一种改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料的制作方法

文档序号：19428469发布日期：2019-12-17 16:00阅读：161来源：国知局

本发明属于塑胶跑道技术领域，具体涉及一种改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料及其制备方法。

背景技术：

塑胶跑道是现代田径场地中不可缺少的重要设施，已被国际奥委会定为国际比赛场地的必备条件之一。与传统的土质跑道相比，它具有良好的弹性、防滑性、耐磨性、吸震性，场地护理容易、色彩鲜明、美观整齐。鉴于上述优点，塑胶跑道问世不久即迅速被各田径场地所采用。然而跑道颗粒属于易燃材料，在使用的过程中易引发火灾，对人们的财产和人身安全有很大的威胁，因此对跑道颗粒进行阻燃方面的功能化改性势在必行。

目前，卤素阻燃剂因其具有阻燃效率高、价格适中、品种多、适用范围广等优良特点，占据橡塑材料阻燃剂的主导地位，是用于提高阻燃性能的主要方法。卤素阻燃剂虽然具有极高的阻燃效率，但它在热裂解或燃烧时会生成较多的卤化氢等腐蚀性气体和烟雾。一旦发生火灾，将给逃生及救援人员带来极大困难，严重时将导致死亡事故的发生，同时也对环境构成了较大的威胁。随着人们安全环保意识的增强，开发高效、无毒、环保的阻燃剂成为当代阻燃剂发展的要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术不足，提供一种改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料及其制备方法。本发明制得的改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料阻燃效果好，其阻燃指数达到ul94v0级别，且不含卤素原料，产生的气体不会污染环境，同时具有良好的加工性能和力学性能，因而有广阔的应用前景和市场需求。

为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料，原料组成按重量份数计为：橡塑弹性体100份、复配阻燃剂10-50份、环烷油5-12份、超细白炭黑5-10份、熟石灰3-5份、硬脂酸锌1-2份、碳酸钙100-130份、塑胶色粉0.5份。

所述的橡塑弹性体为：聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（sebs）、聚乙烯、聚丙烯、三元乙丙橡胶（epdm）、乙烯醋酸乙烯共聚物（eva）、聚乙烯接枝马来酸酐、热塑性聚氨酯中的一种或几种的共混物。

所述的复配阻燃剂由改性漂珠与氧化石墨烯按质量比1-5：1复合而成。

所述的聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（sebs）为线性高分子量sebs。

所述的聚乙烯接枝马来酸酐接枝率为1.2%。

所述的乙烯-醋酸乙烯共聚物中醋酸乙烯酯基体的含量13-18wt%。

所述的复配阻燃剂制备方法为：将1份氧化石墨烯溶于去离子水，加入0.5份十六烷基苯磺酸钠，超声震荡30min，然后加入1—5份改性漂珠，搅拌1h后洗涤，然后60℃下烘干。所述的氧化石墨烯由hummers法制得。

所述的改性漂珠的具体制备方法为：1）将10g漂珠分散于100ml20%的hno3中，超声1h酸化处理，然后用无水乙醇洗涤数次，70℃烘干。2）按体积比9:1量取无水乙醇和去离子水并混合于烧杯中，加入2mlkh550，室温搅拌1h。3）取2g步骤1）的酸化漂珠分散于步骤2）的溶液中，80℃条件下搅拌6h，用无水乙醇洗涤后110℃烘干。所述的漂珠粒径为100目。

上述的改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料的制备方法如下：

1）按照配方的要求称取各种所需材料；

2）将橡塑弹性体倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油20-30min，转速设置为200-300r/min。

3）将剩余的步骤1）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合20-30min。

4）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为400到600r/min，挤出造粒得到改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料。

粉煤灰漂珠是燃煤电厂产生的一种富含硅铝酸盐的副产物，既可在固相中促进燃烧成炭，也可在气相状态捕获活性自由基，将其应用到橡塑材料中有望取得较好的阻燃效果。但由于其相容性差，在聚合物基体中分散性差，限制了其应用。硅烷偶联剂kh550本身含有si、n等良好的阻燃元素，将kh550接枝到漂珠结构中，不仅可以提高其阻燃性能，而且还能极大地促进其在体系之中的分散。

石墨烯是一种二维片层状碳质材料，是碳原子在同一平面上以六角蜂窝形紧密堆积而成的。经过氧化处理后，氧化石墨仍保持石墨的层状结构，但在每一层的石墨烯单片上引入了许多氧基功能团。氧化石墨烯独特的二维层状结构使其具有优异的阻燃效应，其二维片层结构具有片层阻隔效应，能够延缓热量的传递、热解产物的扩散与逸出，以及氧气的扩散与混合。同时氧化石墨烯表面丰富的氧基功能团能和聚合物基体之间通过化学键形成较强的界面作用，提高聚合物的热稳定性和火安全性。

go表面有大量的羧基，漂珠表面含有大量羟基，二者可以通过化学键合的方式复合起来，组成复配阻燃剂。氧化石墨烯在充当阻燃协效剂的同时也可以增加基体材料的力学性能。

本发明的有益效果在于：本发明制得的改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料阻燃效果好，其阻燃指数达到ul94v0级别，且不含卤素原料，产生的气体不会污染环境，同时具有良好的加工性能和力学性能，应用前景广阔，市场需求巨大。

附图说明

图1为漂珠的sem图；

图2为改性漂珠的sem图；

图3为氧化石墨烯的sem图。

具体实施方式

为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。

本发明通过以下实施例作进一步阐述。

实施例1

一种制备改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料的方法，具体步骤为：

1）将10g漂珠分散于100ml20%的hno3中，超声1h酸化处理，然后用无水乙醇洗涤数次，70℃烘干。

2）按体积比9:1量取无水乙醇和去离子水并混合于烧杯中，加入2mlkh550，室温搅拌1h。

3）取2g漂珠分散于2）所述的溶液中，80℃条件下搅拌6h，用无水乙醇洗涤后110℃烘干，得到改性漂珠。

4）将1份由hummers法制得的go溶于去离子水，加入0.5份十六烷基苯磺酸钠超声震荡30min，然后加入1份改性漂珠，搅拌1h后洗涤然后60℃下烘干。制得复配阻燃剂。

5）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（sebs）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（epdm）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、复配阻燃剂10份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、碳酸钙100份、塑胶色粉0.5份。

6）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（sebs）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。

7）将剩余的步骤5）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。

8）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料。

实施例2

一种制备改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料的方法，具体步骤为：

1）将10g漂珠分散于100ml20%的hno3中，超声1h酸化处理，然后用无水乙醇洗涤数次，70℃烘干。

2）按体积比9:1量取无水乙醇和去离子水并混合于烧杯中，加入2mlkh550，室温搅拌1h。

3）取2g漂珠分散于2）所述的溶液中，80℃条件下搅拌6h，用无水乙醇洗涤后110℃烘干，得到改性漂珠。

4）将1份由hummers法制得的go溶于去离子水，加入0.5份十六烷基苯磺酸钠超声震荡30min，然后加入2份改性漂珠，搅拌1h后洗涤然后60℃下烘干。制得复配阻燃剂。

5）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（sebs）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（epdm）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、复配阻燃剂20份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、碳酸钙100份、塑胶色粉0.5份。

6）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（sebs）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。

7）将剩余的步骤5）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。

8）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料。

实施例3

一种制备改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料的方法，具体步骤为：

1）将10g漂珠分散于100ml20%的hno3中，超声1h酸化处理，然后用无水乙醇洗涤数次，70℃烘干。

2）按体积比9:1量取无水乙醇和去离子水并混合于烧杯中，加入2mlkh550，室温搅拌1h。

3）取2g漂珠分散于2）所述的溶液中，80℃条件下搅拌6h，用无水乙醇洗涤后110℃烘干，得到改性漂珠。

4）将1份由hummers法制得的go溶于去离子水，加入0.5份十六烷基苯磺酸钠超声震荡30min，然后加入3份改性漂珠，搅拌1h后洗涤然后60℃下烘干。制得复配阻燃剂。

5）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（sebs）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（epdm）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、复配阻燃剂30份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、碳酸钙100份、塑胶色粉0.5份。

6）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（sebs）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。

7）将剩余的步骤5）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。

8）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料。

实施例4

一种制备改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料的方法，具体步骤为：

1）将10g漂珠分散于100ml20%的hno3中，超声1h酸化处理，然后用无水乙醇洗涤数次，70℃烘干。

2）按体积比9:1量取无水乙醇和去离子水并混合于烧杯中，加入2mlkh550，室温搅拌1h。

3）取2g漂珠分散于2）所述的溶液中，80℃条件下搅拌6h，用无水乙醇洗涤后110℃烘干，得到改性漂珠。

4）将1份由hummers法制得的go溶于去离子水，加入0.5份十六烷基苯磺酸钠超声震荡30min，然后加入4份改性漂珠，搅拌1h后洗涤然后60℃下烘干。制得复配阻燃剂。

5）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（sebs）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（epdm）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、复配阻燃剂40份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、碳酸钙100份、塑胶色粉0.5份。

6）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（sebs）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。

7）将剩余的步骤5）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。

8）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料。

实施例5

一种制备改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料的方法，具体步骤为：

1）将10g漂珠分散于100ml20%的hno3中，超声1h酸化处理，然后用无水乙醇洗涤数次，70℃烘干。

2）按体积比9:1量取无水乙醇和去离子水并混合于烧杯中，加入2mlkh550，室温搅拌1h。

3）取2g漂珠分散于2）所述的溶液中，80℃条件下搅拌6h，用无水乙醇洗涤后110℃烘干，得到改性漂珠。

4）将1份由hummers法制得的go溶于去离子水，加入0.5份十六烷基苯磺酸钠超声震荡30min，然后加入5份改性漂珠，搅拌1h后洗涤然后60℃下烘干。制得复配阻燃剂。

5）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（sebs）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（epdm）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、复配阻燃剂50份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、碳酸钙100份、塑胶色粉0.5份。

6）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（sebs）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。

7）将剩余的步骤5）中称好的材料倒入高速混合机中，继续混合30min。

8）将混合好的物料转移到双螺杆挤出机中，各区温度为180℃到200℃，转速为600r/min，挤出造粒得到改性漂珠/氧化石墨烯阻燃跑道颗粒材料。

对比例1

1）按重量份称取聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（sebs）20份、热塑性聚氨酯20份、三元乙丙橡胶（epdm）40份、聚乙烯接枝马来酸酐10份、聚丙烯10份、环烷油12份、超细白炭黑5份、熟石灰3份、硬脂酸锌2份、碳酸钙100份、塑胶色粉0.5份。

2）将聚苯乙烯-聚乙烯-聚丁烯-聚苯乙烯嵌段共聚物（sebs）倒入高速混合机中，同时倒入环烷油，在50℃条件下搅拌充油30min，转速设置为200r/min。