一种氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性PVC木塑板及制法的制作方法

一种氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性pvc木塑板及制法
技术领域
1.本发明涉及木塑板技术领域，具体为一种氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性pvc木塑板及制法。


背景技术：

2.木塑复合材料的原料来源丰富、成本低廉，不仅可使用废旧塑料和木制品废弃物及边角料、锯屑、农作物秸秆等回收资源作为原料，而且木塑产品本身可回收再加工成木塑产品，对废物利用和代替木材、保护森林具有积极的环保意义，而以聚氯乙烯为基体的木塑复合材料具有良好的防水、隔音、防霉变等良好的性能，因此成为近年来的研究热点，但是聚氯乙烯本身的韧性较差，阻燃性能也达不到市场的需求，因此需要对传统的聚氯乙烯进行改性，通过在聚氯乙烯基体中填充功能性的分子或者无机纳米材料，可以有效地增强聚氯乙烯木塑板的韧性和阻燃等综合性能。
3.蒙脱土是一种层链状的无机纳米材料之一，近年来得到了广泛的研究，将其与有机高分子材料进行复合，形成复合型材料的报道也越来越多，中国专利cn105885272a、cn106432974a中报道了一种将蒙脱土共混添加进聚氯乙烯基体中，形成力学、机械、阻燃等性能优异的杂化型复合材料的可行方法，但是大多数这类专利中都没有对蒙脱土进行改性，没有解决蒙脱土分散性较差的问题，因此只能在基体中添加少量的蒙脱土，以避免蒙脱土出现团聚的现象，但是少量的蒙脱土很难达到理想的改性效果，因此需要对蒙脱土进行改性，通过将氮-磷协效阻燃剂等功能性分子共价接枝在蒙脱土表面，一方面降低蒙脱土的亲水性，同时也能增强蒙脱土的功能性，从而进一步拓展蒙脱土的应用范围。
4.(一)解决的技术问题
5.针对现有技术的不足，本发明提供了一种氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性pvc木塑板及制法，解决了聚氯乙烯木塑板韧性和阻燃性能较差的问题。
6.(二)技术方案
7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性pvc木塑板，所述氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性pvc木塑板的制备方法包括以下步骤：
8.(1)向反应器中加入无水甲苯和蒙脱土，超声分散均匀，继续加入甲基丙烯酰氧乙基异氰酸酯，混合均匀后转移至油浴锅中，在60-80℃下搅拌反应4-12h，反应结束后离心、洗涤并干燥，得到烯基化蒙脱土；
9.(2)向反应器中加入乙醇和烯基化蒙脱土，超声分散20-40min，继续加入三(2-氨基乙基)胺，混合均匀转移至油浴锅中，在30-50℃下恒温搅拌反应24-36h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到氨基化蒙脱土；
10.(3)向反应器中加入乙腈和氨基化蒙脱土，超声分散至完全溶解，继续加入螺环磷酰二氯和催化剂，转移至油浴锅中，在氮气氛围中以70-90℃下反应18-36h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到螺环磷酰氯基蒙脱土；
11.(4)向反应器中加入乙腈和螺环磷酰氯基蒙脱土，超声分散均匀，继续加入苯并咪
唑和缚酸剂，混合均匀后转移至油浴锅中，在10-30℃下反应12-24h，产物经离心、洗涤并干燥，得到氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土；
12.(5)向高速搅拌机中加入聚氯乙烯、氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土、30-40％的木粉、2-6％的润滑剂聚乙烯蜡、1-3％的发泡剂偶氮二甲酰胺，高速混合均匀后，转移至挤出机中挤出造粒，设置挤出机机筒温度为140-160℃，模头温度为160-180℃，将得到的母粒使用平板硫化机进行压制，得到氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性pvc木塑板。
13.优选的，所述步骤(1)中无水甲苯、蒙脱土和甲基丙烯酰氧乙基异氰酸酯的质量比为400-1000:10:1.2-4。
14.优选的，所述步骤(2)中乙醇、烯基化蒙脱土和三(2-氨基乙基)胺的质量比为300-850:10:0.8-3。
15.优选的，所述步骤(3)中乙腈、氨基化蒙脱土、螺环磷酰二氯和催化剂的质量比为450-1300:10:1.5-8:1-5。
16.优选的，所述步骤(3)中催化剂为三乙胺。
17.优选的，所述步骤(4)中乙腈、螺环磷酰氯基蒙脱土、苯并咪唑和缚酸剂的质量比为200-650:10:1.2-6:1.5-8。
18.优选的，所述步骤(4)中缚酸剂为三乙胺。
19.优选的，所述步骤(5)中聚氯乙烯和氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土的质量比为100:0.5-3。
20.(三)有益的技术效果
21.与现有技术相比，本发明具备以下有益技术效果：
22.该一种氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性pvc木塑板，蒙脱土表面含有丰富的羟基，可以与甲基丙烯酰氧乙基异氰酸酯中的异氰酸酯基团发生氨基甲酸酯化反应，得到烯基化蒙脱土，其结构中的烯基可以与三(2-氨基乙基)胺中的氨基发生迈克尔加成反应，得到氨基含量丰富的氨基化蒙脱土，在催化剂三乙胺的催化作用下，氨基化蒙脱土表面丰富的氨基可以与螺环磷酰二氯中的氯原子发生取代反应，得到螺环磷酰氯基蒙脱土，在缚酸剂三乙胺的作用下，螺环磷酰氯基蒙脱土中的氯原子进一步与苯并咪唑中的亚氨基发生取代反应，得到氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土，从而通过化学键的连接方式，在蒙脱土纳米粘土表面共价接枝了氮-磷协效阻燃剂，进一步增强了蒙脱土较强的阻燃功能性。
23.该一种氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性pvc木塑板，将聚氯乙烯、氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土、木粉以及各项助剂进行混合，再通过挤出造粒和平板硫化剂压板，最终制备得到了氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性pvc木塑板，当复合木塑板受到外力作用时，应力会从木塑板基体传递到蒙脱土上，并形成应力集中点，蒙脱土可以吸收大量的应力，同时，应力产生的裂纹扩展时会与蒙脱土相遇，蒙脱土的存在可以使得裂纹向两端拓展，增加了裂纹拓展所需的能量，从而有效地增强了复合木塑板的冲击强度等力学性能，而蒙脱土表面接枝的氮-磷协效阻燃剂在发生燃烧时，会生成磷的含氧酸以及氨气、氮气等不可燃烧气体，一方面能够促进复合木塑板基体成炭，在其表面形成致密的炭保护层，一方面可以减少木塑板基体附近氧气的浓度，从而一定程度上提高了复合木塑板的阻燃性能，此外，蒙脱土经燃烧后会生成大量的镁铝硅酸盐矿物，沉积在炭层表面，赋予复合木塑板气体阻隔性能，进一步增强了复合木塑板的阻燃性能。
附图说明
24.图1是蒙脱土和甲基丙烯酰氧乙基异氰酸酯的反应机理图。
25.图2是烯基化蒙脱土和三(2-氨基乙基)胺的反应机理图。
26.图3是氨基化蒙脱土和螺环磷酰二氯的反应机理图。
27.图4是螺环磷酰氯基蒙脱土和苯并咪唑的反应机理图。
具体实施方式
28.为实现上述目的，本发明提供如下实施例：一种氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性pvc木塑板，制备方法包括以下步骤：
29.实施例1
30.(1)向反应器中加入470ml无水甲苯和1g蒙脱土，超声分散均匀，继续加入0.12g甲基丙烯酰氧乙基异氰酸酯，混合均匀后转移至油浴锅中，在60℃下搅拌反应4h，反应结束后离心、洗涤并干燥，得到烯基化蒙脱土；
31.(2)向反应器中加入390ml乙醇和1g烯基化蒙脱土，超声分散20min，继续加入0.08g三(2-氨基乙基)胺，混合均匀转移至油浴锅中，在30℃下恒温搅拌反应24h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到氨基化蒙脱土；
32.(3)向反应器中加入580ml乙腈和1g氨基化蒙脱土，超声分散至完全溶解，继续加入0.15g螺环磷酰二氯和0.1g三乙胺，转移至油浴锅中，在氮气氛围中以70℃下反应18h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到螺环磷酰氯基蒙脱土；
33.(4)向反应器中加入260ml乙腈和1g螺环磷酰氯基蒙脱土，超声分散均匀，继续加入0.12g苯并咪唑和0.15g三乙胺，混合均匀后转移至油浴锅中，在10℃下反应12h，产物经离心、洗涤并干燥，得到氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土；
34.(5)向高速搅拌机中加入50g聚氯乙烯、0.25g氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土、15g木粉、1g润滑剂聚乙烯蜡、0.5g发泡剂偶氮二甲酰胺，高速混合均匀后，转移至挤出机中挤出造粒，设置挤出机机筒温度为140℃，模头温度为160℃，将得到的母粒使用平板硫化机进行压制，得到氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性pvc木塑板。
35.实施例2
36.(1)向反应器中加入600ml无水甲苯和1g蒙脱土，超声分散均匀，继续加入0.2g甲基丙烯酰氧乙基异氰酸酯，混合均匀后转移至油浴锅中，在65℃下搅拌反应6h，反应结束后离心、洗涤并干燥，得到烯基化蒙脱土；
37.(2)向反应器中加入500ml乙醇和1g烯基化蒙脱土，超声分散25min，继续加入0.14g三(2-氨基乙基)胺，混合均匀转移至油浴锅中，在35℃下恒温搅拌反应26h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到氨基化蒙脱土；
38.(3)向反应器中加入800ml乙腈和1g氨基化蒙脱土，超声分散至完全溶解，继续加入0.3g螺环磷酰二氯和0.2g三乙胺，转移至油浴锅中，在氮气氛围中以75℃下反应24h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到螺环磷酰氯基蒙脱土；
39.(4)向反应器中加入400ml乙腈和1g螺环磷酰氯基蒙脱土，超声分散均匀，继续加入0.24g苯并咪唑和0.3g三乙胺，混合均匀后转移至油浴锅中，在15℃下反应16h，产物经离心、洗涤并干燥，得到氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土；
40.(5)向高速搅拌机中加入50g聚氯乙烯、0.6g氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土、16g木粉、1.5g润滑剂聚乙烯蜡、0.8g发泡剂偶氮二甲酰胺，高速混合均匀后，转移至挤出机中挤出造粒，设置挤出机机筒温度为145℃，模头温度为165℃，将得到的母粒使用平板硫化机进行压制，得到氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性pvc木塑板。
41.实施例3
42.(1)向反应器中加入800ml无水甲苯和1g蒙脱土，超声分散均匀，继续加入0.26g甲基丙烯酰氧乙基异氰酸酯，混合均匀后转移至油浴锅中，在70℃下搅拌反应8h，反应结束后离心、洗涤并干燥，得到烯基化蒙脱土；
43.(2)向反应器中加入500ml乙醇和1g烯基化蒙脱土，超声分散30min，继续加入0.18g三(2-氨基乙基)胺，混合均匀转移至油浴锅中，在40℃下恒温搅拌反应28h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到氨基化蒙脱土；
44.(3)向反应器中加入800ml乙腈和1g氨基化蒙脱土，超声分散至完全溶解，继续加入0.45g螺环磷酰二氯和0.3g三乙胺，转移至油浴锅中，在氮气氛围中以80℃下反应30h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到螺环磷酰氯基蒙脱土；
45.(4)向反应器中加入600ml乙腈和1g螺环磷酰氯基蒙脱土，超声分散均匀，继续加入0.36g苯并咪唑和0.48g三乙胺，混合均匀后转移至油浴锅中，在20℃下反应18h，产物经离心、洗涤并干燥，得到氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土；
46.(5)向高速搅拌机中加入50g聚氯乙烯、0.9g氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土、17g木粉、2g润滑剂聚乙烯蜡、1g发泡剂偶氮二甲酰胺，高速混合均匀后，转移至挤出机中挤出造粒，设置挤出机机筒温度为150℃，模头温度为170℃，将得到的母粒使用平板硫化机进行压制，得到氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性pvc木塑板。
47.实施例4
48.(1)向反应器中加入1000ml无水甲苯和1g蒙脱土，超声分散均匀，继续加入0.34g甲基丙烯酰氧乙基异氰酸酯，混合均匀后转移至油浴锅中，在75℃下搅拌反应10h，反应结束后离心、洗涤并干燥，得到烯基化蒙脱土；
49.(2)向反应器中加入800ml乙醇和1g烯基化蒙脱土，超声分散35min，继续加入0.24g三(2-氨基乙基)胺，混合均匀转移至油浴锅中，在45℃下恒温搅拌反应32h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到氨基化蒙脱土；
50.(3)向反应器中加入1200ml乙腈和1g氨基化蒙脱土，超声分散至完全溶解，继续加入0.7g螺环磷酰二氯和0.4g三乙胺，转移至油浴锅中，在氮气氛围中以85℃下反应30h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到螺环磷酰氯基蒙脱土；
51.(4)向反应器中加入700ml乙腈和1g螺环磷酰氯基蒙脱土，超声分散均匀，继续加入0.48g苯并咪唑和0.62g三乙胺，混合均匀后转移至油浴锅中，在25℃下反应20h，产物经离心、洗涤并干燥，得到氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土；
52.(5)向高速搅拌机中加入50g聚氯乙烯、1.2g氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土、18g木粉、2.5g润滑剂聚乙烯蜡、1.2g发泡剂偶氮二甲酰胺，高速混合均匀后，转移至挤出机中挤出造粒，设置挤出机机筒温度为155℃，模头温度为175℃，将得到的母粒使用平板硫化机进行压制，得到氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性pvc木塑板。
53.实施例5
54.(1)向反应器中加入1150ml无水甲苯和1g蒙脱土，超声分散均匀，继续加入0.4g甲基丙烯酰氧乙基异氰酸酯，混合均匀后转移至油浴锅中，在80℃下搅拌反应12h，反应结束后离心、洗涤并干燥，得到烯基化蒙脱土；
55.(2)向反应器中加入1050ml乙醇和1g烯基化蒙脱土，超声分散40min，继续加入0.3g三(2-氨基乙基)胺，混合均匀转移至油浴锅中，在50℃下恒温搅拌反应36h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到氨基化蒙脱土；
56.(3)向反应器中加入1650ml乙腈和1g氨基化蒙脱土，超声分散至完全溶解，继续加入0.8g螺环磷酰二氯和0.5g三乙胺，转移至油浴锅中，在氮气氛围中以90℃下反应36h，产物冷却后离心、洗涤并干燥，得到螺环磷酰氯基蒙脱土；
57.(4)向反应器中加入820ml乙腈和1g螺环磷酰氯基蒙脱土，超声分散均匀，继续加入0.6g苯并咪唑和0.8g三乙胺，混合均匀后转移至油浴锅中，在30℃下反应24h，产物经离心、洗涤并干燥，得到氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土；
58.(5)向高速搅拌机中加入50g聚氯乙烯、1.5g氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土、20g木粉、3g润滑剂聚乙烯蜡、1.5g发泡剂偶氮二甲酰胺，高速混合均匀后，转移至挤出机中挤出造粒，设置挤出机机筒温度为160℃，模头温度为180℃，将得到的母粒使用平板硫化机进行压制，得到氮-磷协效阻燃功能化蒙脱土改性pvc木塑板。
59.对比例1
60.(1)向反应器中加入480ml无水甲苯和1g蒙脱土，超声分散均匀，继续加入0.2g甲基丙烯酰氧乙基异氰酸酯，混合均匀后转移至油浴锅中，在65℃下搅拌反应4h，反应结束后离心、洗涤并干燥，得到烯基化蒙脱土；
61.(2)向高速搅拌机中加入50g聚氯乙烯、0.3g烯基化蒙脱土、16g木粉、1.2g润滑剂聚乙烯蜡、06g发泡剂偶氮二甲酰胺，高速混合均匀后，转移至挤出机中挤出造粒，设置挤出机机筒温度为145℃，模头温度为165℃，将得到的母粒使用平板硫化机进行压制，得到蒙脱土改性pvc木塑板。
62.将实施例和对比例中的复合木塑板制备成规格为5mm
×
5cm
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5cm的样片，使用bc-30b冲击强度测试仪测试其冲击强度，测试标准为gb/t 1043-1993。
[0063][0064]
将实施例和对比例中的复合木塑板制备成规格为5mm
×
5cm
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5cm的样片，将其放置于yzs-75a极限氧指数测试仪中，通入空气，从顶端开始点燃，待其燃烧一半时，测试氧气浓度，并计算极限氧指数。
[0065]