该发明涉及一种防火基聚氯乙烯材料及其制备方法。
背景技术：
：聚氯乙烯为微黄色半透明状，有光泽，非晶态树脂。透明度优于聚乙烯、聚苯烯，差于聚苯乙烯。聚氯乙烯具有良好的透明性、耐候性、耐燃性、机械强度等性能，聚氯乙烯被广泛应用在板材、管道、鞋底、文具、玩具、电线外皮、门窗等领域。目前，聚氯乙烯材料在耐火性能和力学强度需要进一步提升。该发明采用聚氯乙烯、氯化氢氧化铝、多孔硫酸铝、七铝酸十二钙、明矾制备了防火基聚氯乙烯材料，通过挤出、注塑、模压、吹塑等工艺制备成各种塑料制品，该方法制备的防火基聚氯乙烯材料具有优异的耐火性能和力学强度。技术实现要素：该发明的目的在于提供一种防火基聚氯乙烯材料的制备方法，该方法通过改变反应物原料和工艺方式，制备的材料具有优异的耐火性能和力学强度。为了实现上述目的，该发明的技术方案如下。一种防火基聚氯乙烯材料及其制备方法，具体包括以下步骤：(1)、将硝酸铝、硝酸钙、聚合氯化铝、草酸铝和草酸钙按照质量份数比为30：105～144：16～22：21～29：115～137加入到球磨机中，筒体转速为35～40r/min，维持体系温度97～115℃条件下反应0.5h，产物经300℃焙烧2h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，700℃焙烧2h，800℃焙烧2h，产物经研磨、500ml5%乙酸水溶液洗涤3次、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，71℃、-0.06mpa真空干燥12min，得到七铝酸十二钙；(2)、将铝粉、硫酸脲、硫脲和支链淀粉按照质量份数比30：13～23：101～115：43～55加入到球磨机中，筒体转速为28～36r/min，维持体系温度35～47℃条件下反应0.5h，产物经200℃焙烧1h，300℃焙烧1h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，产物经研磨、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，于68℃、-0.08mpa真空干燥7min，得到多孔硫酸铝；(3)、将铝灰、草酸、水、氯化铵和碳酸铵按照质量份数比30：25～38：21～27：5～8：17～24加入到反应釜中，搅拌速度为82～98r/min，维持体系温度115～128℃、-0.05mpa条件下反应2～4h，产物经1000ml乙醇洗涤3次，于57℃、-0.09mpa真空干燥6min，即得到氯化氢氧化铝；(4)、将聚氯乙烯、氯化氢氧化铝、多孔硫酸铝、七铝酸十二钙、明矾、二亚磷酸季戊四醇酯二异葵酯、硬脂酸锌按照质量份数比35：61～78：13～23：19～26：9～16：2～6：3～7加入到开炼机中，用开炼机在温度169～175℃混合反应2～7min，用挤出机在温度175～186℃挤出造粒，即得到防火基聚氯乙烯材料。该发明所述的防火基聚氯乙烯材料的制备方法，包括下列步骤：(1)、将硝酸铝、硝酸钙、聚合氯化铝、草酸铝和草酸钙按照质量份数比为30：105～144：16～22：21～29：115～137加入到球磨机中，筒体转速为35～40r/min，维持体系温度97～115℃条件下反应0.5h，产物经300℃焙烧2h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，700℃焙烧2h，800℃焙烧2h，产物经研磨、500ml5%乙酸水溶液洗涤3次、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，71℃、-0.06mpa真空干燥12min，得到七铝酸十二钙；所述的硝酸铝和硝酸钙的目的为了作为反应溶剂及反应原料。(2)、将铝粉、硫酸脲、硫脲和支链淀粉按照质量份数比30：13～23：101～115：43～55加入到球磨机中，筒体转速为28～36r/min，维持体系温度35～47℃条件下反应0.5h，产物经200℃焙烧1h，300℃焙烧1h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，产物经研磨、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，于68℃、-0.08mpa真空干燥7min，得到多孔硫酸铝；所述的硫酸脲和硫脲的目的为了作为造孔剂及提高硫酸铝的孔隙率。(3)、将铝灰、草酸、水、氯化铵和碳酸铵按照质量份数比30：25～38：21～27：5～8：17～24加入到反应釜中，搅拌速度为82～98r/min，维持体系温度115～128℃、-0.05mpa条件下反应2～4h，产物经1000ml乙醇洗涤3次，于57℃、-0.09mpa真空干燥6min，即得到氯化氢氧化铝；所述的草酸和氯化铵的目的为了将铝灰中的铝离子浸出。(4)、将聚氯乙烯、氯化氢氧化铝、多孔硫酸铝、七铝酸十二钙、明矾、二亚磷酸季戊四醇酯二异葵酯、硬脂酸锌按照质量份数比35：61～78：13～23：19～26：9～16：2～6：3～7加入到开炼机中，用开炼机在温度169～175℃混合反应2～7min，用挤出机在温度175～186℃挤出造粒，即得到防火基聚氯乙烯材料；所述的明矾的目的为了提高聚氯乙烯的耐火性能。该发明的有益效果在于：1、硝酸铝和硝酸钙具有较低的熔点，在加热条件下，硝酸铝和硝酸钙由固态变为液态，作为反应体系的反应介质，提高物料间的相容性和分散性，经高温热处理后，生成七铝酸十二钙；生成的七铝酸十二钙具有优异的结晶性，能提高聚氯乙烯的防火性能及力学强度；2、支链淀粉作为分散介质，能提高物料间的相容性及分散性，经高温热处理后，硫酸脲在200℃以下能提高支链淀粉和硫酸铝的孔隙率，硫脲在200℃以上能提高硫酸铝的孔隙率，制备的多孔硫酸铝具有优异的耐火性能和耐热性能，能提高聚氯乙烯的耐火性能和力学强度；3、铝灰中铝主要以单质和三氧化铝的形式存在，草酸和氯化铵在高温条件下，能加速铝灰中铝的浸出率的同时，草酸和铝离子能形成稳定的草酸-铝配位络合物，经加热脱水后，反应体系酸性减弱，碱性增强，草酸-铝配位络合物中草酸被氢氧根离子取代，形成氢氧根-铝配位络合物，最终形成氯化氢氧化铝；氯化氢氧化铝能在聚氯乙烯受到火源加热时表面脱水形成聚合氯化铝无机材料层，从而提高聚氯乙烯的耐火性能；4、明矾在聚氯乙烯受到火源加热时，明矾能提高氯化氢氧化铝的交联密度，提高聚合氯化铝的耐火性能及力学强度，提高聚氯乙烯的耐火性能及力学强度；5、在聚氯乙烯、氯化氢氧化铝、多孔硫酸铝、七铝酸十二钙、明矾的协同作用下，赋予聚氯乙烯优异的耐火性能及力学强度。具体实施方式下面结合实施例对该发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解该发明。实施例1一种防火基聚氯乙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取30份硝酸铝、125份硝酸钙、19份聚合氯化铝、25份草酸铝和126份草酸钙加入到球磨机中，筒体转速为37r/min，维持体系温度105℃条件下反应0.5h，产物经300℃焙烧2h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，700℃焙烧2h，800℃焙烧2h，产物经研磨、500ml5%乙酸水溶液洗涤3次、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，71℃、-0.06mpa真空干燥12min，得到七铝酸十二钙；(2)、称取30份铝粉、19份硫酸脲、108份硫脲和47份支链淀粉加入到球磨机中，筒体转速为32r/min，维持体系温度40℃条件下反应0.5h，产物经200℃焙烧1h，300℃焙烧1h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，产物经研磨、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，于68℃、-0.08mpa真空干燥7min，得到多孔硫酸铝；(3)、称取30份铝灰、33份草酸、21份水、7份氯化铵和22份碳酸铵加入到反应釜中，搅拌速度为90r/min，维持体系温度120℃、-0.05mpa条件下反应3h，产物经1000ml乙醇洗涤3次，于57℃、-0.09mpa真空干燥6min，即得到氯化氢氧化铝；(4)、称取35份聚氯乙烯、71份氯化氢氧化铝、18份多孔硫酸铝、23份七铝酸十二钙、13份明矾、4份二亚磷酸季戊四醇酯二异葵酯、5份硬脂酸锌加入到开炼机中，用开炼机在温度170℃混合反应3min，用挤出机在温度178℃挤出造粒，即得到防火基聚氯乙烯材料。实施例2一种防火基聚氯乙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取30份硝酸铝、105份硝酸钙、16份聚合氯化铝、21份草酸铝和115份草酸钙加入到球磨机中，筒体转速为35r/min，维持体系温度97℃条件下反应0.5h，产物经300℃焙烧2h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，700℃焙烧2h，800℃焙烧2h，产物经研磨、500ml5%乙酸水溶液洗涤3次、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，71℃、-0.06mpa真空干燥12min，得到七铝酸十二钙；(2)、称取30份铝粉、13份硫酸脲、101份硫脲和43份支链淀粉加入到球磨机中，筒体转速为28r/min，维持体系温度35℃条件下反应0.5h，产物经200℃焙烧1h，300℃焙烧1h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，产物经研磨、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，于68℃、-0.08mpa真空干燥7min，得到多孔硫酸铝；(3)、称取30份铝灰、25份草酸、21份水、5份氯化铵和17份碳酸铵加入到反应釜中，搅拌速度为82r/min，维持体系温度115℃、-0.05mpa条件下反应4h，产物经1000ml乙醇洗涤3次，于57℃、-0.09mpa真空干燥6min，即得到氯化氢氧化铝；(4)、称取35份聚氯乙烯、61份氯化氢氧化铝、13份多孔硫酸铝、19份七铝酸十二钙、9份明矾、2份二亚磷酸季戊四醇酯二异葵酯、3份硬脂酸锌加入到开炼机中，用开炼机在温度169℃混合反应7min，用挤出机在温度175℃挤出造粒，即得到防火基聚氯乙烯材料。实施例3一种防火基聚氯乙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取30份硝酸铝、144份硝酸钙、22份聚合氯化铝、29份草酸铝和137份草酸钙加入到球磨机中，筒体转速为40r/min，维持体系温度115℃条件下反应0.5h，产物经300℃焙烧2h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，700℃焙烧2h，800℃焙烧2h，产物经研磨、500ml5%乙酸水溶液洗涤3次、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，71℃、-0.06mpa真空干燥12min，得到七铝酸十二钙；(2)、称取30份铝粉、23份硫酸脲、115份硫脲和55份支链淀粉加入到球磨机中，筒体转速为36r/min，维持体系温度47℃条件下反应0.5h，产物经200℃焙烧1h，300℃焙烧1h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，产物经研磨、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，于68℃、-0.08mpa真空干燥7min，得到多孔硫酸铝；(3)、称取30份铝灰、38份草酸、27份水、8份氯化铵和24份碳酸铵加入到反应釜中，搅拌速度为98r/min，维持体系温度128℃、-0.05mpa条件下反应2h，产物经1000ml乙醇洗涤3次，于57℃、-0.09mpa真空干燥6min，即得到氯化氢氧化铝；(4)、称取35份聚氯乙烯、78份氯化氢氧化铝、23份多孔硫酸铝、26份七铝酸十二钙、16份明矾、6份二亚磷酸季戊四醇酯二异葵酯、7份硬脂酸锌加入到开炼机中，用开炼机在温度175℃混合反应2min，用挤出机在温度186℃挤出造粒，即得到防火基聚氯乙烯材料。实施例4一种防火基聚氯乙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取30份硝酸铝、110份硝酸钙、20份聚合氯化铝、25份草酸铝和130份草酸钙加入到球磨机中，筒体转速为37r/min，维持体系温度105℃条件下反应0.5h，产物经300℃焙烧2h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，700℃焙烧2h，800℃焙烧2h，产物经研磨、500ml5%乙酸水溶液洗涤3次、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，71℃、-0.06mpa真空干燥12min，得到七铝酸十二钙；(2)、称取30份铝粉、17份硫酸脲、109份硫脲和45份支链淀粉加入到球磨机中，筒体转速为30r/min，维持体系温度39℃条件下反应0.5h，产物经200℃焙烧1h，300℃焙烧1h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，产物经研磨、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，于68℃、-0.08mpa真空干燥7min，得到多孔硫酸铝；(3)、称取30份铝灰、29份草酸、23份水、6份氯化铵和18份碳酸铵加入到反应釜中，搅拌速度为96r/min，维持体系温度126℃、-0.05mpa条件下反应2.2h，产物经1000ml乙醇洗涤3次，于57℃、-0.09mpa真空干燥6min，即得到氯化氢氧化铝；(4)、称取35份聚氯乙烯、68份氯化氢氧化铝、15份多孔硫酸铝、25份七铝酸十二钙、10份明矾、3份二亚磷酸季戊四醇酯二异葵酯、6份硬脂酸锌加入到开炼机中，用开炼机在温度173℃混合反应2min，用挤出机在温度179℃挤出造粒，即得到防火基聚氯乙烯材料。实施例5一种防火基聚氯乙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取30份硝酸铝、109份硝酸钙、18份聚合氯化铝、24份草酸铝和117份草酸钙加入到球磨机中，筒体转速为39r/min，维持体系温度113℃条件下反应0.5h，产物经300℃焙烧2h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，700℃焙烧2h，800℃焙烧2h，产物经研磨、500ml5%乙酸水溶液洗涤3次、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，71℃、-0.06mpa真空干燥12min，得到七铝酸十二钙；(2)、称取30份铝粉、14份硫酸脲、104份硫脲和46份支链淀粉加入到球磨机中，筒体转速为34r/min，维持体系温度45℃条件下反应0.5h，产物经200℃焙烧1h，300℃焙烧1h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，产物经研磨、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，于68℃、-0.08mpa真空干燥7min，得到多孔硫酸铝；(3)、称取30份铝灰、37份草酸、26份水、6份氯化铵和19份碳酸铵加入到反应釜中，搅拌速度为97r/min，维持体系温度121℃、-0.05mpa条件下反应2.6h，产物经1000ml乙醇洗涤3次，于57℃、-0.09mpa真空干燥6min，即得到氯化氢氧化铝；(4)、称取35份聚氯乙烯、69份氯化氢氧化铝、22份多孔硫酸铝、21份七铝酸十二钙、14份明矾、4份二亚磷酸季戊四醇酯二异葵酯、5份硬脂酸锌加入到开炼机中，用开炼机在温度171℃混合反应4min，用挤出机在温度182℃挤出造粒，即得到防火基聚氯乙烯材料。实施例6一种防火基聚氯乙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取30份硝酸铝、131份硝酸钙、19份聚合氯化铝、27份草酸铝和135份草酸钙加入到球磨机中，筒体转速为37r/min，维持体系温度112℃条件下反应0.5h，产物经300℃焙烧2h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，700℃焙烧2h，800℃焙烧2h，产物经研磨、500ml5%乙酸水溶液洗涤3次、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，71℃、-0.06mpa真空干燥12min，得到七铝酸十二钙；(2)、称取30份铝粉、21份硫酸脲、112份硫脲和51份支链淀粉加入到球磨机中，筒体转速为35r/min，维持体系温度46℃条件下反应0.5h，产物经200℃焙烧1h，300℃焙烧1h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，产物经研磨、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，于68℃、-0.08mpa真空干燥7min，得到多孔硫酸铝；(3)、称取30份铝灰、36份草酸、25份水、6份氯化铵和23份碳酸铵加入到反应釜中，搅拌速度为96r/min，维持体系温度119℃、-0.05mpa条件下反应3.1h，产物经1000ml乙醇洗涤3次，于57℃、-0.09mpa真空干燥6min，即得到氯化氢氧化铝；(4)、称取35份聚氯乙烯、66份氯化氢氧化铝、20份多孔硫酸铝、22份七铝酸十二钙、11份明矾、3份二亚磷酸季戊四醇酯二异葵酯、4份硬脂酸锌加入到开炼机中，用开炼机在温度169℃混合反应5min，用挤出机在温度181℃挤出造粒，即得到防火基聚氯乙烯材料。实施例7一种防火基聚氯乙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取30份硝酸铝、127份硝酸钙、17份聚合氯化铝、29份草酸铝和120份草酸钙加入到球磨机中，筒体转速为38r/min，维持体系温度99℃条件下反应0.5h，产物经300℃焙烧2h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，700℃焙烧2h，800℃焙烧2h，产物经研磨、500ml5%乙酸水溶液洗涤3次、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，71℃、-0.06mpa真空干燥12min，得到七铝酸十二钙；(2)、称取30份铝粉、22份硫酸脲、114份硫脲和54份支链淀粉加入到球磨机中，筒体转速为35r/min，维持体系温度43℃条件下反应0.5h，产物经200℃焙烧1h，300℃焙烧1h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，产物经研磨、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，于68℃、-0.08mpa真空干燥7min，得到多孔硫酸铝；(3)、称取30份铝灰、33份草酸、22份水、7份氯化铵和20份碳酸铵加入到反应釜中，搅拌速度为88r/min，维持体系温度119℃、-0.05mpa条件下反应3.6h，产物经1000ml乙醇洗涤3次，于57℃、-0.09mpa真空干燥6min，即得到氯化氢氧化铝；(4)、称取35份聚氯乙烯、72份氯化氢氧化铝、19份多孔硫酸铝、22份七铝酸十二钙、11份明矾、4份二亚磷酸季戊四醇酯二异葵酯、5份硬脂酸锌加入到开炼机中，用开炼机在温度170℃混合反应6min，用挤出机在温度184℃挤出造粒，即得到防火基聚氯乙烯材料。实施例8一种防火基聚氯乙烯材料，其制备方法包括以下步骤：(1)、称取30份硝酸铝、117份硝酸钙、18份聚合氯化铝、23份草酸铝和119份草酸钙加入到球磨机中，筒体转速为38r/min，维持体系温度105℃条件下反应0.5h，产物经300℃焙烧2h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，700℃焙烧2h，800℃焙烧2h，产物经研磨、500ml5%乙酸水溶液洗涤3次、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，71℃、-0.06mpa真空干燥12min，得到七铝酸十二钙；(2)、称取30份铝粉、16份硫酸脲、109份硫脲和51份支链淀粉加入到球磨机中，筒体转速为33r/min，维持体系温度45℃条件下反应0.5h，产物经200℃焙烧1h，300℃焙烧1h，400℃焙烧2h，500℃焙烧2h，600℃焙烧2h，产物经研磨、500ml水洗涤3次、500ml乙醇洗涤3次，于68℃、-0.08mpa真空干燥7min，得到多孔硫酸铝；(3)、称取30份铝灰、36份草酸、23份水、6份氯化铵和20份碳酸铵加入到反应釜中，搅拌速度为89r/min，维持体系温度118℃、-0.05mpa条件下反应3.8h，产物经1000ml乙醇洗涤3次，于57℃、-0.09mpa真空干燥6min，即得到氯化氢氧化铝；(4)、称取35份聚氯乙烯、75份氯化氢氧化铝、15份多孔硫酸铝、21份七铝酸十二钙、15份明矾、3份二亚磷酸季戊四醇酯二异葵酯、6份硬脂酸锌加入到开炼机中，用开炼机在温度173℃混合反应5min，用挤出机在温度185℃挤出造粒，即得到防火基聚氯乙烯材料。对照例1本对照例中，不添加七铝酸十二钙，其它组分与制备方法与实施例1相同。对照例2本对照例中，不添加多孔硫酸铝，其它组分与制备方法与实施例1相同。对照例3本对照例中，不添加氯化氢氧化铝，其它组分与制备方法与实施例1相同。对照例4本对照例中，不添加明矾，其它组分与制备方法与实施例1相同。对照例5本对照例中，配方中选用普通七铝酸十二钙替代实施例1中的七铝酸十二钙，其它组分与制备方法与实施例1相同。对照例6本对照例中，配方中选用普通硫酸铝替代实施例1中的多孔硫酸铝，其它组分与制备方法与实施例1相同。对照例7本对照例中，配方中选用普通氢氧化铝替代实施例1中的氯化氢氧化铝，其它组分与制备方法与实施例1相同。表1实施例1和对照例1～7制得的防火基聚氯乙烯材料的性能参数实施例1对照例1对照例2对照例3对照例4对照例5对照例6对照例7耐火等级一级二级二级三级二级三级三级二级拉伸强度/mpa4541394743333619以上所述是该发明的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离该发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为该发明的保护范围。当前第1页12