一种用于生物质材料的阻燃组合物及其制备方法和应用与流程

本发明涉及材料，特别涉及一种用于生物质材料的阻燃组合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、生物质材料凭借其可再生、可降解及来源广泛等优势，被视为替代传统石油基塑料的理想选择。然而，与普通聚丙烯（pp）塑料类似，生物质材料同样存在易燃性高、抗冲击性能差的固有缺陷，严重限制了其在电子电器、交通运输等领域的应用范围。现有技术通常采用添加阻燃剂、增强纤维或简单共混的方式来改善性能，然而这些方案始终无法突破“阻燃性”与“抗冲击韧性”此消彼长的技术瓶颈。例如，添加大量阻燃剂虽能提升阻燃效果，却会导致材料脆性急剧增加；引入增强纤维虽能提升刚性，却往往因界面结合力弱及自身阻燃性差而难以兼顾综合力学性能；而简单的物理共混则面临分散不均、性能不稳定等问题，导致最终制品往往顾此失彼，无法同时满足高阻燃与高韧性的双重需求。

2、此外，现有技术方案为了达到理想的阻燃等级，往往依赖大量昂贵的化工合成阻燃剂，这不仅大幅增加了生物质复合材料的生产成本，也违背了生物质材料本身所追求的绿色环保与可持续发展初衷。尽管天然植物纤维、菠萝叶等农业废弃物中含有二氧化硅等天然阻燃元素，具有极高的潜在利用价值，但目前这些资源大多被直接焚烧或丢弃，未能得到有效挖掘。因此，如何充分利用这些农业废弃物中的天然特性，在实现资源高值化利用的同时，解决生物质材料中阻燃与增韧难以协同的共性技术难题，是当前亟待解决的关键问题。

技术实现思路

1、本发明的主要目的是提供一种用于生物质材料的阻燃组合物及其制备方法和应用，旨在解决现有技术中生物质材料中阻燃与增韧难以协同的共性技术难题的问题。

2、为实现上述目的，本发明提出一种用于生物质材料的阻燃组合物包括天然植物纤维、复合阻燃剂、聚烯烃树脂、抗冲击改性剂、硅烷偶联剂、润滑剂和抗氧剂，其中，复合阻燃剂包括酸源、碳源和气源。

3、在一实施方式中，所述天然植物纤维包括香蕉假茎、菠萝叶纤维、稻壳粉和甘蔗渣中的至少一种；和/或，

4、所述聚烯烃树脂的聚丙烯、聚乙烯（pe）和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（abs）中的至少一种；和/或，

5、所述抗冲击改性剂包括马来酸酐接枝聚烯烃弹性体、马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物（poe-g-mah）和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶（epdm-g-mah）中的至少一种；和/或，

6、所述硅烷偶联剂包括kh550、kh560和kh570中的至少一种；和/或，

7、所述润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌和乙撑双硬脂酰胺（ebs）中的至少一种；和/或，

8、所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168和抗氧剂1076中的至少一种；和/或，

9、所述酸源包括聚磷酸铵、聚磷酸三聚氰胺和磷酸三苯酯中的至少一种；和/或，

10、所述碳源包括季戊四醇、淀粉、纤维素和蔗糖中的至少一种；和/或，

11、所述气源包括三聚氰胺、尿素和三聚氰胺氰尿酸盐中的至少一种。

12、在一实施方式中，按质量份数计，所述用于生物质材料的阻燃组合物包括：

13、天然植物纤维10~50份；

14、复合阻燃剂5~30份；

15、聚烯烃树脂40~70份；

16、抗冲击改性剂2~15份；

17、硅烷偶联剂0.1~3份；

18、润滑剂0.1~2份；

19、抗氧剂0.1~1份。

20、在一实施方式中，在所述复合阻燃剂中，所述聚磷酸铵、所述季戊四醇和所述三聚氰胺的质量比为（2～4）:1:1。

21、本发明提供一种如上所述的用于生物质材料的阻燃组合物的制备方法，包括以下步骤：

22、将天然植物纤维进行预处理，得预处理后的天然植物纤维；

23、将复合阻燃剂、聚烯烃树脂、抗冲击改性剂、硅烷偶联剂、润滑剂和抗氧剂与所述预处理后的天然植物纤维混合，搅拌，得混合料；

24、将所述混合料熔融共混、挤出、冷却，得用于生物质材料的阻燃组合物。

25、在一实施方式中，将天然植物纤维进行预处理的步骤包括：将天然植物纤维清洗、粉碎、过筛，在100~110℃下干燥3~5小时，得预处理后的天然植物纤维。

26、在一实施方式中，步骤将所述混合料熔融共混、挤出、冷却，得用于生物质材料的阻燃组合物中，所述熔融共混是在170℃至190℃的温度下进行。

27、本发明提供一种所述的用于生物质材料的阻燃组合物在制备交通运输、电子电气、建筑建材或工业包装领域的结构件中的应用。

28、在一实施方式中，所述结构件包括汽车门板、高铁内饰板、无人机外壳、光伏组件边框、电子电器壳体和建筑防火隔断中的至少一种。

29、本发明的技术方案中，基于“变废为阻”的理念，通过直接采用未经化学提纯、保留了天然矿物质（如钾、钙、二氧化硅）的天然植物纤维与酸源、碳源和气源组成的复合阻燃剂复配，酸源的作用是受热分解产生强脱水性的磷酸类物质，碳源的作用是在酸催化下脱水成炭形成骨架，气源的作用是受热分解释放不燃气体使炭层膨胀发泡，在材料遭遇火源时，天然植物纤维中的天然矿物质不仅作为催化剂加速阻燃剂的成炭反应，更与碳骨架原位结合形成比传统碳层更致密坚固的“陶瓷-碳”复合保护层，从而高效隔绝热量与氧气；这种超高效的协同阻燃机制使得配方中昂贵的化工阻燃剂用量得以大幅减少（如降低30%以上），有效避免了大量刚性阻燃剂对聚烯烃树脂基体韧性的破坏，同时结合天然植物纤维自身多孔结构对冲击能的吸收作用，最终在实现高标准阻燃性能的同时完美保留了材料的抗冲击韧性。

1.一种用于生物质材料的阻燃组合物，其特征在于，包括天然植物纤维、复合阻燃剂、聚烯烃树脂、抗冲击改性剂、硅烷偶联剂、润滑剂和抗氧剂，其中，复合阻燃剂包括酸源、碳源和气源。

2.如权利要求1所述的用于生物质材料的阻燃组合物，其特征在于，

3.如权利要求1所述的用于生物质材料的阻燃组合物，其特征在于，按质量份数计，所述用于生物质材料的阻燃组合物包括：

4.如权利要求1所述的用于生物质材料的阻燃组合物，其特征在于，在所述复合阻燃剂中，所述酸源、所述碳源和所述气源的质量比为（2～4）:1:1。

5.一种如权利要求1至4任意一项所述的用于生物质材料的阻燃组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

6.如权利要求5所述的用于生物质材料的阻燃组合物的制备方法，其特征在于，将天然植物纤维进行预处理的步骤包括：将天然植物纤维清洗、粉碎、过筛，在100~110℃下干燥3~5小时，得预处理后的天然植物纤维。

7.如权利要求5所述的用于生物质材料的阻燃组合物的制备方法，其特征在于，步骤将所述混合料熔融共混、挤出、冷却，得用于生物质材料的阻燃组合物中，所述熔融共混是在170℃至190℃的温度下进行。

8.一种如权利要求1至4任意一项所述的用于生物质材料的阻燃组合物在制备交通运输、电子电气、建筑建材或工业包装领域的结构件中的应用。

9.如权利要求8所述的应用，其特征在于，所述结构件包括汽车门板、高铁内饰板、无人机外壳、光伏组件边框、电子电器壳体和建筑防火隔断中的至少一种。