一种用于建筑塑料模板的高阻燃、高强度、低收缩复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑材料领域，更加具体地说，涉及一种用于建筑塑料模板的高阻燃、 高强度、低收缩复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 建筑模板是一种临时性支护结构，按设计要求制作，使混凝土结构、构件按规定的 位置、几何尺寸成形，保持其正确位置，并承受建筑模板自重及作用在其上的外部荷载。进 行模板工程的目的，是保证混凝土工程质量与施工安全、加快施工进度和降低工程成本。在 现浇混凝土结构工程中，模板工程一般占工程造价的20% -30%，占工期的50%左右，模板 材料直接影响工程建设的质量、造价和效益。
[0003]目前常用的模板有钢模板、木模板、竹胶板及钢木组合模板几种形式。钢模板造价 较高，加工周期长，维护费用高。木模板及竹胶板模板需要消耗大量的木材、竹材，而森林的 过度砍伐导致生态环境恶化、大气污染、土地沙化、水土流失等自然灾害频发。目前，我国年 消耗木材将近5亿m3,仅建筑模板就消耗木材约1200万m3。由此可见，寻找一种经济、方便 耐用的模板，大力倡导模板节材代木工作迫在眉睫。
[0004] 我国人均每年的塑料用量约为10kg，而发达国家人均每年的塑料用量约为90kg， 塑料产品的使用，在我国尚有很大的发展潜力。与此同时，保护环境、减少白色污染，加大塑 料产品的再生利用也迫在眉睫。塑料废弃物、废旧塑料、农业生产过程中产生的废弃农作物 秸杆、木材加工过程中产生的锯末都是生产塑料模板的主要原材料，倘若能够充分的开发 利用，塑料模板产业定会消化掉那些路边随意丢弃的"白色污染"及农村大量的废弃农作物 秸杆，将给国家和社会作出巨大的贡献。目前塑料模版仍然存在强度和刚度低、热胀冷缩率 大、耐热性差、阻燃性差等缺点，严重制约其广泛使用（浅析复合塑料建筑模板发展前景， 价值工程，2012年31期，51-52)。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种以废旧聚氯乙烯为基体、以 木粉和碳酸钙为增强相、以功能化天然粘土矿物为功能相的绿色多相建筑塑料模板用复合 材料。经过对天然粘土矿物埃洛石的表面功能化，提高了聚氯乙烯基体与增强相的结合， 同时提高复合材料强度，降低冷热收缩率，提高阻燃性。
[0006] 本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
[0007] -种用于塑料模版的聚氯乙烯复合材料制备方法，按照下述步骤进行：
[0008] 步骤⑴将5-20重量份的埃洛石超声分散于100_500mL无水乙醇中得到分散液 1，再将2-4重量份钛酸丁酯溶解于100-200mL无水乙醇中得到溶液1，将1-2重量份十二烷 基硫酸钠溶解于20-100mL蒸馏水中得到溶液2,将分散液1与溶液1混合，搅拌30min后， 向其中逐滴滴入溶液2，静止2-4h，使用无水乙醇洗涤产物，至其中无钛酸丁酯后，再使用 蒸馏水将产物洗至中性，在80-100°C烘箱内干燥4-6h;
[0009] 步骤（2)将10-30重量份步骤（1)的产物超声分散于100-500mL二甲基亚砜中， 然后加入0. 1-2重量份N，N-羰基二咪唑，在50-70°C下持续搅拌活化处理l_5h，随后加入 1-3重量份氨基封端聚硅氧烷，在50-70°C下反应3-8h后，将产物过滤，使用蒸馏水将产物 洗涤至中性，在l〇〇°C鼓风干燥箱内烘干24-48h;
[0010] 所述的氨基封端聚硅氧烷为数均分子量5000-8000的氨基单封端的聚二甲基 硅氧烷、数均分子量4000-6000的氨基双封端的聚二甲基硅氧烷、数均分子量4000-6000 乙烯基含量摩尔百分数〇. 1-5%的氨基单封端的聚二甲基二乙烯基硅氧烷、数均分子量 4000-6000乙烯基含量摩尔百分数0. 1-5%的氨基双封端的聚二甲基二乙烯基硅氧烷、数 均分子量5000-7000乙烯基含量摩尔百分数0. 1-5 %苯基含量摩尔百分数0. 1-2 %的氨基 单封端的聚二甲基二乙烯基二苯基硅氧烷和数均分子量5000-7000乙烯基含量摩尔百分 数0. 1-5%苯基含量摩尔百分数0. 1-2%的氨基双封端的聚二甲基二乙烯基二苯基硅氧烷 中的一种。
[0011] 步骤（3)将50-100重量份的聚氯乙烯、5-30重量份碳酸钙、5-10重量份步骤（2) 得到的功能化埃洛石、2-25重量份木粉、0. 1-3重量份硬脂酸和0. 5-10重量份环氧大显油 在密炼机内搅拌混合lh后，在5-10MPa压力和160-180°C下模压成型10_15min后取出。
[0012] 通过Philips的TecnaiG2F20型透射电子显微镜对二氧化钛纳米粒子修饰的 埃洛石进行观察，如图1所示为实施例3中步骤（1)产物的TEM照片，从图中可以看出，纳 米尺度的二氧化钛粒子分布于埃洛石表面，借助于埃洛石的负载，二氧化钛纳米粒子得以 均匀分散，而借助于表面的二氧化钛，埃洛石管间的距离增大，大幅降低埃洛石管间范德华 力，更利于埃洛石在复合材料中的分散。
[0013] 利用美国NiC〇let-5DX傅里叶变换红外光谱仪测定聚硅氧烷修饰前后埃洛石的 红外光谱，如图2(a)和（b)分别为埃洛石和实施例1的步骤（2)产物的FTIR谱图。在图 2(a)中可以看出，在3621CHT1和3704CHT1的两个窄峰为-0H伸缩振动，这两个吸收峰分别 属于埃洛石中含有的两种类型的羟基基团：外羟基基团和内羟基基团。外羟基位于硅氧四 面体和铝氧八面体构成的层状结构的外部非共享面上，而内羟基基团则位于硅氧四面体和 铝氧八面体构成的层状结构的共享面上。在1028CHT1处出现了Si-0键的伸缩振动，这是埃 洛石中的典型娃酸盐结构，在464CHT1和545CHT1处的吸收峰则属于埃洛石的外表面Si02* Si-0弯曲振动的特征吸收峰，另外在898CHT1附近的特征吸收则应为A1-0H弯曲振动的特 征吸收峰。在图2(b)中，同样出现Si-0键，除此之外，在2950CHT1出现C-H特征峰，同时 1273CHT1处峰的出现表明了改性HNTs中出现-CH3,1427CHT1处出现表示出现的是烷烃结构。 3510CHT1处对应N-H的伸缩振动峰，3704CHT1处的峰急剧减弱甚至消失是由于该处的-0H会 与聚硅氧烷中的-NH2反应。以上结果充分说明了聚硅氧烷修饰于埃洛石表面。
[0014] 通过步骤（1)、（2)的修饰，使埃洛石表面先后负载二氧化钛纳米粒子和聚硅氧 烷分子，使埃洛石同时具有无机物亲水性和有机物疏水性，可以分别与复合材料基体无机 填料和有机基体紧密结合，提高复合材料的综合性能。天然粘土埃洛石本身的中空管状结 构，可以起到增强的作用，同时中空结构可以捕捉复合材料燃烧过程产生的自由基和有害 气体，起到阻燃的作用。由于埃洛石粘土在复合材料内部无规取向，使复合材料呈现各向异 性，提高材料加热后尺寸收缩性能。按照我国建筑工业行业标准JG/T418-2013测定本发明 所述方法制备的建筑塑料模板用高阻燃、高强度、低收缩复合材料，建筑塑料模板的加热后 尺寸收缩性能和阻燃性能均远高于标准要求，结果见表1，体现了优异的综合性能。
【附图说明】
[0015]
[0016] 图1为实施例3中步骤⑴产物的TEM照片
[0017] 图2为埃洛石和实施例1的步骤⑵产物的FTIR谱图
【具体实施方式】
[0018] 下面结合具体实施例进一步说明本发明的技术方案，其中氨基封端聚硅氧烷购自 美国道康宁公司；N，N' -羰基二咪唑购自上海吉尔生化试剂有限公司；废旧聚氯乙烯和木 粉为自制；其他试剂和原料均购自天津市科密欧化学试剂有限公司；拉伸强度测试采用英 国Testometric的M350-20KN万能拉伸试验机。
[0019] 实施例1
[0020] 步骤（1)将15g的埃洛石超声分散于500mL无水乙醇中得到分散液1，再将3g钛 酸丁酯溶解于150mL无水乙醇中得到溶液1，将2g十二烷基硫酸钠溶解于50mL蒸馏水中得 到溶液2,将分散液1与溶液1混合，搅拌30min后，向其中逐滴滴入溶液2,静止3h，使用无 水乙醇洗涤产物，至其中无钛酸丁酯后，再使用蒸馏水将产物洗至中性，在80°C烘箱内干燥 4h；
[0021] 步骤（2)将20g步骤（1)的产物超声分散于200mL二甲基亚砜中，然后加入0. 5gN， N-羰基二咪唑，在55°C下持续搅拌活化处理4h，随后加入lg数均分子量6000的氨基单封 端的聚二甲基硅氧烷，在55°C下反应4h后，将产物过滤，使用蒸馏水将产物洗涤至中性，在 l〇〇°C鼓风干燥箱内烘干36h;
[0022] 步骤（3)将80g的聚氯乙稀、20g碳酸H8g步骤⑵得到的功能化埃洛石、10g木 粉、1. 2g硬脂酸和5. 5g环氧大豆油在密炼机内搅拌混合lh后，置入不锈钢模具中，在8MPa 压力和165°C下模压成型lOmin后取出，将产物裁切成符合国标GB-T1040. 3-2006的样条 进行拉伸强度测试，结果见表1。
[0023] 实施例2
[0024] 步骤（1)将20g的埃洛石超声分散于500mL无水乙醇中得到分散液1，再将4g钛 酸丁酯溶解于l〇〇mL无水乙醇中得到溶液1，将lg十二烷基硫酸钠溶解于100mL蒸馏水中 得到溶液2,将分散液1与溶液1混合，搅拌30min后，向其中逐滴滴入溶液2,静止4h，使用 无水乙醇洗涤产物，至其中无钛酸丁酯后，再使用蒸馏水将产物洗至中性，在l〇〇°C烘箱内 干燥6h;
[0025] 步骤⑵将30g步骤⑴的产物超声分散于450mL二甲基亚砜中，然后加入2gN， N-羰基二咪唑，在56