一种生物质基高阻燃MPP管材及其制备方法

本发明属于阻燃管材，特别涉及一种生物质基高阻燃mpp管材及其制备方法。

背景技术：

1、mpp管材一般分为开挖式与非开挖式两种形式，mpp非开挖管，又被称之为mpp顶管或拖拉管，mpp管以改性聚丙烯(mpp)为主料，适合用在10千伏之内中低压输电线电缆排管管材，其具有抗高温的特点，受到广泛应用，但现有的mpp管材仍存在一定的问题，例如在大量电力输送的过程中，热能积聚，容易出现易燃现象，对mpp管材的使用带来一定的不便，因此对其阻燃性能的提升迫在眉睫。

2、羧甲基壳聚糖是海洋生物壳聚糖经化学改性修饰而制得的壳聚糖高级衍生物，属于天然生物助剂产品，具有良好的生物可降解性和生物相容性。羧甲基壳聚糖具有大量的碳源和氮源，在燃烧过程中，可在聚合物中碳化阻碍燃烧的进行，促进形成膨胀炭层，有利于抑制基体中的热量交换。但是羧甲基壳聚糖羟基和氨基的数量过多，有一定亲水疏油性，和聚丙烯(pp)的相容性较差，因此需要将羧甲基壳聚糖进行改性，从而发挥出优良的阻燃性能。羧甲基壳聚糖不仅是常见的壳聚糖类的衍生物，而且还是一种价格低廉的多糖聚合物，具有生物可降解、生物相容和环境友好无毒等特点。羧甲基壳聚糖具有大量的碳源和一定数量的氮源，在高温下会发生开环反应，形成芳香交联结构，即在凝聚相中形成碳层，但是由于羧甲基壳聚糖的亲水疏油性，和聚丙烯(pp)的相容性较差，若直接将其加入导致无法很好的发挥阻燃的效果。

3、针对上述问题，利用羧甲基壳聚糖开发一种具有高效阻燃性能的新型阻燃剂和mpp管材，具有重要的意义。

技术实现思路

1、针对以上现有技术的不足，本发明提供了一种生物质基高阻燃mpp管材及其制备方法，在mpp管材制备过程中，加入经硅烷偶联剂kh-793改性过的羧甲基壳聚糖，使制备得到的mpp管材具有高阻燃性能，具体通过以下技术实现。

2、一种生物质基高阻燃mpp管材，按重量份数计，包括64～69份聚丙烯、11～16份改性阻燃剂粉末、12～17份填充料、1～3份润滑剂和0.5～1份抗氧剂。

3、其中，所述改性阻燃剂粉末是通过羧甲基壳聚糖接枝n-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷后得到的。

4、本发明选用的硅烷偶联剂是n-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷(kh-793)，其具有丰富的碳源、氮源以及硅源，一方面，增加了羧甲基壳聚糖的c的数量，并且额外引入了硅源，羧甲基壳聚糖在高温下会发生开环反应，在基体中自凝聚形成芳香环交联结构，即在凝聚相中生成碳层，有利于抑制基体中的热量交换，从而达到中断聚合物燃烧的作用；另一方面，kh-793进一步增加了该阻燃剂中氮源的数量，氨基可以在热分解过程中以nh3的形式释放大量气体，稀释可燃气体的浓度，从而进一步提高羧甲基壳聚糖的阻燃性能，并且因为偶联剂引入的硅源，在燃烧时会迁移至熔体表面，生成致密而稳定的硅层(主要成分为sio2)，起到阻隔热氧的作用；总的来说，在羧甲基壳聚糖与kh-793的共同作用下，羧甲基壳聚糖基阻燃剂在mpp管中的应用得到了更加优良的体现。

5、优选地，填充料为滑石粉与粉状石英的混合物。

6、优选地，润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸甲酯或硬脂酸丁酯中的至少一种。

7、优选地，抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂。

8、优选地，上述改性阻燃剂粉末的制备方法包括以下步骤：

9、p1、将羧甲基壳聚糖进行干燥，溶解于乙酸溶液中，调整ph值至酸性，得到溶液a；将n-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷加入乙酸溶液中溶解，得到溶液b；

10、p2、在惰性气体保护下，将所述溶液a与所述溶液b混合得到溶液c，加热，搅拌，减压抽滤，洗涤，干燥，破碎，研磨，过筛后得到改性阻燃剂粉末。

11、本发明采用羧甲基壳聚糖作为原料，其来源广泛，价格低廉，再将硅烷偶联剂(n-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷，kh-793)作用于羧甲基壳聚糖中，得到羧甲基壳聚糖接枝硅烷偶联剂复合材料，在作用于mpp管材后，可以获得高阻燃性能，且采用本发明中的方法，不仅能够解决后续mpp管的正常使用的问题，还能降低阻燃剂的成本，符合电力技术的使用需要。

12、优选地，溶液a中羧甲基壳聚糖的质量百分数为1～1.5％。

13、优选地，溶液b中n-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量百分数为1.5～2％。

14、优选地，溶液c中羧甲基壳聚糖与n-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为(8～12.5):(2.5～8.1)。进一步优选地，溶液c中羧甲基壳聚糖与n-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷的质量比为10:5.69。

15、优选地，步骤p1中干燥温度为100～120℃，干燥时间为5～8h。

16、优选地，步骤p1中溶液a与溶液b的ph值均为3～6。

17、优选地，步骤p2中加热和搅拌均分为两个阶段，第一阶段加热至40～60℃，搅拌时间为2～4h；第二阶段加热至60～80℃，搅拌时间为0.5～1h。

18、优选地，步骤p2中干燥温度为60～80℃，干燥时间为24～30h。

19、优选地，步骤p2中惰性气体为氮气或氩气。

20、上述任意一项生物质基高阻燃mpp管材的制备方法，包括以下步骤：

21、s1、将聚丙烯、改性阻燃剂粉末进行搅拌混合，在温度i下继续搅拌混合，得到混合物i；将填充料、润滑剂进行搅拌混合，在温度ii下搅拌混匀，加入抗氧剂，继续搅拌混合，保温保压后，得到混合物ii；

22、s2、将混合物i与混合物ii进行总混，加热至温度iii后停止搅拌，冷却，得到混合物iii；

23、s3、将混合物iii进行挤出造粒，经模具热塑化成型后得到mpp管材。

24、优选地，步骤s1中温度i为70～90℃；温度ii为100～120℃。

25、优选地，步骤s1中保压的压强为8～11mpa，保压的时间为8～16min。

26、优选地，步骤s2中混合物i与混合物ii的质量比为1:(1～2)。

27、优选地，步骤s2中温度iii为110～130℃。

28、与现有技术相比，本发明的有益之处在于：

29、1、羧甲基壳聚糖中的碳源和氮源，可以在凝聚相中延缓或者中止聚合物热降解，中断可燃性挥发物的产生过程，从而降低材料的可燃性，中止或延缓燃烧，但是羧甲基壳聚糖羟基和氨基的数量过多，与mpp有机材料的相容性较差，单独使用无法很好的提升mpp管的阻燃性能，因此本发明将采用硅烷偶联剂kh-793对羧甲基壳聚糖进行接枝改性，改善了羧甲基壳聚糖有机相容性差的缺点，提高羧甲基壳聚糖的阻燃性能，进而提升mpp管材阻燃性能；

30、2、本发明的mpp管阻燃性能优良，极限氧指数均在42％以上，维卡软化点温度均不低于152℃；

31、3、羧甲基壳聚糖是常见壳聚糖类的衍生物，是一种价格低廉的多糖聚合物，随着环境资源问题的日益突出，对羧甲基壳聚糖认识逐渐深入，如何将其利用越来越受到人们的重视。以羧甲基壳聚糖为原料制备的阻燃材料，不仅可以制得价格低廉，高效有用的阻燃剂，还可以扩大羧甲基壳聚糖的应用领域，更对我国生物质基材料的有效利用与生态环境的显著改善具有着重要意义。