本发明涉及高密度聚乙烯的应用领域，具体涉及一种同步阻燃增强高密度聚乙烯的制备方法。
背景技术
高密度聚乙烯(highdensity，hdpe)是应用最为广泛的通用塑料之一。hdpe为无毒、无味、无臭的白色颗粒，熔点约为130℃，具有良好的耐热性、耐寒性、介电性、化学稳定性以及耐环境应力开裂性等，广泛应用于包装、管材、电线电缆、注射制品等重要的生产生活用品。hdpe在使用过程中，存在着力学性能弱和阻燃性能差的缺陷，限制了其发展。目前，对hdpe的阻燃通常依靠添加阻燃剂，如有机磷系及卤-磷系、氮系、硅系、铝-镁系阻燃剂来实现；对hdpe的增强通常添加玻璃纤维、天然纤维、碳纤维等进行。在生产过程中，hdpe的阻燃和增强往往分两个步骤单独进行，增加了hdpe材料的工艺复杂性，从而增加了材料的制造成本。
纤维素是一种广泛存在于自然界的多糖高分子化合物，来源于树木、棉花、麻类植物及其他农副产品。此外，在海洋生物中也有存在，是自然界取之不尽、用之不歇的可再生资源。当纤维素的尺度处于微纳米级别时，具有高的结晶度、大的比表面积和优异的力学强度，且可再生，取材丰富，通常被用以增强聚合物领域。微纳米纤维素可以通过化学法、机械法等方法制备。其中，酸解法被认为是制备微纳米纤维素最有效的方法。然而，制备过程中产生的大量酸的废弃物需要处理，给环境带来极大的负担。这必将影响酸法制备微纳米纤维素的工业化应用，也会使其在增强聚合物领域产生一定的局限。因此，如果酸处理过程既可以分离得到微纳米纤维素，同时又能赋予酸功能性，使得酸无需从纤维素混合物中分离出来进行处理，将会极大的促进酸法制备微纳米纤维素的工业化应用，同时降低生产成本。
本发明采用磷酸制备微纳米纤维素，在反应结束后引入胺类物质进行中和，并将此体系用以增强hdpe，同步赋予hdpe阻燃和增强功能。该方法扩大了hdpe阻燃增强技术，同时拓展了酸法制备微纳米纤维素的应用。
技术实现要素：
本发明的目的：提供一种同步阻燃增强高密度聚乙烯的制备方法。
本发明的技术解决方案：一种同步阻燃增强高密度聚乙烯的制备方法，将纤维原料经磷酸酸解、超声破碎一段时间，然后加入胺类物质进行中和，制成含聚磷酸盐的微纳米纤维素胶体，将制得的含聚磷酸盐的微纳米纤维素胶体与hdpe混和，得到共混物；然后将上述共混物进行真空干燥，熔融共混，经挤塑造粒，制成阻燃增强高密度聚乙烯。具体制备方法如下：
(1)将纤维原料分散在质量分数为50～65％的磷酸水溶液中，所述纤维原料与磷酸水溶液的质量比为1∶6～1∶12，在20～50℃温度范围下搅拌4～6h，然后，超声15～30min，得到纤维和磷酸水溶液的共混物；然后加入胺类物质调节ph至7～7.5，得到含聚磷酸盐的微纳米纤维素胶体；
(2)在步骤(1)制得的含聚磷酸盐的微纳米纤维素胶体中加入高密度聚乙烯，在25～30℃搅拌0.5～1h，进行真空干燥，真空干燥温度为20～50℃，时间为48～64h，然后进行熔融共混，加工温度为130～150℃，螺杆转速为15～30r/min，共混时间2～5min，经挤塑造粒，制成同步阻燃增强高密度聚乙烯，并使制成的阻燃增强高密度聚乙烯中含聚磷酸盐的微纳米纤维素与高密度聚乙烯的质量比为5∶100～20∶100。
本发明的优点：
(1)该方法利用磷酸处理纤维素制备得到微纳米纤维素，并采用胺类物质中和反应剩余的磷酸，生成聚磷酸盐物质，赋予微纳米纤维素阻燃性能。
(2)将含聚磷酸盐的微纳米纤维素增强hdpe，借助微纳米纤维素的增强效应和体系的阻燃效应，同步赋予hdpe阻燃增强特性。
(3)磷酸预处理后不用脱除剩余的磷酸，过程无化学废弃物产生，生产过程简单，生产成本低，易于工业化。
性能测试表明：以含聚磷酸盐的微纳米纤维素改性hdpe，复合材料的刚度从1576mpa(纯hdpe)增加至1600～1950mpa(改性后的hdpe)，极限氧指数从19.7％(纯hdpe)增加至20.3～25.3％(改性后的hdpe)。
具体实施方式
实施例1，
(1)将纤维原料分散在质量分数为50％的磷酸水溶液中，所述纤维原料与磷酸水溶液的质量比为1∶6，在20～50℃温度范围下搅拌4～6h，然后，超声15～30min，得到纤维和磷酸水溶液的共混物；然后加入胺类物质调节ph至7～7.5，得到含聚磷酸盐的微纳米纤维素胶体；
(2)在步骤(1)制得的含聚磷酸盐的微纳米纤维素胶体中加入高密度聚乙烯，在25～30℃搅拌0.5～1h，进行真空干燥，真空干燥温度为20～50℃，时间为48～64h，然后进行熔融共混，加工温度为130～150℃，螺杆转速为15～30r/min，共混时间2～5min，经挤塑造粒，制成同步阻燃增强高密度聚乙烯，并使制成的阻燃增强高密度聚乙烯中含聚磷酸盐的微纳米纤维素与高密度聚乙烯的质量比为5∶100。
性能测试表明：以含聚磷酸盐的微纳米纤维素改性hdpe，复合材料的刚度从1576mpa(纯hdpe)增加至1600mpa(改性后的hdpe)，极限氧指数从19.7％(纯hdpe)增加至20.3％(改性后的hdpe)。
实施例2，
(1)将纤维原料分散在质量分数为60％的磷酸水溶液中，所述纤维原料与磷酸水溶液的质量比为1∶9，在20～50℃温度范围下搅拌4～6h，然后，超声15～30min，得到纤维和磷酸水溶液的共混物；然后加入胺类物质调节ph至7～7.5，得到含聚磷酸盐的微纳米纤维素胶体；
(2)在步骤(1)制得的含聚磷酸盐的微纳米纤维素胶体中加入高密度聚乙烯，在25～30℃搅拌0.5～1h，进行真空干燥，真空干燥温度为20～50℃，时间为48～64h，然后进行熔融共混，加工温度为130～150℃，螺杆转速为15～30r/min，共混时间2～5min，经挤塑造粒，制成同步阻燃增强高密度聚乙烯，并使制成的阻燃增强高密度聚乙烯中含聚磷酸盐的微纳米纤维素与高密度聚乙烯的质量比为12∶100。
性能测试表明：以含聚磷酸盐的微纳米纤维素改性hdpe，复合材料的刚度从1576mpa(纯hdpe)增加至1850mpa(改性后的hdpe)，极限氧指数从19.7％(纯hdpe)增加至22.5％(改性后的hdpe)。
实施例3，
(1)将纤维原料分散在质量分数为65％的磷酸水溶液中，所述纤维原料与磷酸水溶液的质量比为1∶12，在20～50℃温度范围下搅拌4～6h，然后，超声15～30min，得到纤维和磷酸水溶液的共混物；然后加入胺类物质调节ph至7～7.5，得到含聚磷酸盐的微纳米纤维素胶体；
(2)在步骤(1)制得的含聚磷酸盐的微纳米纤维素胶体中加入高密度聚乙烯，在25～30℃搅拌0.5～1h，进行真空干燥，真空干燥温度为20～50℃，时间为48～64h，然后进行熔融共混，加工温度为130～150℃，螺杆转速为15～30r/min，共混时间2～5min，经挤塑造粒，制成同步阻燃增强高密度聚乙烯，并使制成的阻燃增强高密度聚乙烯中含聚磷酸盐的微纳米纤维素与高密度聚乙烯的质量比为20∶100。
性能测试表明：以含聚磷酸盐的微纳米纤维素改性hdpe，复合材料的刚度从1576mpa(纯hdpe)增加至1950mpa(改性后的hdpe)，极限氧指数从19.7％(纯hdpe)增加至25.3％(改性后的hdpe)。