Fe2〇3等)和复合氧化物，其制备的方法多采 用制备纳米粒子的液相法，用插层（阳离子交换)法制备纳米前驱体也是当今较常用的一种 方法。纳米型阻燃抑烟剂克服了传统阻燃抑烟剂添加量大、阻燃抑烟效果不明显的缺点，但 该方法技术复杂，成本较高。
[0009] 纳米粘土粒子在木塑复合材料中的添加有助于提高其力学强度，同时复合材料的 阻燃性能也有一定改善，但这种方法的成本高，复合材料的阻燃性能难以满足实际需要，因 而其实际应用受到严重制约。
[0010] 膨胀型阻燃剂是一类通常以P、N、C为主要元素，由酸源(脱水剂）、气源(膨胀剂)和 碳源(成炭剂)三部分组成的复合型阻燃剂，可用于多种易燃聚合物材料。典型的膨胀阻燃 体系为季戊四醇(碳源）、聚磷酸按(酸源)和三聚氰胺(气源）。添加膨胀型阻燃剂的聚合物 材料燃烧时，会在表而上形成一层均匀的炭质泡沫层，此炭层在凝聚相能起到隔热、隔氧、 抑烟和防融滴的作用，且无卤、低烟、低毒、无腐蚀性气体，因而膨胀型阻燃剂不仅具有很高 的阻燃效力，而且环境友好。因此，作为新的无卤阻燃体系，膨胀阻燃技术已成为非常活跃 的阻燃研究领域之一。但是，该复合体系单独应用到木粉/PVC复合材料中，添加少量时效果 不明显，添加量达到30~40份，不仅增加了成本而且严重降低了材料的力学性能。现有技术 中尚未实现对PVC木塑复合材料的抑烟改性，而抑烟性能对于PVC木塑复合材料的室内应用 尤为重要。
[0011] 现有的专利中公开的无卤阻燃木塑复合材料、阻燃抑烟型PVC木塑复合材料、阻燃 剂或阻燃抑烟剂存在对PVC木塑复合材料加工机械性能产生损害、影响材料外观、材料加工 成本高、抑烟效果不理想、中间体不易控制等问题。
【发明内容】
[0012] 本发明要解决PVC木塑复合材料可燃、燃烧产生大量浓烟、现有PVC木塑复合材料 阻燃抑烟剂添加量大、阻燃和抑烟效果差以及现有的卤系阻燃剂、铅盐阻燃剂等对环境和 人们健康有害的问题，提供一种PVC木塑复合材料复合无卤阻燃抑烟剂及其制备方法和应 用。
[0013] 本发明PVC木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂，由聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四 醇和氧化铜组成，按质量比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜= (0.4~4) :(0.3~ 3): (0.3~3): 1;所述氧化铜为阻燃协效剂;所述聚磷酸胺、三聚氰胺和季戊四醇组成膨胀 型阻燃剂，其中聚磷酸铵的聚合度η > 1500;
[0014] 所述PVC木塑复合材料复合无卤阻燃抑烟剂的制备方法按以下步骤进行：
[0015] 一、按质量比为：聚磷酸胺：三聚氰胺:季戊四醇：氧化铜= (0.4~4) :(0.3~3): (0.3~3): 1称取聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜作为原料，将称取的聚磷酸胺、三 聚氰胺和季戊四醇置于高速混合机中，在2000r/min~2500r/min转速下搅拌lOmin~ 15min，即完成膨胀型阻燃剂的制备；
[0016] 二、将步骤一称取的氧化铜作为阻燃协效剂，加入到步骤一中制备的膨胀型阻燃 剂中，在高速混合机中以2000r/min~2500r/min转速下搅拌lOmin~15min，即完成PVC木塑 复合材料复合无卤阻燃抑烟剂的制备。
[0017] 所述采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的方法按以下步骤进行：
[0018] -、按质量比:PVC树脂:木质纤维材料:热稳定剂:增塑剂:增溶剂:润滑剂:复合无 卤阻燃抑烟剂=100: (30~80): (4~12): (3~20): (5~10): (0· 5~2): (3~30)称取PVC树 月旨、木质纤维材料、热稳定剂、增塑剂、溶剂、润滑剂和复合无卤阻燃抑烟剂；
[0019] 将PVC树脂、热稳定剂、增塑剂、增溶剂、润滑剂、复合无卤阻燃抑烟剂依次加入到 高速混合机中进行预混;所述预混时高速混合机中的转速为2000r/min~2500r/min，预混 时间为l〇min~15min;
[0020] 所述热塑性塑料为聚氯乙烯树脂或者废旧聚氯乙烯塑料，也可以是二者的混合 物;所述木质纤维材料为木粉、竹粉、农作物秸杆粉、果壳粉中的任何一种或几种的任意比 例混合物;所述木质纤维材料粒径为80目~200目；所述热稳定剂为稀土热稳定剂、有机锡 热稳定剂等，热稳定剂主要是为了提高PVC树脂的热稳定性;所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁 酯(DOP)或邻苯二甲酸二辛酯(DCP)，增塑剂主要是为了增加聚氯乙烯树脂的塑化性能;所 述润滑剂为硬脂酸及其金属盐、石蜡或聚乙烯蜡;所述增容为马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MA)、马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MA)、氯化聚乙烯（CPE)、钛酸酯、异氰酸酯或硅烷偶联剂 等，增溶剂是为了增加木质纤维材料与塑料之间的界面相容性、改善材料的力学性能和加 工性能；
[0021] 二、调整高速混合机温度为80°C~90°C，5min~lOmin后，然后将步骤一称取的木 质纤维材料加入到步骤一的高速混合机中，调整高速混合机温度至90°C~105°C并搅拌至 木质纤维材料的含水率达到2%以下，得到高温物料;其中，较高的温度有利于去除木质纤 维材料中不利于界面结合的成分；
[0022] 三、将步骤二中高温物料卸料至低速冷混机中，待料温达到45°C时出料，得到预混 料；
[0023] 四、将预混料置于挤出机组并挤出成型，即完成无卤阻燃抑烟型PVC木塑复合材料 的制备;所述的挤出机为单螺杆挤出机、平行双螺杆双阶挤出机或锥形双螺杆挤出机;所述 挤出成型过程中挤出机筒加热温度为135°C~175°C，模口温度为160°C~165°C，并且根据 混合料组成分不同可作小范围调整；
[0024] 由于木质纤维自身的成炭作用，可根据复合体系中木质纤维含量的不同，调整复 合无卤阻燃抑烟剂中各组分之间的比例，应用于不同木质纤维含量的PVC木塑复合材料体 系，达到最佳的性价比，所述PVC木塑复合材料中复合无卤阻燃抑烟剂的配比与PVC木塑复 合材料中木质纤维材料质量百分含量的关系为:若PVC木塑复合材料中木质纤维材料质量 百分含量在40%以下，则复合无卤阻燃抑烟剂的配比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧 化铜=(0.4~1): (0.3~1): (0.3~1): 1;若PVC木塑复合材料中木质纤维材料质量百分含 量在40~60%，则复合无卤阻燃抑烟剂的配比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜= (1~3): (1~2): (2~3): 1;若PVC木塑复合材料中木质纤维材料质量百分含量大于60%，则 复合无卤阻燃抑烟剂的配比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜=(3~4): (2~3): (2~3)山
[0025] 为了满足材料在室内外不同场合的应用，在复合无卤阻燃抑烟剂制备木塑复合材 料过程中还可以适量加入塑料加工的常规改性助剂，如抗氧剂、增韧剂、着色剂等。
[0026]本发明具备以下有益效果：
[0027] 1、本发明的复合无卤阻燃抑烟剂，对木塑复合材料的主要成分木质纤维和聚氯乙 烯同时进行阻燃抑烟处 理，木质纤维材料在阻燃体系中兼作为辅助成炭剂，阻燃抑烟效果 有明显的优势，并且添加量少、成本低。
[0028] 2、本发明的复合无卤阻燃抑烟剂的阻燃剂体系中和加工助剂中，不采用任何卤系 阻燃剂、铅盐等对环境和人们健康有害的添加剂。
[0029] 3、本发明的复合无卤阻燃抑烟剂使用时，可根据木质纤维组分的变化情况，采用 不同阻燃抑烟剂组分配比，达到最佳阻燃抑烟效果，适用范围广，可应用在室内及其他对阻 燃性能有较高要求的场合，如室内用地板、天花板、装潢用装饰板、门窗材料、办公家具等， 此外还可用作运输工具内饰件、电器类外壳等。并且采用本发明方法制备的阻燃抑烟型PVC 木塑复合材料具有普通木塑复合材料的优点如材料外观近似于木材、有木质感、视觉效果 好，兼具木材和热塑性塑料的优良性能。可锯、可刨、可钉，加工性能好，易于安装，防虫蛀、 耐腐蚀、耐潮、防滑、尺寸稳定性好。
[0030] 4、本发明复合无卤阻燃抑烟剂对材料的耐点燃时间改变不明显，同时能保证对材 料的机械加工性能影响小。
[0031] 5、本发明复合无卤阻燃抑烟剂中膨胀体系及氧化铜与木质纤维、PVC之间的相互 作用，加入本发明的阻燃抑烟剂后，复合材料燃烧时不产生明显的黑烟，同时烟产量明显降 低，这对降低材料的火灾危害是有利的。该复合阻燃剂不仅赋予木塑复合材料很好的阻燃 性，而且抑烟性能优异，使用量少，因此是适合PVC木塑体系、具有阻燃和抑烟双重功效的复 合无卤阻燃抑烟剂。
[0032]根据IS05660-1，采用本发明生产的PVC木塑复合材料，其阻燃和抑烟性能显著提 高。由于木质纤维和膨胀型阻燃体系的凝聚相成炭作用，加之氧化铜对PVC树脂在燃烧过程 中对降解脱氯化氢的促进作用，使木质纤维与PVC体系的成炭量明显增加。
[0033]根据GB/T2406.2-2009,大部分木塑复合材料的氧指数在16%~20%，采用本发明 复合无卤阻燃抑烟剂制备的阻燃PVC木塑复合材料氧指数超过35%~41%，属于难燃级材 料。
[0034]锥型量热仪实验结果表明，当木质纤维含量为30%时，添加本发明的复合阻燃剂5 份（重量）后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速率降低27.0%，产烟量降低 41.7%、二氧化碳产量提高3.9%。此外，采用本发明阻燃抑烟剂制备的木塑复合材料，燃烧 时其氧指数达到41%，点燃时间长，不发生融滴；当木粉含量为70%时，添加本发明的复合 阻燃剂3份(重量)后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速量降低29%，总产烟量降 低57%、二氧化碳产量提高15%;当添加本发明的复合阻燃剂5份(重量)后的PVC木塑复合 材料，燃烧过程中总热释放速量降低15%，总产烟量降低45 %、二氧化碳产量提高7.8 %，表 现出优异的抑烟性能。
[0035] 6、本发明制备的一种阻燃抑烟型PVC木塑复合材料，与现有PVC木塑复合材料相 比，具有阻燃剂添加少，阻燃抑烟效率高。同时，能保证对材料的机械加工性能影响小。
【具体实施方式】
[0036]
【具体实施方式】一:本实施方式一种PVC木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂，该复 合无卤阻燃抑烟剂由聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜组成，按质量比为:聚磷酸胺： 三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜组成=(0.4~4) :(0.3~3) :(0.3~3): 1;所述聚磷酸铵的聚合 度 n> 1500。
[0037] 本实施方式具备以下有益效果：
[0038] 1、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂，对木塑复合材料的主要成分木质纤维和聚 氯乙烯同时进行阻燃抑烟处理，木质纤维材料在阻燃体系中兼作为辅助成炭剂，阻燃抑烟 效果有明显的优势，并且添加量少、成本低。
[0039] 2、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂的阻燃剂体系中和加工助剂中，不采用任何 卤系阻燃剂、铅盐等对环境和人们健康有害的添加剂。
[0040] 3、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂使用时，可根据木质纤维组分的变化情况， 采用不同阻燃抑烟剂组分配比，达到最佳阻燃抑烟效果，适用范围广，可应用在室内及其他 对阻燃性能有较高要求的场合，如室内用地板、天花板、装潢用装饰板、门窗材料、办公家具 等，此外还可用作运输工具内饰件、电器类外壳等。并且采用本实施方式方法制备的阻燃抑 烟型PVC木塑复合材料具有普通木塑复合材料的优点如材料外观近似于木材、有木质感、视 觉效果好，兼具木材和热塑性塑料的优良性能。可锯、可刨、可钉，加工性能好，易于安装，防 虫蛀、耐腐蚀、耐潮、防滑、尺寸稳定性好。
[0041] 4、本实施方式复合无卤阻燃抑烟剂对材料的耐点燃时间改变不明显，同时能保证 对材料的机械加工性能影响小。
[0042] 5、本实施方式复合无卤阻燃抑烟剂中膨胀体系及氧化铜与木质纤维、PVC之间的 相互作用，加入本实施方式的阻燃抑烟剂后，复合材料燃烧时不产生明显的黑烟，同时烟产 量明显降低，这对降低材料的火灾危害是有利的。该复合阻燃剂不仅赋予木塑复合材料很 好的阻燃性，而且抑烟性能优异，使用量少，因此是适合PVC木塑体系、具有阻燃和抑烟双重 功效的复合无卤阻燃抑烟剂。
[0043]根据IS05660-1，采用本实施方式生产的PVC木塑复合材料，其阻燃和抑烟性能显 著提高。由于木质纤维和膨胀型阻燃体系的凝聚相成炭作用，加之氧化铜对PVC树脂在燃烧 过程中对降解脱氯化氢的促进作用，使木质纤维与PVC体系的成炭量明显增加。
[0044] 根据GB/T2406.2-2009,大部分木塑复合材料的氧指数在16%~20%，采用本实施 方式复合无卤阻燃抑烟剂制备的阻燃PVC木塑复合材料氧指数超过35%~41%，属于难燃 级材料。
[0045] 锥型量热仪实验结果表明，当木质纤维含量为30%时，添加本实施方式的复合阻 燃剂5份(重量)后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速率降低27.0%，产烟量降低 41.7%、二氧化碳产量提高3.9%。此外，采用本实施方式阻燃抑烟剂制备的木塑复合材料， 燃烧时其氧指数达到41%，点燃时间长，不发生融滴；当木粉含量为70%时，添加本实施方 式的复合阻燃剂3份(重量)后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速量降低29%，总 产烟量降低57%、二氧化碳产量提高15%;当添加本实施方式的复合阻燃剂5份(重量)后的 PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速量降低15%，总产烟量降低45%、二氧化碳产量 提高7.8%，表现出优异的抑烟性能。
[0046] 6、本实施方式制备的一种阻燃抑烟型PVC木塑复合材料，与现有PVC木塑复合材料 相比，具有阻燃剂添加少，阻燃抑烟效率高。同时，能保证对材料的机械加工性能影响小。
【具体实施方式】 [0047] 二:本实施方式与一不同的是:所述聚磷酸铵的聚合 度η> 1500。其它步骤与参数与一相同。
【具体实施方式】 [0048] 三:本实施方式一种制备PVC木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂 的方法，该方法按以下步骤进行：
[0049] -、按质量比为：聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜= (0.4~4) :(0.3~3): (0.3~3): 1称取聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜作为原料，将称取的聚磷酸胺、三 聚氰胺和季戊四醇置于高速混合机中，在2000r/min~2500r/min转速下搅拌lOmin~ 15min，即完成膨胀型阻燃剂的制备；
[0050] 二、将步骤一称取的氧化铜作为阻燃协效剂，加入到步骤一中制备的膨胀型阻燃 剂中，在高速混合机中以2000r/min~2500r/min转速下搅拌lOmin~15min，即完成PVC木塑 复合材料复合无卤阻燃抑烟剂的制备。
[0051] 本实施方式具备以下有益效果：
[0052] 1、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂，对木塑复合材料的主要成分木质纤维和聚 氯乙烯同时进行阻燃抑烟处理，木质纤维材料在阻燃体系中兼作为辅助成炭剂，阻燃抑烟 效果有明显的优势，并且添加量少、成本低。
[0053] 2、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂的阻燃剂体系中和加工助剂中，不采用任何 卤系阻燃剂、铅盐等对环境和人们健康有害的添加剂。
[0054] 3、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂使用时，可根据木质纤维组分的变化情况， 采用不同阻燃抑烟剂组分配比，达到最佳阻燃抑烟效果，适用范围广，可应用在室内及其他 对阻燃性能有较高要求的场合，如室内用地板、天花板、装潢用装饰板、门窗材料、办公家具 等，此外还可用作运输工具内饰件、电器类外壳等。并且采用本实施方式方法制备的阻燃抑 烟型PVC木塑复合材料具有普通木塑复合材料的优点如材料外观近似于木材、有木质感、视 觉效果好，兼具木材和热塑性塑料的优良性能。可锯、可刨、可钉，加工性能好，易于安装，防 虫蛀、耐腐蚀、耐潮、防滑、尺寸稳定性好。
[0055] 4、本实施方式复合无卤阻燃抑烟剂对材料的耐点燃时间改变不明显，同时能保证 对材料的机械加工性能影响小。
[0056] 5、本实施方式复合无卤阻燃抑烟剂中膨胀体系及氧化铜与木质纤维、PVC之间的 相互作用，加入本实施方式的阻燃抑烟剂后，复合材料燃烧时不产生明显的黑烟，同时烟产 量明显降低，这对降低材料的火灾危害是有利的。该复合阻燃剂不仅赋予木塑复合材料很 好的阻燃性，而且抑烟性能优异，使用量少，因此是适合PVC木塑体系、具有阻燃和抑烟双重 功效的复合无卤阻燃抑烟剂。
[0057]根据IS05660-1，采用本实施方式生产的PVC木塑复合材料，其阻燃和抑烟性能显 著提高。由于木质纤维和膨胀型阻燃体系的凝聚相成炭作用，加之氧化铜对PVC树脂在燃烧 过程中对降解脱氯化氢的促进作用，使木质纤维与PVC体系的成炭量明显增加。
[0058] 根据GB/T2406.2-2009,大部分木塑复合材料的氧指数在16%~20%，采用本实施 方式复合无卤阻燃抑烟剂制备的阻燃PVC木塑复合材料氧指数超过35%~41%，属于难燃 级材料。
[0059] 锥型量热仪实验结果表明，当木质纤维含量为30%时，添加本实施方式的复合阻 燃剂5份(重量)后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速率降低27.0%，产烟量降低 41.7%、二氧化碳产量提高3.9%。此外，采用本实施方式阻 燃抑烟剂制备的木塑复合材料， 燃烧时其氧指数达到41%，点燃时间长，不发生融滴；当木粉含量为70%时，添加本实施方 式的复合阻燃剂3份(重量)后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速量降低29%，总 产烟量降低57%、二氧化碳产量提高15%;当添加本实施方式的复合阻燃剂5份(重量)后的 PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速量降低15%，总产烟量降低45%、二氧化碳产量 提高7.8%，表现出优异的抑烟性能。
[0060] 6、本实施方式制备的一种阻燃抑烟型PVC木塑复合材料，与现有PVC木塑复合材料 相比，具有阻燃剂添加少，阻燃抑烟效率高。同时，能保证对材料的机械加工性能影响小。
【具体实施方式】 [0061] 三:本实施方式采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的 方法，该方法按以下步骤进行：
[0062] -、按质量比:PVC树脂:木质纤维材料:热稳定剂:增塑剂:增溶剂:润滑剂:复合无 卤阻燃抑烟剂=100: (30~80): (4~12): (3~20): (5~10): (0· 5~2): (3~30)称取PVC树 月旨、木质纤维材料、热稳定剂、增塑剂、溶剂、润滑剂和复合无卤阻燃抑烟剂；
[0063] 将PVC树脂、热稳定剂、增塑剂、增溶剂、润滑剂、复合无卤阻燃抑烟剂依次加入到 高速混合机中进行预混;所述预混时高速混合机中的转速为2000r/min~2500r/min，预混 时间为l〇min~15min;
[0064] 二、调整高速混合机温度为80°C~90°C，5min~lOmin后，然后将步骤一称取的木 质纤维材料加入到步骤一的高速混合机中，调整高速混合机温度至90°C~105°C并搅拌至 木质纤维材料的含水率达到2%以下，得到高温物料；
[0065] 三、将步骤二中高温物料卸料至低速冷混机中，待料温达到45°C时出料，得到预混 料；
[0066] 四、将预混料置于挤出机组并挤出成型，即完成无卤阻燃抑烟型PVC木塑复合材料 的制备;所述的挤出机为单螺杆挤出机、平行双螺杆双阶挤出机或锥形双螺杆挤出机;所述 挤出成型过程中挤出机筒加热温度为135°C~175°C，模口温度为160°C~165°C ;
[0067] 由于木质纤维自身的成炭作用，可根据PVC木塑复合材料中木质纤维材料含量的 不同，调整复合无卤阻燃抑烟剂中各组分之间的比例，应用于不同木质纤维含量的PVC木塑 复合材料体系，达到最佳的性价比，所述PVC木塑复合材料中复合无卤阻燃抑烟剂的配比与 PVC木塑复合材料中木质纤维材料质量百分含量的关系为:若PVC木塑复合材料中木质纤维 材料质量百分含量在40%以下，则复合无卤阻燃抑烟剂的配比为：聚磷酸胺:三聚氰胺:季 戊四醇:氧化铜=(0.4~1): (0.3~1): (0.3~1): 1;若PVC木塑复合材料中木质纤维材料质 量百分含量在40~60%，则复合无卤阻燃抑烟剂的配比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇： 氧化铜=(1~3): (1~2): (2~3): 1;若PVC木塑复合材料中木质纤维材料质量百分含量大 于60%，则复合无卤阻燃抑烟剂的配比为：聚磷酸胺:三聚氰胺：季戊四醇：氧化铜=(3~ 4):(2~3):(2~3):1。
[0068]本实施方式具备以下有益效果：
[0069] 1、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂，对木塑复合材料的主要成分木质纤维和聚 氯乙烯同时进行阻燃抑烟处理，木质纤维材料在阻燃体系中兼作为辅助成炭剂，阻燃抑烟 效果有明显的优势，并且添加量少、成本低。
[0070] 2、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂的阻燃剂体系中和加工助剂中，不采用任何 卤系阻燃剂、铅盐等对环境和人们健康有害的添加剂。
[0071] 3、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂使用时，可根据木质纤维组分的变化情况， 采用不同阻燃抑烟剂组分配比，达到最佳阻燃抑烟效果，适用范围广，可应用在室内及其他 对阻燃性能有较高要求的场合，如室内用地板、天花板、装潢用装饰板、门窗材料、办公家具 等，此外还可用作运输工具内饰件、电器类外壳等。并且采用本实施方式方法制备的阻燃抑 烟型PVC木塑复合材料具有普通木塑复合材料的优点如材料外观近似于木材、有木质感、视 觉效果好，兼具木材和热塑性塑料的优良性能。可锯、可刨、可钉，加工性能好，易于安装，防 虫蛀、耐腐蚀、耐潮、防滑、尺寸稳定性好。
[0072] 4、本实施方式复合无卤阻燃抑烟剂对材料的耐点燃时间改变不明显，同时能保证 对材料的机械加工性能影响小。
[0073] 5、本实施方式复合无卤阻燃抑烟剂中膨胀体系及氧化铜与木质纤维、PVC之间的 相互作用，加入本实施方式的阻燃抑烟剂后，复合材料燃烧时不产生明显的黑烟，同时烟产 量明显降低，这对降低材料的火灾危害是有利的。该复合阻燃剂不仅赋予木塑复合材料很 好的阻燃性，而且抑烟性能优异，使用量少，因此是适合PVC木塑体系、具有阻燃和抑烟双重 功效的复合无卤阻燃抑烟剂。
[0074]根据IS05660-1，采用本实施方式生产的PVC木塑复合材料，其阻燃和抑烟性能显 著提高。由于木质纤维和膨胀型阻燃体系的凝聚相成炭作用，加之氧化铜对PVC树脂在燃烧 过程中对降解脱氯化氢的促进作用，使木质纤维与PVC体系的成炭量明显增加。
[0075] 根据GB/T2406.2-2009,大部分木塑复合材料的氧指数在16 %~20 %，采用本实施 方式复合无卤阻燃抑烟剂制备的阻燃PVC木塑复合材料氧指数超过35%~41%，属于难燃 级材料。
[0076] 锥型量热仪实验结果表明，当木质纤维含量为30%时，添加本实施方式的复合阻 燃剂5份(重量)后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速率降低27.0%，产烟量降低 41.7%、二氧化碳产量提高3.9%。此外，采用本实施方式阻燃抑烟剂制备的木塑复合材料， 燃烧时其氧指数达到41%，点燃时间长，不发生融滴；当木粉含量为70%时，添加本实施方 式的复合阻燃剂3份(重量)后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速量降低29%，总 产烟量降低57%、二氧化碳产量提高15%;当添加本实施方式的复合阻燃剂5份(重量)后的 PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速量降低15%，总产烟量降低45%、二氧化碳产量 提高7.8%，表现出优异的抑烟性能。
[0077] 6、本实施方式制备的一种阻燃抑烟型PVC木塑复合材料，与现有PVC木塑复合材料 相比，具有阻燃剂添加少，阻燃抑烟效率高。同时，能保证对材料的机械加工性能影响小。
【具体实施方式】 [0078] 四：本实施方式与三不同的是:步骤一中。所述热塑性 塑料为聚氯乙烯树脂或者废旧聚氯乙烯塑料，也可以是二者的混合物。其它步骤与参数与 三相同。
【具体实施方式】 [0079] 五:本实施方式与三或四不同的是：步骤一中所述木 质纤维材料为木粉、竹粉、农作物秸杆粉、果壳粉中的任何一种或几种的任意比例混合物； 所述木质纤维材料粒径为80目~200目。其它步骤与参数与三或四相同。
【具体实施方式】 [0080] 六:本实施方式与三至五之一不同的是：步骤一中所 述热稳定剂为稀土热稳定剂、有机锡热稳定剂。其它步骤与参数与三至五之 一相同。
[0081]
【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】三至六之一不同的是：步骤一中所 述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯(DOP)或邻苯二甲酸二辛酯(DCP)。其它步骤与参数与具体实 施方式三至六之一相同。
[0082]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】三至七之一不同的是：步骤一中所 述润滑剂为硬脂酸及其金属盐、石蜡或聚乙烯蜡。其它步骤与参数与【具体实施方式】三至七 之一相同。
[0083]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】三至八之一不同的是：步骤一中所 述增容为马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MA)、马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MA)、氯化聚乙烯 (CPE)、钛酸酯、异氰酸酯或硅烷偶联剂。其它步骤与参数与【具体实施方式】三至八之一相同。 [0084]以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0085] 实施例1
[0086] 所述PVC木塑复合材料复合无卤阻燃抑烟剂的制备方法按以下步骤进行：
[0087] 一、按质量比为：聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇：氧化铜= 0.4:0.3:0.3:1称取聚 磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜作为原料，将称取的聚磷酸胺、三聚氰胺和季戊四醇 置于高速混合机中，在2500r/min转速下搅拌15min，即完成膨胀型阻燃剂的制备;所述聚磷 酸铵的聚合度η >1500;
[0088]二、将步骤一称取的氧化铜作为阻燃协效剂，加入到步骤一中制备的膨胀型阻燃 剂中，在高速混合机中以2500r/min转速下搅拌15min，即完成PVC木塑复合材料复合无齒阻 燃抑烟剂的制备。
[0089] 实施例2
[0090]本实施例采用实施例1所制备的复合无卤阻燃抑烟剂制备阻燃抑烟型PVC木塑复 合材料按以下步骤进行：
[0091 ] -、按质量比:PVC树脂:木质纤维材料:热稳定剂:增塑剂:增溶剂:润滑剂:复合无 卤阻燃抑烟剂=301:150:18:15:15:1:30称取PVC树脂、木质纤维材料、热稳定剂、增塑剂、 溶剂、润滑剂和复合无卤阻燃抑烟剂;将PVC树脂、热稳定剂、增塑剂、增溶剂、润滑剂、复合 无卤阻燃抑烟剂依次加入到高速混合机中进行预混;所述预混时高速混合机中的转速为 2000r/min，预混时间为lOmin;
[0092]二、调整高速混合机温度为80°C，10min后，然后将步骤一称取的木质纤维材料加 入到步骤一的高速混合机中，调整高速混合机温度至90°C并搅拌至木质纤维材料的含水率 达到2%以下，得到高温物料;其中，较高的温度有利于去除木质纤维材料中不利于界面结 合的成分；
[0093] 三、将步骤二中高温物料卸料至低速冷混机中，待料温达到45°C时出料，得到预混 料；
[0094] 四、将预混料置于挤出机组并挤出成型，即完成阻燃抑烟型PVC木塑复合材料的制 备；
[0095] 所述挤出成型过程中挤出机筒加热温度为135°C，模口温度为160°C;所述的挤出 机为单螺杆挤出机; 所述热塑性塑料为聚氯乙烯树脂;所述木质纤维材料为木粉、竹粉、农 作物秸杆粉、果壳粉中的任何一种或几种的任意比例混合物;所述木粉粒径为150目；所述 热稳定剂为有机锡热稳定剂;所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯(D0P);所述润滑剂为聚乙烯 蜡;所述增容为马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MA);所述润滑剂为石蜡；
[0096] 本实施例制备的阻燃抑烟型PVC木塑复合材料的制备的主要组分比例如表1中样 品2所示，其中样品1为未加复合无卤阻燃抑烟的对照组配方。
[0097] 在本实施例中，2组实验的工艺参数保持不变。实验过程中，本实施例挤出制品为 截面尺寸宽40mm和厚4mm的片材，将挤出的片材加工成标准试件，进行氧指数和锥形量热仪 (热流50kW/m 2)对比试验，以系统评价其阻燃和抑烟性能，结果见表2,样品2为阻燃抑烟型 PVC木塑复合材料，样品1为未加复合无卤阻燃抑烟的对照组配方。
[0098] 用于氧指数试验时，将挤出的片材直接切削成测试方法要求的形状尺寸。用于燃 烧性能测试时，将片材横向平行拼接并在热压机上压制成厚度4.0mm的薄板，然后切割成尺 寸为100mmX100mm的试样用于C0NE试验。氧指数测试按照GB/T2406-2009标准 ;阻燃性能测 试按照IS05660-1标准。
[0099]测试结果表明：与未加阻燃剂处理样品1相比，样品2能有效地减缓复合材燃烧时 的总热释放量，抑制火传播和蔓延。其中样品2的总烟产量与未处理样品1相比，阻燃处理使 样品单位面积烟产量明显降低降低52.2% ;总热释放量降低19.98%，燃烧氧指数从35.2增 加到41%。本发明无卤复合无卤阻燃抑烟剂具有用量小，对木粉/PVC复合材料有显著的阻 燃和抑烟效果。
[0100] 表1实施例1中木塑复合材料的主要组分比例
[0101]
[0102] 表2实施例1中木塑复合材料阻燃抑烟性能测试
[0103]
[0104] 实施例3
[0105] 本实施例中材料的基础配方中各组分的重量分数比例为聚氯乙烯：热稳定剂： MAPP:D0P= 100:6:5:5,复合无卤阻燃抑烟剂由聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜组 成，质量比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜=24:17:11:50;本实施例中制备五种 木粉含量均为30 %的阻燃抑烟型PVC木塑复合材料，阻燃抑烟剂的用量如表3所示，其他原 料与工艺与实施例2相同；本实施例中PVC木塑复合材料的燃烧性能如表4所示；
[0106]测试结果表明：当木粉含量为30%时，随着阻燃剂中氧化铜用量降低，膨胀阻燃剂 中聚磷酸铵用量增加，与未加入阻燃剂的样品1相比，样品2、3、4、5燃烧过程总烟释放量分 别降低13.79%、26·79%、17.32%、44·07%，总释放量降低10.99%~45.39%。烟毒性指标 一氧化碳产量也有不同程度降低，样品的残炭量明显增加。当木粉含量相同，复合阻燃剂用 量由5 %增加时到20 %时，总烟释放量和总热释放量分别降低32.35 %和39.28 %。因此，对 于低木粉含量的PVC木塑复合材料通过在基本保持三聚氰胺和季戊四醇用量情况下，调整 氧化铜的用量达到明显的阻燃抑烟效果。
[0107] 表3实施例2中复合无卤阻燃抑烟剂组分配比及用量
[0108]
[0110] 表4实施例2中PVC木塑复合材料的燃烧性能
[0111]
[0112] 实施例4
[0113] 本实施例中材料的基础配方同实施例2,本实施例中采用三种木粉含量为70%的 PVC木塑复合材料进行锥形量热仪燃烧实验，阻燃抑烟剂的用量如表5所示，其他原料与工 艺与实施例3相同，本实施例中PVC木塑复合材料的燃烧性能如表6所示；
[0114] 测试结果表明：木粉含量达到70%时，使用3%的复合阻燃剂时，随着阻燃剂中氧 化铜用量由9%增加到50%，材料燃烧过程中总热释放量降低17.43%，总烟释放量降低 19.56 %。当复合阻燃剂用量由3 %增加到5%，相应的总烟释放量增加3.6%，燃烧产物的烟 毒性和残炭量增加。说明对于高木粉含量的PVC复合材料，增加氧化铜用量，抑烟效果明显。
[0115] 表5实施例3中复合无卤阻燃抑烟剂组分配比及用量
[0116]
[0117] 表6实施例3中PVC木塑复合材料的燃烧性能
[0118]
【主权项】
1. 一种PVC木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂，其特征在于该复合无卤阻燃抑烟剂 由聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜组成，按质量比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四 醇:氧化铜=(0.4~4): (0.3~3): (0.3~3): 1。2. 根据权利要求1所述的一种PVC木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂，其特征在于所 述聚磷酸铵的聚合度η >1500。3. -种制备如权利要求1所述的PVC木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂的方法，其特 征在于该方法按以下步骤进行： 一、 按质量比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜= (0.4~4) :(0.3~3) :(0.3~ 3) :1称取聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜作为原料，将称取的聚磷酸胺、三聚氰胺 和季戊四醇置于高速混合机中，在2000r/min~2500r/min转速下搅拌lOmin~15min，即完 成膨胀型阻燃剂的制备； 二、 将步骤一称取的氧化铜作为阻燃协效剂，加入到步骤一中制备的膨胀型阻燃剂中， 在高速混合机中以2000r/min~2500r/min转速下揽摔lOmin~15min，即完成PVC木塑复合 材料复合无卤阻燃抑烟剂的制备。4. 如权利要求1所述的复合无卤阻燃抑烟剂的应用，其特征在于采用复合无卤阻燃抑 烟剂制备PVC木塑复合材料，具体方法为： 一、 按质量比:PVC树脂:木质纤维材料:热稳定剂:增塑剂:增溶剂:润滑剂:复合无卤阻 燃抑烟剂=100: (30~80): (4~12): (3~20): (5~10): (0.5~2): (3~30)称取PVC树脂、木 质纤维材料、热稳定剂、增塑剂、溶剂、润滑剂和复合无卤阻燃抑烟剂； 将PVC树脂、热稳定剂、增塑剂、增溶剂、润滑剂、复合无卤阻燃抑烟剂依次加入到高速 混合机中进行预混;所述预混时高速混合机中的转速为2000r/min~2500r/min，预混时间 为lOmin~15min; 二、 调整高速混合机温度为80°C~90°C，5min~lOmin后，然后将步骤一称取的木质纤 维材料加入到步骤一的高速混合机中，调整高速混合机温度至90°C~105°C并搅拌至木质 纤维材料的含水率达到2 %以下，得到高温物料； 三、 将步骤二中高温物料卸料至低速冷混机中，待料温达到45°C时出料，得到预混料； 四、 将预混料置于挤出机组并挤出成型，即完成无卤阻燃抑烟型PVC木塑复合材料的制 备;所述的挤出机为单螺杆挤出机、平行双螺杆双阶挤出机或锥形双螺杆挤出机;所述挤出 成型过程中挤出机筒加热温度为135°C~175°C，模口温度为160°C~165°C ; 所述PVC木塑复合材料中复合无卤阻燃抑烟剂的配比与PVC木塑复合材料中木质纤维 材料质量百分含量的关系为： 若PVC木塑复合材料中木质纤维材料质量百分含量在40%以下，则复合无卤阻燃抑烟 剂的配比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜=(0.4~1):(0.3~1):(0.3~1)山若 PVC木塑复合材料中木质纤维材料质量百分含量在40~60%，则复合无卤阻燃抑烟剂的配 比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜=(1~3):(1~2):(2~3): 1;若PVC木塑复合 材料中木质纤维材料质量百分含量大于60%，则复合无卤阻燃抑烟剂的配比为:聚磷酸胺： 三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜=(3~4): (2~3): (2~3) :1。5. 根据权利要求4所述的采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的方法，其特 征在于步骤一所述热塑性塑料为聚氯乙烯树脂或者废旧聚氯乙烯塑料，或二者的混合物。6. 根据权利要求4所述的采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的方法，其特 征在于步骤一所述木质纤维材料为木粉、竹粉、农作物秸杆粉、果壳粉中的任何一种或几种 的任意比例混合物;所述木质纤维材料粒径为80目~200目。7. 根据权利要求4所述的采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的方法，其特 征在于步骤一所述热稳定剂为稀土热稳定剂或有机锡热稳定剂。8. 根据权利要求4所述的采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的方法，其特 征在于步骤一所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯DOP或邻苯二甲酸二辛酯DCP。9. 根据权利要求4所述的采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的方法，其特 征在于步骤一所述润滑剂为硬脂酸及其金属盐、石蜡或聚乙烯蜡。10. 根据权利要求4所述的采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的方法，其 特征在于步骤一所述增容为马来酸酐接枝聚丙烯PP-g-MA、马来酸酐接枝聚乙烯PE-g-MA、 氯化聚乙烯CPE、钛酸酯、异氰酸酯或硅烷偶联剂。
【专利摘要】一种PVC木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂及其制备方法和应用，涉及一种复合无卤阻燃抑烟剂及其制备方法和应用。本发明要解决PVC木塑复合材料可燃、燃烧产烟量大、现有PVC木塑复合材料阻燃抑烟剂添加量大、阻燃和抑烟效果差以及对环境和人们健康有害的问题。复合无卤阻燃抑烟剂由聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜组成。制备：一、制备膨胀型阻燃剂；二、制备复合无卤阻燃抑烟剂。应用方法：一、称取原料；二、制备高温物料；三、制备预混料；四、挤出成型。本发明阻燃抑烟剂解决了木塑复合材料可燃、燃烧产烟量大、现有阻燃抑烟剂添加量大效果差以及对环境和人们健康有害的问题。本发明用于PVC木塑复合材料的阻燃和抑烟。
【IPC分类】C08K3/32, C08L97/02, C08K5/3492, C08K3/22, C08L27/06, B29C47/92, C08K13/02, C08K5/053
【公开号】CN105566811
【申请号】CN201610123329
【发明人】白晓艳, 张春生
【申请人】白晓艳
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年3月3日
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种PVC木塑复合材料的阻燃抑烟剂及其制备方法和应用，尤其适合 于木质纤维含量在30 %~70 %的PVC木塑复合材料的阻燃和抑烟。
【背景技术】
[0002] 木塑复合材料是以木质纤维材料(如木材、竹材、农作物秸杆和加工剩余物等木质 化的纤维材料，其主要化学成分为纤维素、半纤维素和木质素)和塑料(如聚乙烯、聚丙烯、 聚苯乙烯、聚氯乙烯等热塑性高聚物)为原料制造的复合材料。PVC木塑复合材料是其主要 品种之一。PVC木塑复合材料由于其良好的加工性能、机械性能和价格优势，尤其是优异的 木质感，应用领域不断扩大。PVC树脂本身属于不燃性材料，但是在PVC木塑复合材料中由于 使用大量的木质纤维填料，使材料燃烧时氧指数明显下降。同时，由于PVC树脂燃烧时产生 大量黑烟和有毒气体，火灾发生时对人员造成了很大危害，因此，作为装饰材料，特别是室 内装饰材料均要求材料具有一定的阻燃抑烟性，以降低发生火灾的危险性。抑制材料燃烧， 提高其阻燃性的常用方法是向材料中添加阻燃剂。
[0003] -些卤代阻燃剂如有机溴的化合物常被用作提高聚合物的阻燃性能，但是由于其 燃烧的不充分，通常增加了烟及一氧化碳的生成速率，而烟尘和毒性气体是火灾中造成人 身伤亡的重要原因。
[0004] 对于纯PVC的阻燃抑烟，认为使用金属氧化物的效果较好。最早曾大量使用三氧化 锑作为阻燃剂，它虽然有良好的阻燃作用，但是在燃烧过程中产生大量的烟。其他的一些金 属氧化物，如锌系、铁系、铜系和钼系的一些金属氧化物，它们能不同程度的改变PVC降解的 方式，促进碳骨架的交联，提高成炭量，由于金属化合物的价格较高，限制了它的大量使用。
[0005] 以氢氧化镁和氢氧化铝为代表的无机氢氧化物阻燃剂，有两方面问题限制了它们 作为阻燃剂在PVC木塑复合材料中的应用。一是氢氧化铝的分解温度相对较低，二是为了获 得足够的阻燃性能，通常添加量高达40%~60%，填充量大必然导致树脂混炼和成型时物 料的流动性差，影响材料的加工性能和机械性能。氢氧化镁虽然是材料的高效消烟填料，其 分解温度在340°C~490°C，对聚合物的炭化阻燃作用优于氢氧化铝，但是同样需要较大的 填充量。同时，氢氧化镁的耐酸性差，在酸中会很快溶解，也容易受乳酸影响而使制品表面 留下指纹。因此，这种类型阻燃剂的高含量添加不仅导致最终产品的高密度和弹性性能的 缺失，而且会带来混合、挤出方面的问题，尤其是大大限制了木质纤维材料的用量。
[0006] 硼酸锌被认为是一种理想的阻燃抑烟剂。将硼酸锌加入到木粉/PVC复合材料中， 锥型量热仪实验测试表明，硼酸锌对于减少材料的质量损失起到很重要的作用，同时有较 好的阻燃抑烟作用，但它的加入降低了材料的弹性模量和断裂模量，增加了吸湿性。
[0007] -些卤代阻燃剂，如有机溴的化合物、氯化聚乙烯常被用作提高聚合物的阻燃性 能，但是由于其燃烧的不充分而通常增加了烟及一氧化碳的生成速率，而烟尘和毒性气体 是火灾中造成人身伤亡的重要原因。
[0008] 纳米阻燃抑烟剂多是氧化物(CuO、ZnO、Fe2〇3等)和复合氧化物，其制备的方法多采 用制备纳米粒子的液相法，用插层（阳离子交换)法制备纳米前驱体也是当今较常用的一种 方法。纳米型阻燃抑烟剂克服了传统阻燃抑烟剂添加量大、阻燃抑烟效果不明显的缺点，但 该方法技术复杂，成本较高。
[0009] 纳米粘土粒子在木塑复合材料中的添加有助于提高其力学强度，同时复合材料的 阻燃性能也有一定改善，但这种方法的成本高，复合材料的阻燃性能难以满足实际需要，因 而其实际应用受到严重制约。
[0010] 膨胀型阻燃剂是一类通常以P、N、C为主要元素，由酸源(脱水剂）、气源(膨胀剂)和 碳源(成炭剂)三部分组成的复合型阻燃剂，可用于多种易燃聚合物材料。典型的膨胀阻燃 体系为季戊四醇(碳源）、聚磷酸按(酸源)和三聚氰胺(气源）。添加膨胀型阻燃剂的聚合物 材料燃烧时，会在表而上形成一层均匀的炭质泡沫层，此炭层在凝聚相能起到隔热、隔氧、 抑烟和防融滴的作用，且无卤、低烟、低毒、无腐蚀性气体，因而膨胀型阻燃剂不仅具有很高 的阻燃效力，而且环境友好。因此，作为新的无卤阻燃体系，膨胀阻燃技术已成为非常活跃 的阻燃研究领域之一。但是，该复合体系单独应用到木粉/PVC复合材料中，添加少量时效果 不明显，添加量达到30~40份，不仅增加了成本而且严重降低了材料的力学性能。现有技术 中尚未实现对PVC木塑复合材料的抑烟改性，而抑烟性能对于PVC木塑复合材料的室内应用 尤为重要。
[0011] 现有的专利中公开的无卤阻燃木塑复合材料、阻燃抑烟型PVC木塑复合材料、阻燃 剂或阻燃抑烟剂存在对PVC木塑复合材料加工机械性能产生损害、影响材料外观、材料加工 成本高、抑烟效果不理想、中间体不易控制等问题。
【发明内容】
[0012] 本发明要解决PVC木塑复合材料可燃、燃烧产生大量浓烟、现有PVC木塑复合材料 阻燃抑烟剂添加量大、阻燃和抑烟效果差以及现有的卤系阻燃剂、铅盐阻燃剂等对环境和 人们健康有害的问题，提供一种PVC木塑复合材料复合无卤阻燃抑烟剂及其制备方法和应 用。
[0013] 本发明PVC木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂，由聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四 醇和氧化铜组成，按质量比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜= (0.4~4) :(0.3~ 3): (0.3~3): 1;所述氧化铜为阻燃协效剂;所述聚磷酸胺、三聚氰胺和季戊四醇组成膨胀 型阻燃剂，其中聚磷酸铵的聚合度η > 1500;
[0014] 所述PVC木塑复合材料复合无卤阻燃抑烟剂的制备方法按以下步骤进行：
[0015] 一、按质量比为：聚磷酸胺：三聚氰胺:季戊四醇：氧化铜= (0.4~4) :(0.3~3): (0.3~3): 1称取聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜作为原料，将称取的聚磷酸胺、三 聚氰胺和季戊四醇置于高速混合机中，在2000r/min~2500r/min转速下搅拌lOmin~ 15min，即完成膨胀型阻燃剂的制备；
[0016] 二、将步骤一称取的氧化铜作为阻燃协效剂，加入到步骤一中制备的膨胀型阻燃 剂中，在高速混合机中以2000r/min~2500r/min转速下搅拌lOmin~15min，即完成PVC木塑 复合材料复合无卤阻燃抑烟剂的制备。
[0017] 所述采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的方法按以下步骤进行：
[0018] -、按质量比:PVC树脂:木质纤维材料:热稳定剂:增塑剂:增溶剂:润滑剂:复合无 卤阻燃抑烟剂=100: (30~80): (4~12): (3~20): (5~10): (0· 5~2): (3~30)称取PVC树 月旨、木质纤维材料、热稳定剂、增塑剂、溶剂、润滑剂和复合无卤阻燃抑烟剂；
[0019] 将PVC树脂、热稳定剂、增塑剂、增溶剂、润滑剂、复合无卤阻燃抑烟剂依次加入到 高速混合机中进行预混;所述预混时高速混合机中的转速为2000r/min~2500r/min，预混 时间为l〇min~15min;
[0020] 所述热塑性塑料为聚氯乙烯树脂或者废旧聚氯乙烯塑料，也可以是二者的混合 物;所述木质纤维材料为木粉、竹粉、农作物秸杆粉、果壳粉中的任何一种或几种的任意比 例混合物;所述木质纤维材料粒径为80目~200目；所述热稳定剂为稀土热稳定剂、有机锡 热稳定剂等，热稳定剂主要是为了提高PVC树脂的热稳定性;所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁 酯(DOP)或邻苯二甲酸二辛酯(DCP)，增塑剂主要是为了增加聚氯乙烯树脂的塑化性能;所 述润滑剂为硬脂酸及其金属盐、石蜡或聚乙烯蜡;所述增容为马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MA)、马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MA)、氯化聚乙烯（CPE)、钛酸酯、异氰酸酯或硅烷偶联剂 等，增溶剂是为了增加木质纤维材料与塑料之间的界面相容性、改善材料的力学性能和加 工性能；
[0021] 二、调整高速混合机温度为80°C~90°C，5min~lOmin后，然后将步骤一称取的木 质纤维材料加入到步骤一的高速混合机中，调整高速混合机温度至90°C~105°C并搅拌至 木质纤维材料的含水率达到2%以下，得到高温物料;其中，较高的温度有利于去除木质纤 维材料中不利于界面结合的成分；
[0022] 三、将步骤二中高温物料卸料至低速冷混机中，待料温达到45°C时出料，得到预混 料；
[0023] 四、将预混料置于挤出机组并挤出成型，即完成无卤阻燃抑烟型PVC木塑复合材料 的制备;所述的挤出机为单螺杆挤出机、平行双螺杆双阶挤出机或锥形双螺杆挤出机;所述 挤出成型过程中挤出机筒加热温度为135°C~175°C，模口温度为160°C~165°C，并且根据 混合料组成分不同可作小范围调整；
[0024] 由于木质纤维自身的成炭作用，可根据复合体系中木质纤维含量的不同，调整复 合无卤阻燃抑烟剂中各组分之间的比例，应用于不同木质纤维含量的PVC木塑复合材料体 系，达到最佳的性价比，所述PVC木塑复合材料中复合无卤阻燃抑烟剂的配比与PVC木塑复 合材料中木质纤维材料质量百分含量的关系为:若PVC木塑复合材料中木质纤维材料质量 百分含量在40%以下，则复合无卤阻燃抑烟剂的配比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧 化铜=(0.4~1): (0.3~1): (0.3~1): 1;若PVC木塑复合材料中木质纤维材料质量百分含 量在40~60%，则复合无卤阻燃抑烟剂的配比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜= (1~3): (1~2): (2~3): 1;若PVC木塑复合材料中木质纤维材料质量百分含量大于60%，则 复合无卤阻燃抑烟剂的配比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜=(3~4): (2~3): (2~3)山
[0025] 为了满足材料在室内外不同场合的应用，在复合无卤阻燃抑烟剂制备木塑复合材 料过程中还可以适量加入塑料加工的常规改性助剂，如抗氧剂、增韧剂、着色剂等。
[0026]本发明具备以下有益效果：
[0027] 1、本发明的复合无卤阻燃抑烟剂，对木塑复合材料的主要成分木质纤维和聚氯乙 烯同时进行阻燃抑烟处 理，木质纤维材料在阻燃体系中兼作为辅助成炭剂，阻燃抑烟效果 有明显的优势，并且添加量少、成本低。
[0028] 2、本发明的复合无卤阻燃抑烟剂的阻燃剂体系中和加工助剂中，不采用任何卤系 阻燃剂、铅盐等对环境和人们健康有害的添加剂。
[0029] 3、本发明的复合无卤阻燃抑烟剂使用时，可根据木质纤维组分的变化情况，采用 不同阻燃抑烟剂组分配比，达到最佳阻燃抑烟效果，适用范围广，可应用在室内及其他对阻 燃性能有较高要求的场合，如室内用地板、天花板、装潢用装饰板、门窗材料、办公家具等， 此外还可用作运输工具内饰件、电器类外壳等。并且采用本发明方法制备的阻燃抑烟型PVC 木塑复合材料具有普通木塑复合材料的优点如材料外观近似于木材、有木质感、视觉效果 好，兼具木材和热塑性塑料的优良性能。可锯、可刨、可钉，加工性能好，易于安装，防虫蛀、 耐腐蚀、耐潮、防滑、尺寸稳定性好。
[0030] 4、本发明复合无卤阻燃抑烟剂对材料的耐点燃时间改变不明显，同时能保证对材 料的机械加工性能影响小。
[0031] 5、本发明复合无卤阻燃抑烟剂中膨胀体系及氧化铜与木质纤维、PVC之间的相互 作用，加入本发明的阻燃抑烟剂后，复合材料燃烧时不产生明显的黑烟，同时烟产量明显降 低，这对降低材料的火灾危害是有利的。该复合阻燃剂不仅赋予木塑复合材料很好的阻燃 性，而且抑烟性能优异，使用量少，因此是适合PVC木塑体系、具有阻燃和抑烟双重功效的复 合无卤阻燃抑烟剂。
[0032]根据IS05660-1，采用本发明生产的PVC木塑复合材料，其阻燃和抑烟性能显著提 高。由于木质纤维和膨胀型阻燃体系的凝聚相成炭作用，加之氧化铜对PVC树脂在燃烧过程 中对降解脱氯化氢的促进作用，使木质纤维与PVC体系的成炭量明显增加。
[0033]根据GB/T2406.2-2009,大部分木塑复合材料的氧指数在16%~20%，采用本发明 复合无卤阻燃抑烟剂制备的阻燃PVC木塑复合材料氧指数超过35%~41%，属于难燃级材 料。
[0034]锥型量热仪实验结果表明，当木质纤维含量为30%时，添加本发明的复合阻燃剂5 份（重量）后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速率降低27.0%，产烟量降低 41.7%、二氧化碳产量提高3.9%。此外，采用本发明阻燃抑烟剂制备的木塑复合材料，燃烧 时其氧指数达到41%，点燃时间长，不发生融滴；当木粉含量为70%时，添加本发明的复合 阻燃剂3份(重量)后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速量降低29%，总产烟量降 低57%、二氧化碳产量提高15%;当添加本发明的复合阻燃剂5份(重量)后的PVC木塑复合 材料，燃烧过程中总热释放速量降低15%，总产烟量降低45 %、二氧化碳产量提高7.8 %，表 现出优异的抑烟性能。
[0035] 6、本发明制备的一种阻燃抑烟型PVC木塑复合材料，与现有PVC木塑复合材料相 比，具有阻燃剂添加少，阻燃抑烟效率高。同时，能保证对材料的机械加工性能影响小。
【具体实施方式】
[0036]
【具体实施方式】一:本实施方式一种PVC木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂，该复 合无卤阻燃抑烟剂由聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜组成，按质量比为:聚磷酸胺： 三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜组成=(0.4~4) :(0.3~3) :(0.3~3): 1;所述聚磷酸铵的聚合 度 n> 1500。
[0037] 本实施方式具备以下有益效果：
[0038] 1、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂，对木塑复合材料的主要成分木质纤维和聚 氯乙烯同时进行阻燃抑烟处理，木质纤维材料在阻燃体系中兼作为辅助成炭剂，阻燃抑烟 效果有明显的优势，并且添加量少、成本低。
[0039] 2、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂的阻燃剂体系中和加工助剂中，不采用任何 卤系阻燃剂、铅盐等对环境和人们健康有害的添加剂。
[0040] 3、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂使用时，可根据木质纤维组分的变化情况， 采用不同阻燃抑烟剂组分配比，达到最佳阻燃抑烟效果，适用范围广，可应用在室内及其他 对阻燃性能有较高要求的场合，如室内用地板、天花板、装潢用装饰板、门窗材料、办公家具 等，此外还可用作运输工具内饰件、电器类外壳等。并且采用本实施方式方法制备的阻燃抑 烟型PVC木塑复合材料具有普通木塑复合材料的优点如材料外观近似于木材、有木质感、视 觉效果好，兼具木材和热塑性塑料的优良性能。可锯、可刨、可钉，加工性能好，易于安装，防 虫蛀、耐腐蚀、耐潮、防滑、尺寸稳定性好。
[0041] 4、本实施方式复合无卤阻燃抑烟剂对材料的耐点燃时间改变不明显，同时能保证 对材料的机械加工性能影响小。
[0042] 5、本实施方式复合无卤阻燃抑烟剂中膨胀体系及氧化铜与木质纤维、PVC之间的 相互作用，加入本实施方式的阻燃抑烟剂后，复合材料燃烧时不产生明显的黑烟，同时烟产 量明显降低，这对降低材料的火灾危害是有利的。该复合阻燃剂不仅赋予木塑复合材料很 好的阻燃性，而且抑烟性能优异，使用量少，因此是适合PVC木塑体系、具有阻燃和抑烟双重 功效的复合无卤阻燃抑烟剂。
[0043]根据IS05660-1，采用本实施方式生产的PVC木塑复合材料，其阻燃和抑烟性能显 著提高。由于木质纤维和膨胀型阻燃体系的凝聚相成炭作用，加之氧化铜对PVC树脂在燃烧 过程中对降解脱氯化氢的促进作用，使木质纤维与PVC体系的成炭量明显增加。
[0044] 根据GB/T2406.2-2009,大部分木塑复合材料的氧指数在16%~20%，采用本实施 方式复合无卤阻燃抑烟剂制备的阻燃PVC木塑复合材料氧指数超过35%~41%，属于难燃 级材料。
[0045] 锥型量热仪实验结果表明，当木质纤维含量为30%时，添加本实施方式的复合阻 燃剂5份(重量)后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速率降低27.0%，产烟量降低 41.7%、二氧化碳产量提高3.9%。此外，采用本实施方式阻燃抑烟剂制备的木塑复合材料， 燃烧时其氧指数达到41%，点燃时间长，不发生融滴；当木粉含量为70%时，添加本实施方 式的复合阻燃剂3份(重量)后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速量降低29%，总 产烟量降低57%、二氧化碳产量提高15%;当添加本实施方式的复合阻燃剂5份(重量)后的 PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速量降低15%，总产烟量降低45%、二氧化碳产量 提高7.8%，表现出优异的抑烟性能。
[0046] 6、本实施方式制备的一种阻燃抑烟型PVC木塑复合材料，与现有PVC木塑复合材料 相比，具有阻燃剂添加少，阻燃抑烟效率高。同时，能保证对材料的机械加工性能影响小。
【具体实施方式】 [0047] 二:本实施方式与一不同的是:所述聚磷酸铵的聚合 度η> 1500。其它步骤与参数与一相同。
【具体实施方式】 [0048] 三:本实施方式一种制备PVC木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂 的方法，该方法按以下步骤进行：
[0049] -、按质量比为：聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜= (0.4~4) :(0.3~3): (0.3~3): 1称取聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜作为原料，将称取的聚磷酸胺、三 聚氰胺和季戊四醇置于高速混合机中，在2000r/min~2500r/min转速下搅拌lOmin~ 15min，即完成膨胀型阻燃剂的制备；
[0050] 二、将步骤一称取的氧化铜作为阻燃协效剂，加入到步骤一中制备的膨胀型阻燃 剂中，在高速混合机中以2000r/min~2500r/min转速下搅拌lOmin~15min，即完成PVC木塑 复合材料复合无卤阻燃抑烟剂的制备。
[0051] 本实施方式具备以下有益效果：
[0052] 1、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂，对木塑复合材料的主要成分木质纤维和聚 氯乙烯同时进行阻燃抑烟处理，木质纤维材料在阻燃体系中兼作为辅助成炭剂，阻燃抑烟 效果有明显的优势，并且添加量少、成本低。
[0053] 2、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂的阻燃剂体系中和加工助剂中，不采用任何 卤系阻燃剂、铅盐等对环境和人们健康有害的添加剂。
[0054] 3、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂使用时，可根据木质纤维组分的变化情况， 采用不同阻燃抑烟剂组分配比，达到最佳阻燃抑烟效果，适用范围广，可应用在室内及其他 对阻燃性能有较高要求的场合，如室内用地板、天花板、装潢用装饰板、门窗材料、办公家具 等，此外还可用作运输工具内饰件、电器类外壳等。并且采用本实施方式方法制备的阻燃抑 烟型PVC木塑复合材料具有普通木塑复合材料的优点如材料外观近似于木材、有木质感、视 觉效果好，兼具木材和热塑性塑料的优良性能。可锯、可刨、可钉，加工性能好，易于安装，防 虫蛀、耐腐蚀、耐潮、防滑、尺寸稳定性好。
[0055] 4、本实施方式复合无卤阻燃抑烟剂对材料的耐点燃时间改变不明显，同时能保证 对材料的机械加工性能影响小。
[0056] 5、本实施方式复合无卤阻燃抑烟剂中膨胀体系及氧化铜与木质纤维、PVC之间的 相互作用，加入本实施方式的阻燃抑烟剂后，复合材料燃烧时不产生明显的黑烟，同时烟产 量明显降低，这对降低材料的火灾危害是有利的。该复合阻燃剂不仅赋予木塑复合材料很 好的阻燃性，而且抑烟性能优异，使用量少，因此是适合PVC木塑体系、具有阻燃和抑烟双重 功效的复合无卤阻燃抑烟剂。
[0057]根据IS05660-1，采用本实施方式生产的PVC木塑复合材料，其阻燃和抑烟性能显 著提高。由于木质纤维和膨胀型阻燃体系的凝聚相成炭作用，加之氧化铜对PVC树脂在燃烧 过程中对降解脱氯化氢的促进作用，使木质纤维与PVC体系的成炭量明显增加。
[0058] 根据GB/T2406.2-2009,大部分木塑复合材料的氧指数在16%~20%，采用本实施 方式复合无卤阻燃抑烟剂制备的阻燃PVC木塑复合材料氧指数超过35%~41%，属于难燃 级材料。
[0059] 锥型量热仪实验结果表明，当木质纤维含量为30%时，添加本实施方式的复合阻 燃剂5份(重量)后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速率降低27.0%，产烟量降低 41.7%、二氧化碳产量提高3.9%。此外，采用本实施方式阻 燃抑烟剂制备的木塑复合材料， 燃烧时其氧指数达到41%，点燃时间长，不发生融滴；当木粉含量为70%时，添加本实施方 式的复合阻燃剂3份(重量)后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速量降低29%，总 产烟量降低57%、二氧化碳产量提高15%;当添加本实施方式的复合阻燃剂5份(重量)后的 PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速量降低15%，总产烟量降低45%、二氧化碳产量 提高7.8%，表现出优异的抑烟性能。
[0060] 6、本实施方式制备的一种阻燃抑烟型PVC木塑复合材料，与现有PVC木塑复合材料 相比，具有阻燃剂添加少，阻燃抑烟效率高。同时，能保证对材料的机械加工性能影响小。
【具体实施方式】 [0061] 三:本实施方式采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的 方法，该方法按以下步骤进行：
[0062] -、按质量比:PVC树脂:木质纤维材料:热稳定剂:增塑剂:增溶剂:润滑剂:复合无 卤阻燃抑烟剂=100: (30~80): (4~12): (3~20): (5~10): (0· 5~2): (3~30)称取PVC树 月旨、木质纤维材料、热稳定剂、增塑剂、溶剂、润滑剂和复合无卤阻燃抑烟剂；
[0063] 将PVC树脂、热稳定剂、增塑剂、增溶剂、润滑剂、复合无卤阻燃抑烟剂依次加入到 高速混合机中进行预混;所述预混时高速混合机中的转速为2000r/min~2500r/min，预混 时间为l〇min~15min;
[0064] 二、调整高速混合机温度为80°C~90°C，5min~lOmin后，然后将步骤一称取的木 质纤维材料加入到步骤一的高速混合机中，调整高速混合机温度至90°C~105°C并搅拌至 木质纤维材料的含水率达到2%以下，得到高温物料；
[0065] 三、将步骤二中高温物料卸料至低速冷混机中，待料温达到45°C时出料，得到预混 料；
[0066] 四、将预混料置于挤出机组并挤出成型，即完成无卤阻燃抑烟型PVC木塑复合材料 的制备;所述的挤出机为单螺杆挤出机、平行双螺杆双阶挤出机或锥形双螺杆挤出机;所述 挤出成型过程中挤出机筒加热温度为135°C~175°C，模口温度为160°C~165°C ;
[0067] 由于木质纤维自身的成炭作用，可根据PVC木塑复合材料中木质纤维材料含量的 不同，调整复合无卤阻燃抑烟剂中各组分之间的比例，应用于不同木质纤维含量的PVC木塑 复合材料体系，达到最佳的性价比，所述PVC木塑复合材料中复合无卤阻燃抑烟剂的配比与 PVC木塑复合材料中木质纤维材料质量百分含量的关系为:若PVC木塑复合材料中木质纤维 材料质量百分含量在40%以下，则复合无卤阻燃抑烟剂的配比为：聚磷酸胺:三聚氰胺:季 戊四醇:氧化铜=(0.4~1): (0.3~1): (0.3~1): 1;若PVC木塑复合材料中木质纤维材料质 量百分含量在40~60%，则复合无卤阻燃抑烟剂的配比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇： 氧化铜=(1~3): (1~2): (2~3): 1;若PVC木塑复合材料中木质纤维材料质量百分含量大 于60%，则复合无卤阻燃抑烟剂的配比为：聚磷酸胺:三聚氰胺：季戊四醇：氧化铜=(3~ 4):(2~3):(2~3):1。
[0068]本实施方式具备以下有益效果：
[0069] 1、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂，对木塑复合材料的主要成分木质纤维和聚 氯乙烯同时进行阻燃抑烟处理，木质纤维材料在阻燃体系中兼作为辅助成炭剂，阻燃抑烟 效果有明显的优势，并且添加量少、成本低。
[0070] 2、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂的阻燃剂体系中和加工助剂中，不采用任何 卤系阻燃剂、铅盐等对环境和人们健康有害的添加剂。
[0071] 3、本实施方式的复合无卤阻燃抑烟剂使用时，可根据木质纤维组分的变化情况， 采用不同阻燃抑烟剂组分配比，达到最佳阻燃抑烟效果，适用范围广，可应用在室内及其他 对阻燃性能有较高要求的场合，如室内用地板、天花板、装潢用装饰板、门窗材料、办公家具 等，此外还可用作运输工具内饰件、电器类外壳等。并且采用本实施方式方法制备的阻燃抑 烟型PVC木塑复合材料具有普通木塑复合材料的优点如材料外观近似于木材、有木质感、视 觉效果好，兼具木材和热塑性塑料的优良性能。可锯、可刨、可钉，加工性能好，易于安装，防 虫蛀、耐腐蚀、耐潮、防滑、尺寸稳定性好。
[0072] 4、本实施方式复合无卤阻燃抑烟剂对材料的耐点燃时间改变不明显，同时能保证 对材料的机械加工性能影响小。
[0073] 5、本实施方式复合无卤阻燃抑烟剂中膨胀体系及氧化铜与木质纤维、PVC之间的 相互作用，加入本实施方式的阻燃抑烟剂后，复合材料燃烧时不产生明显的黑烟，同时烟产 量明显降低，这对降低材料的火灾危害是有利的。该复合阻燃剂不仅赋予木塑复合材料很 好的阻燃性，而且抑烟性能优异，使用量少，因此是适合PVC木塑体系、具有阻燃和抑烟双重 功效的复合无卤阻燃抑烟剂。
[0074]根据IS05660-1，采用本实施方式生产的PVC木塑复合材料，其阻燃和抑烟性能显 著提高。由于木质纤维和膨胀型阻燃体系的凝聚相成炭作用，加之氧化铜对PVC树脂在燃烧 过程中对降解脱氯化氢的促进作用，使木质纤维与PVC体系的成炭量明显增加。
[0075] 根据GB/T2406.2-2009,大部分木塑复合材料的氧指数在16 %~20 %，采用本实施 方式复合无卤阻燃抑烟剂制备的阻燃PVC木塑复合材料氧指数超过35%~41%，属于难燃 级材料。
[0076] 锥型量热仪实验结果表明，当木质纤维含量为30%时，添加本实施方式的复合阻 燃剂5份(重量)后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速率降低27.0%，产烟量降低 41.7%、二氧化碳产量提高3.9%。此外，采用本实施方式阻燃抑烟剂制备的木塑复合材料， 燃烧时其氧指数达到41%，点燃时间长，不发生融滴；当木粉含量为70%时，添加本实施方 式的复合阻燃剂3份(重量)后的PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速量降低29%，总 产烟量降低57%、二氧化碳产量提高15%;当添加本实施方式的复合阻燃剂5份(重量)后的 PVC木塑复合材料，燃烧过程中总热释放速量降低15%，总产烟量降低45%、二氧化碳产量 提高7.8%，表现出优异的抑烟性能。
[0077] 6、本实施方式制备的一种阻燃抑烟型PVC木塑复合材料，与现有PVC木塑复合材料 相比，具有阻燃剂添加少，阻燃抑烟效率高。同时，能保证对材料的机械加工性能影响小。
【具体实施方式】 [0078] 四：本实施方式与三不同的是:步骤一中。所述热塑性 塑料为聚氯乙烯树脂或者废旧聚氯乙烯塑料，也可以是二者的混合物。其它步骤与参数与 三相同。
【具体实施方式】 [0079] 五:本实施方式与三或四不同的是：步骤一中所述木 质纤维材料为木粉、竹粉、农作物秸杆粉、果壳粉中的任何一种或几种的任意比例混合物； 所述木质纤维材料粒径为80目~200目。其它步骤与参数与三或四相同。
【具体实施方式】 [0080] 六:本实施方式与三至五之一不同的是：步骤一中所 述热稳定剂为稀土热稳定剂、有机锡热稳定剂。其它步骤与参数与三至五之 一相同。
[0081]
【具体实施方式】七:本实施方式与【具体实施方式】三至六之一不同的是：步骤一中所 述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯(DOP)或邻苯二甲酸二辛酯(DCP)。其它步骤与参数与具体实 施方式三至六之一相同。
[0082]【具体实施方式】八:本实施方式与【具体实施方式】三至七之一不同的是：步骤一中所 述润滑剂为硬脂酸及其金属盐、石蜡或聚乙烯蜡。其它步骤与参数与【具体实施方式】三至七 之一相同。
[0083]【具体实施方式】九:本实施方式与【具体实施方式】三至八之一不同的是：步骤一中所 述增容为马来酸酐接枝聚丙烯（PP-g-MA)、马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MA)、氯化聚乙烯 (CPE)、钛酸酯、异氰酸酯或硅烷偶联剂。其它步骤与参数与【具体实施方式】三至八之一相同。 [0084]以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0085] 实施例1
[0086] 所述PVC木塑复合材料复合无卤阻燃抑烟剂的制备方法按以下步骤进行：
[0087] 一、按质量比为：聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇：氧化铜= 0.4:0.3:0.3:1称取聚 磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜作为原料，将称取的聚磷酸胺、三聚氰胺和季戊四醇 置于高速混合机中，在2500r/min转速下搅拌15min，即完成膨胀型阻燃剂的制备;所述聚磷 酸铵的聚合度η >1500;
[0088]二、将步骤一称取的氧化铜作为阻燃协效剂，加入到步骤一中制备的膨胀型阻燃 剂中，在高速混合机中以2500r/min转速下搅拌15min，即完成PVC木塑复合材料复合无齒阻 燃抑烟剂的制备。
[0089] 实施例2
[0090]本实施例采用实施例1所制备的复合无卤阻燃抑烟剂制备阻燃抑烟型PVC木塑复 合材料按以下步骤进行：
[0091 ] -、按质量比:PVC树脂:木质纤维材料:热稳定剂:增塑剂:增溶剂:润滑剂:复合无 卤阻燃抑烟剂=301:150:18:15:15:1:30称取PVC树脂、木质纤维材料、热稳定剂、增塑剂、 溶剂、润滑剂和复合无卤阻燃抑烟剂;将PVC树脂、热稳定剂、增塑剂、增溶剂、润滑剂、复合 无卤阻燃抑烟剂依次加入到高速混合机中进行预混;所述预混时高速混合机中的转速为 2000r/min，预混时间为lOmin;
[0092]二、调整高速混合机温度为80°C，10min后，然后将步骤一称取的木质纤维材料加 入到步骤一的高速混合机中，调整高速混合机温度至90°C并搅拌至木质纤维材料的含水率 达到2%以下，得到高温物料;其中，较高的温度有利于去除木质纤维材料中不利于界面结 合的成分；
[0093] 三、将步骤二中高温物料卸料至低速冷混机中，待料温达到45°C时出料，得到预混 料；
[0094] 四、将预混料置于挤出机组并挤出成型，即完成阻燃抑烟型PVC木塑复合材料的制 备；
[0095] 所述挤出成型过程中挤出机筒加热温度为135°C，模口温度为160°C;所述的挤出 机为单螺杆挤出机; 所述热塑性塑料为聚氯乙烯树脂;所述木质纤维材料为木粉、竹粉、农 作物秸杆粉、果壳粉中的任何一种或几种的任意比例混合物;所述木粉粒径为150目；所述 热稳定剂为有机锡热稳定剂;所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯(D0P);所述润滑剂为聚乙烯 蜡;所述增容为马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MA);所述润滑剂为石蜡；
[0096] 本实施例制备的阻燃抑烟型PVC木塑复合材料的制备的主要组分比例如表1中样 品2所示，其中样品1为未加复合无卤阻燃抑烟的对照组配方。
[0097] 在本实施例中，2组实验的工艺参数保持不变。实验过程中，本实施例挤出制品为 截面尺寸宽40mm和厚4mm的片材，将挤出的片材加工成标准试件，进行氧指数和锥形量热仪 (热流50kW/m 2)对比试验，以系统评价其阻燃和抑烟性能，结果见表2,样品2为阻燃抑烟型 PVC木塑复合材料，样品1为未加复合无卤阻燃抑烟的对照组配方。
[0098] 用于氧指数试验时，将挤出的片材直接切削成测试方法要求的形状尺寸。用于燃 烧性能测试时，将片材横向平行拼接并在热压机上压制成厚度4.0mm的薄板，然后切割成尺 寸为100mmX100mm的试样用于C0NE试验。氧指数测试按照GB/T2406-2009标准 ;阻燃性能测 试按照IS05660-1标准。
[0099]测试结果表明：与未加阻燃剂处理样品1相比，样品2能有效地减缓复合材燃烧时 的总热释放量，抑制火传播和蔓延。其中样品2的总烟产量与未处理样品1相比，阻燃处理使 样品单位面积烟产量明显降低降低52.2% ;总热释放量降低19.98%，燃烧氧指数从35.2增 加到41%。本发明无卤复合无卤阻燃抑烟剂具有用量小，对木粉/PVC复合材料有显著的阻 燃和抑烟效果。
[0100] 表1实施例1中木塑复合材料的主要组分比例
[0101]
[0102] 表2实施例1中木塑复合材料阻燃抑烟性能测试
[0103]
[0104] 实施例3
[0105] 本实施例中材料的基础配方中各组分的重量分数比例为聚氯乙烯：热稳定剂： MAPP:D0P= 100:6:5:5,复合无卤阻燃抑烟剂由聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜组 成，质量比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜=24:17:11:50;本实施例中制备五种 木粉含量均为30 %的阻燃抑烟型PVC木塑复合材料，阻燃抑烟剂的用量如表3所示，其他原 料与工艺与实施例2相同；本实施例中PVC木塑复合材料的燃烧性能如表4所示；
[0106]测试结果表明：当木粉含量为30%时，随着阻燃剂中氧化铜用量降低，膨胀阻燃剂 中聚磷酸铵用量增加，与未加入阻燃剂的样品1相比，样品2、3、4、5燃烧过程总烟释放量分 别降低13.79%、26·79%、17.32%、44·07%，总释放量降低10.99%~45.39%。烟毒性指标 一氧化碳产量也有不同程度降低，样品的残炭量明显增加。当木粉含量相同，复合阻燃剂用 量由5 %增加时到20 %时，总烟释放量和总热释放量分别降低32.35 %和39.28 %。因此，对 于低木粉含量的PVC木塑复合材料通过在基本保持三聚氰胺和季戊四醇用量情况下，调整 氧化铜的用量达到明显的阻燃抑烟效果。
[0107] 表3实施例2中复合无卤阻燃抑烟剂组分配比及用量
[0108]
[0110] 表4实施例2中PVC木塑复合材料的燃烧性能
[0111]
[0112] 实施例4
[0113] 本实施例中材料的基础配方同实施例2,本实施例中采用三种木粉含量为70%的 PVC木塑复合材料进行锥形量热仪燃烧实验，阻燃抑烟剂的用量如表5所示，其他原料与工 艺与实施例3相同，本实施例中PVC木塑复合材料的燃烧性能如表6所示；
[0114] 测试结果表明：木粉含量达到70%时，使用3%的复合阻燃剂时，随着阻燃剂中氧 化铜用量由9%增加到50%，材料燃烧过程中总热释放量降低17.43%，总烟释放量降低 19.56 %。当复合阻燃剂用量由3 %增加到5%，相应的总烟释放量增加3.6%，燃烧产物的烟 毒性和残炭量增加。说明对于高木粉含量的PVC复合材料，增加氧化铜用量，抑烟效果明显。
[0115] 表5实施例3中复合无卤阻燃抑烟剂组分配比及用量
[0116]
[0117] 表6实施例3中PVC木塑复合材料的燃烧性能
[0118]
【主权项】
1. 一种PVC木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂，其特征在于该复合无卤阻燃抑烟剂 由聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜组成，按质量比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四 醇:氧化铜=(0.4~4): (0.3~3): (0.3~3): 1。2. 根据权利要求1所述的一种PVC木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂，其特征在于所 述聚磷酸铵的聚合度η >1500。3. -种制备如权利要求1所述的PVC木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂的方法，其特 征在于该方法按以下步骤进行： 一、 按质量比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜= (0.4~4) :(0.3~3) :(0.3~ 3) :1称取聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜作为原料，将称取的聚磷酸胺、三聚氰胺 和季戊四醇置于高速混合机中，在2000r/min~2500r/min转速下搅拌lOmin~15min，即完 成膨胀型阻燃剂的制备； 二、 将步骤一称取的氧化铜作为阻燃协效剂，加入到步骤一中制备的膨胀型阻燃剂中， 在高速混合机中以2000r/min~2500r/min转速下揽摔lOmin~15min，即完成PVC木塑复合 材料复合无卤阻燃抑烟剂的制备。4. 如权利要求1所述的复合无卤阻燃抑烟剂的应用，其特征在于采用复合无卤阻燃抑 烟剂制备PVC木塑复合材料，具体方法为： 一、 按质量比:PVC树脂:木质纤维材料:热稳定剂:增塑剂:增溶剂:润滑剂:复合无卤阻 燃抑烟剂=100: (30~80): (4~12): (3~20): (5~10): (0.5~2): (3~30)称取PVC树脂、木 质纤维材料、热稳定剂、增塑剂、溶剂、润滑剂和复合无卤阻燃抑烟剂； 将PVC树脂、热稳定剂、增塑剂、增溶剂、润滑剂、复合无卤阻燃抑烟剂依次加入到高速 混合机中进行预混;所述预混时高速混合机中的转速为2000r/min~2500r/min，预混时间 为lOmin~15min; 二、 调整高速混合机温度为80°C~90°C，5min~lOmin后，然后将步骤一称取的木质纤 维材料加入到步骤一的高速混合机中，调整高速混合机温度至90°C~105°C并搅拌至木质 纤维材料的含水率达到2 %以下，得到高温物料； 三、 将步骤二中高温物料卸料至低速冷混机中，待料温达到45°C时出料，得到预混料； 四、 将预混料置于挤出机组并挤出成型，即完成无卤阻燃抑烟型PVC木塑复合材料的制 备;所述的挤出机为单螺杆挤出机、平行双螺杆双阶挤出机或锥形双螺杆挤出机;所述挤出 成型过程中挤出机筒加热温度为135°C~175°C，模口温度为160°C~165°C ; 所述PVC木塑复合材料中复合无卤阻燃抑烟剂的配比与PVC木塑复合材料中木质纤维 材料质量百分含量的关系为： 若PVC木塑复合材料中木质纤维材料质量百分含量在40%以下，则复合无卤阻燃抑烟 剂的配比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜=(0.4~1):(0.3~1):(0.3~1)山若 PVC木塑复合材料中木质纤维材料质量百分含量在40~60%，则复合无卤阻燃抑烟剂的配 比为:聚磷酸胺:三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜=(1~3):(1~2):(2~3): 1;若PVC木塑复合 材料中木质纤维材料质量百分含量大于60%，则复合无卤阻燃抑烟剂的配比为:聚磷酸胺： 三聚氰胺:季戊四醇:氧化铜=(3~4): (2~3): (2~3) :1。5. 根据权利要求4所述的采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的方法，其特 征在于步骤一所述热塑性塑料为聚氯乙烯树脂或者废旧聚氯乙烯塑料，或二者的混合物。6. 根据权利要求4所述的采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的方法，其特 征在于步骤一所述木质纤维材料为木粉、竹粉、农作物秸杆粉、果壳粉中的任何一种或几种 的任意比例混合物;所述木质纤维材料粒径为80目~200目。7. 根据权利要求4所述的采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的方法，其特 征在于步骤一所述热稳定剂为稀土热稳定剂或有机锡热稳定剂。8. 根据权利要求4所述的采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的方法，其特 征在于步骤一所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯DOP或邻苯二甲酸二辛酯DCP。9. 根据权利要求4所述的采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的方法，其特 征在于步骤一所述润滑剂为硬脂酸及其金属盐、石蜡或聚乙烯蜡。10. 根据权利要求4所述的采用复合无卤阻燃抑烟剂制备PVC木塑复合材料的方法，其 特征在于步骤一所述增容为马来酸酐接枝聚丙烯PP-g-MA、马来酸酐接枝聚乙烯PE-g-MA、 氯化聚乙烯CPE、钛酸酯、异氰酸酯或硅烷偶联剂。
【专利摘要】一种PVC木塑复合材料的复合无卤阻燃抑烟剂及其制备方法和应用，涉及一种复合无卤阻燃抑烟剂及其制备方法和应用。本发明要解决PVC木塑复合材料可燃、燃烧产烟量大、现有PVC木塑复合材料阻燃抑烟剂添加量大、阻燃和抑烟效果差以及对环境和人们健康有害的问题。复合无卤阻燃抑烟剂由聚磷酸胺、三聚氰胺、季戊四醇和氧化铜组成。制备：一、制备膨胀型阻燃剂；二、制备复合无卤阻燃抑烟剂。应用方法：一、称取原料；二、制备高温物料；三、制备预混料；四、挤出成型。本发明阻燃抑烟剂解决了木塑复合材料可燃、燃烧产烟量大、现有阻燃抑烟剂添加量大效果差以及对环境和人们健康有害的问题。本发明用于PVC木塑复合材料的阻燃和抑烟。
【IPC分类】C08K3/32, C08L97/02, C08K5/3492, C08K3/22, C08L27/06, B29C47/92, C08K13/02, C08K5/053
【公开号】CN105566811
【申请号】CN201610123329
【发明人】白晓艳, 张春生
【申请人】白晓艳
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2016年3月3日
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