纳米阻燃改性聚乙烯复合材料及其制备方法

纳米阻燃改性聚乙烯复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种纳米阻燃改性聚乙烯复合材料及其制备方法。本发明的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料，其组分按质量百分数配比为：聚乙烯30％～60％、增强剂15％～30％、复配型纳米阻燃剂10％～20％、增韧剂5％～10％、相容剂3％～5％、表面处理剂0.1％～0.5％、润滑剂0.1％～1％、抗氧剂0.1％～1％。本发明的有益效果是，本发明将纳米技术与高分子材料结合，所制得的聚乙烯复合材料具有无卤抑烟的优良阻燃性能，达到UL94V-0阻燃级，并在燃烧过程中无融滴现象，同时所制得的聚乙烯制品具有良好的光泽、尺寸稳定、低翘曲、高模量、高耐热、高抗冲击等性能，而且成本低，可广泛应用于化工、机械、电器、汽车等领域，应用前景广阔。
【专利说明】纳米阻燃改性聚乙烯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及高分子材料【技术领域】，具体地说是一种纳米阻燃改性聚乙烯复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚乙烯由于质轻、无毒，具有优异的介电性能、化学稳定性和抗腐蚀等优点，且价格低廉，成型加工容易，可广泛应用于电器、化工、食品、机械等行业。但是，由于聚乙烯的氧指数低，容易燃烧，并且燃烧时产生大量的热极易传播火焰，引发大的火灾，因此对聚乙烯阻燃问题的处理就显得尤为重要。在聚乙烯中添加有效的阻燃剂是目前提高阻燃性的最有效、最经济的手段之一。最常用的阻燃剂主要有卤素类、磷氮类、有机硅系类和无机纳米类等几种。对于卤素类阻燃剂在燃烧过程中会生成大量的烟和有毒、有腐蚀性气体，对环境造成严重的污染，因此，磷氮类、有机硅系类和无机纳米类的阻燃剂成为环保健康型阻燃剂逐渐受到人们的亲睐，特别是21世纪以来，纳米技术的普遍推广，纳米材料被认为是21世纪最有前途的材料，并已经成为世界性的研究热潮，因此制备添加纳米阻燃剂是获得具有高阻燃聚乙烯的重要方法之一。

【发明内容】

[0003]本发明的目的在于提供一种高阻燃、高强度和高耐热性能的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料及其制备方法。
[0004]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:纳米阻燃改性聚乙烯复合材料，其组分按质量百分数配比为:聚乙烯30%~60%、增强剂15%~30%、复配型纳米阻燃剂10%~20%、增韧剂5%~10%、相容剂3%~5%、表面处理剂0.1%~0.5%、润滑剂
0.1 %~I %、抗氧剂0.1 %~I %。
[0005]所述的增强剂为无碱玻璃纤维、纳米碳酸钙、纳米高岭土、硅灰石、晶须中的一种。
[0006]所述的复配型纳米阻燃剂为纳米氢氧化镁30wt%、纳米蒙脱土 20wt%和聚硅烷阻燃剂50wt%三者混合的复配物，其中纳米氢氧化镁和纳米蒙脱土均经硅烷改性处理过。
[0007]所述的增韧剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)中的一种。
[0008]所述的相容剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)、马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)、马来酸酐接杆乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)中的一种。
[0009]所述的表面处理剂 为硬脂酸镁、钛酸酯、铝酸酯、硅烷偶联剂和磷酸酯中的一种。
[0010]所述的润滑剂为硬脂酸钙或乙撑双硬酯酰胺。
[0011]所述的抗氧剂为受阻酚抗氧剂1076与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物。
[0012]上述的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤:
(I)将增强剂在80°c~110°C下干燥3~6小时，再按重量配比称取干燥后的增强剂及表面处理剂，一起加入3000~8000转/分钟的高速混合机中，在维持80°C~110°C的温度下搅拌10~60分钟，使表面处理剂均匀包覆增强剂，然后冷却至低于40°C制得表面处理的增强剂，待用；
(2)按重量配比称取经硅烷改性处理过的纳米氢氧化镁30wt%、经硅烷改性处理过的纳米蒙脱土 20wt%和聚硅烷阻燃剂50wt%，使混合均匀，制得复配型纳米阻燃剂，然后在80°C~85°C下干燥30~45分钟，待用；
(3)按重量配比称取步骤(1)和步骤(2)的物料，加入高速混合机中混合均匀，然后再加入按重量配比称取的增韧剂、相容剂、润滑剂和抗氧剂，继续混合10~30分钟；(4)将上述混合好的物料加入双螺杆挤出机中进行充分熔融塑化和捏合混炼，熔融温度控制在180°C~250°C，通过双螺杆挤出机挤出后，经过冷却、切粒、干燥后即得本发明的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料。
[0013]本发明的有益效果是，本发明将纳米技术与高分子材料结合，所制得的聚乙烯复合材料具有无卤抑烟的优良阻燃性能，达到UL94V-0阻燃级，并在燃烧过程中无融滴现象，同时所制得的聚乙烯制品具有良好的光泽、尺寸稳定、低翘曲、高模量、高耐热、高抗冲击等性能，而且成本低，可广泛应用于化工、机械、电器、汽车等领域，应用前景广阔。
【具体实施方式】[0014]下面结合具体实施例来进一步说明本发明的技术方案。
[0015]实施例1:
一种纳米阻燃改性聚乙烯复合材料，其组分按质量百分数配比为:聚乙烯50%、无碱玻璃纤维20 %、复配型纳米阻燃剂16%、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)8 %、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)4%、硅烷偶联剂0.2%、硬脂酸钙0.8%、受阻酚抗氧剂1076与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物I %。所述的复配型纳米阻燃剂为纳米氢氧化镁30Wt%、纳米蒙脱土 20Wt%和聚硅烷阻燃剂50Wt%三者混合的复配物，其中纳米氢氧化镁和纳米蒙脱土均经硅烷改性处理过。
[0016]制备方法:(I)将无碱玻璃纤维在80°C~110°C下干燥3~6小时，再按重量配比称取干燥后的无碱玻璃纤维及硅烷偶联剂，一起加入3000~8000转/分钟的高速混合机中，在维持80°C~110°C的温度下搅拌10~60分钟，使硅烷偶联剂均匀包覆无碱玻璃纤维，然后冷却至低于40°C制得表面处理的无碱玻璃纤维，待用；(2)按重量配比称取经硅烷改性处理过的纳米氢氧化镁30被％、经硅烷改性处理过的纳米蒙脱土 20Wt%和聚硅烷阻燃剂50wt%，使混合均匀，制得复配型纳米阻燃剂，然后在80°C~85°C下干燥30~45分钟，待用；(3)按重量配比称取步骤(1)和步骤(2)的物料，加入高速混合机中混合均匀，然后再加入按重量配比称取的丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)、硬脂酸钙和受阻酚抗氧剂1076与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物，继续混合10~30分钟；(4)将上述混合好的物料加入双螺杆挤出机中进行充分熔融塑化和捏合混炼，熔融温度控制在180°C~250°C，通过双螺杆挤出机挤出后，经过冷却、切粒、干燥后即得本发明的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料。
[0017]实施例2:
一种纳米阻燃改性聚乙烯复合材料，其组分按质量百分数配比为:聚乙烯40%、纳米碳酸钙30 %、复配型纳米阻燃剂20 %、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA) 5 %、马来酸酐接杆聚乙烯(PE-g-MAH)4%、硬脂酸镁0.2%、乙撑双硬酯酰胺0.3%、受阻酚抗氧剂1076与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物0.5%。所述的复配型纳米阻燃剂为纳米氢氧化镁30wt%、纳米蒙脱土 20wt%和聚硅烷阻燃剂50wt%三者混合的复配物，其中纳米氢氧化镁和纳米蒙脱土均经硅烷改性处理过。
[0018]制备方法:⑴将纳米碳酸钙在80°C~110°C下干燥3~6小时，再按重量配比称取干燥后的纳米碳酸钙及硬脂酸镁，一起加入3000~8000转/分钟的高速混合机中，在维持80°C~110°C的温度下搅拌10~60分钟，使硬脂酸镁均匀包覆纳米碳酸钙，然后冷却至低于40°C制得表面处理的纳米碳酸钙，待用；(2)按重量配比称取经硅烷改性处理过的纳米氢氧化镁30wt%、经硅烷改性处理过的纳米蒙脱土 20Wt%和聚硅烷阻燃剂50被％，使混合均匀，制得复配型纳米阻燃剂，然后在80°C~85°C下干燥30~45分钟，待用；(3)按重量配比称取步骤(1)和步骤(2)的物料，加入高速混合机中混合均匀，然后再加入按重量配比称取的乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、马来酸酐接杆聚乙烯(PE-g-MAH)、乙撑双硬酯酰胺和受阻酚抗氧剂1076与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物，继续混合10~30分钟；(4)将上述混合好的物料加入双螺杆挤出机中进行充分熔融塑化和捏合混炼，熔融温度控制在180°C~250°C，通过双螺杆挤出机挤出后，经过冷却、切粒、干燥后即得本发明的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料。
[0019]实施例3:
一种纳米阻燃改性聚乙烯复合材料，其组分按质量百分数配比为:聚乙烯60%、纳米高岭土 20 %、复配型纳米阻燃剂10 %、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS) 6 %、马来酸酐接杆乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH) 3%、磷酸酯0.2%、乙撑双硬酯酰胺0.3%、受阻酚抗氧剂1076与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物0.5 %。所述的复配型纳米阻燃剂为纳米氢氧化镁30wt%、纳米蒙脱土 20wt%和聚硅烷阻燃剂50wt%三者混合的复配物，其中纳米氢氧化镁和纳米蒙脱土均经硅·烷改性处理过。
[0020]制备方法:(I)将纳米高岭土在80°C~110°C下干燥3~6小时，再按重量配比称取干燥后的纳米高岭土及磷酸酯，一起加入3000~8000转/分钟的高速混合机中，在维持80°C~110°C的温度下搅拌10~60分钟，使磷酸酯均匀包覆纳米高岭土，然后冷却至低于40°C制得表面处理的纳米高岭土，待用；(2)按重量配比称取经硅烷改性处理过的纳米氢氧化镁30wt%、经硅烷改性处理过的纳米蒙脱土 20Wt%和聚硅烷阻燃剂50被％，使混合均匀，制得复配型纳米阻燃剂，然后在80°C~85°C下干燥30~45分钟，待用；(3)按重量配比称取步骤(1)和步骤(2)的物料，加入高速混合机中混合均匀，然后再加入按重量配比称取的甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、来酸酐接杆乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)、乙撑双硬酯酰胺和受阻酚抗氧剂1076与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物，继续混合10~30分钟；(4)将上述混合好的物料加入双螺杆挤出机中进行充分熔融塑化和捏合混炼，熔融温度控制在180°C~250°C，通过双螺杆挤出机挤出后，经过冷却、切粒、干燥后即得本发明的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料。
【权利要求】
1.一种纳米阻燃改性聚乙烯复合材料，其特征在于，其组分按质量百分数配比为--聚乙烯30%~60%、增强剂15%~30%、复配型纳米阻燃剂10%~20%、增韧剂5%~10%、相容剂3%~5%、表面处理剂0.1%~0.5%、润滑剂0.1%~I %、抗氧剂0.1%~1%。
2.根据权利要求1所述的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的增强剂为无碱玻璃纤维、纳米碳酸钙、纳米高岭土、硅灰石、晶须中的一种。
3.根据权利要求1所述的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的复配型纳米阻燃剂为纳米氢氧化镁30Wt%、纳米蒙脱土 20Wt%和聚硅烷阻燃剂50Wt%三者混合的复配物，其中纳米氢氧化镁和纳米蒙脱土均经硅烷改性处理过。
4.根据权利要求1所述的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的增韧剂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)中的一种。
5.根据权利要求1所述的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的相容剂为乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯三元共聚物(E-MA-GMA)、马来酸酐接枝聚乙烯(PE-g-MAH)、马来酸酐接杆乙烯-辛烯共聚物(POE-g-MAH)中的一种。
6.根据权利要求1所述的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的表面处理剂为硬脂酸镁、钛酸酯、铝酸酯、硅烷偶联剂和磷酸酯中的一种。
7.根据权利要求1所述的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的润滑剂为硬脂酸钙或乙撑双硬酯酰胺。
8.根据权利要求1所述的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为受阻酚抗氧剂1076与亚磷酸酯类抗氧剂168的复配物。·
9.根据权利要求1所述的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:(1)将增强剂在80°C~110°C下干燥3~6小时，再按重量配比称取干燥后的增强剂及表面处理剂，一起加入3000~8000转/分钟的高速混合机中，在维持80°C~110°C的温度下搅拌10~60分钟，使表面处理剂均匀包覆增强剂，然后冷却至低于40°C制得表面处理的增强剂，待用；(2)按重量配比称取经硅烷改性处理过的纳米氢氧化镁30wt%、经硅烷改性处理过的纳米蒙脱土 20wt%和聚硅烷阻燃剂50wt%，使混合均匀，制得复配型纳米阻燃剂，然后在80°C~85°C下干燥30~45分钟，待用；(3)按重量配比称取步骤(1)和步骤(2)的物料，加入高速混合机中混合均匀，然后再加入按重量配比称取的增韧剂、相容剂、润滑剂和抗氧剂，继续混合10~30分钟；(4)将上述混合好的物料加入双螺杆挤出机中进行充分熔融塑化和捏合混炼，熔融温度控制在180°C~250°C，通过双螺杆挤出机挤出后，经过冷却、切粒、干燥后即得本发明的纳米阻燃改性聚乙烯复合材料。
【文档编号】C08K3/22GK103849039SQ201210594167
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年12月4日 优先权日:2012年12月4日
【发明者】夏伟光, 杨涛 申请人:青岛三利中德美水设备有限公司