CN102627814A - 具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料的制备方法，采用PVC、多壁碳纳米管、阻燃剂为主要原料，加入阻燃剂能够提高PVC的阻燃抑烟性能，抑制PVC燃烧过程中有害气体的释放，加入多壁碳纳米管能够赋予PVC复合材料微波吸收性能。与现有技术相比，本发明不仅具有较好的阻燃抑烟性能，还具有微波吸收的性能，在PVC含量为100份，氢氧化镁含量为100份，碳纳米管含量为7份时，复合材料的氧指数达到41.5，最低反射率为-12.8dB，反射率低于-10dB的频率范围为2.62GHz。

Description

具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高分子复合材料及其制备方法，尤其是涉及一种具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料的制备方法。
背景技术
微波吸收材料是一种重要的功能材料，最先应用于军事上。涂在飞机、大炮，坦克、潜艇、巡洋舰、导弹、导弹发射架和武器仓库外面，起到保护自己打击敌人的作用。随着科学技术的发展，吸波材料在电视广播、雷达技术、微波暗室和电子器件等民用方面也有着广泛的用途。
PVC材料用途极广，具有加工性能良好，制造成本低，耐腐蚀，绝缘等良好特点。加入一些阻燃抑烟剂能够提高PVC的阻燃性能，抑制PVC燃烧过程中有害气体的释放。
高校化学工程学报2004年6月第18卷第3期报道了在100克的PVC中添加100克的纳米氢氧化镁，其氧指数达到了30.1，拉伸强度为13.4MPa。但是这种PVC材料只有阻燃抑烟性能，而没有微波吸收性能。
Journal of Alloys and Compounds 509(2011)8398-8400报道了将铁钡氧体掺杂入PVC中，铁钡氧体与PVC之比为70比30，测试厚度为2.5mm时，在频率2-18GHz范围内，最低反射损失为-40dB。但是填料添加量大，严重影响了材料的加工和力学性能，而且材料也不具备阻燃抑烟性能。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有微波吸收特性的阻燃PVC复合材料及制备方法，采用haake密炼机，将阻燃剂、多壁碳纳米管、PVC进行共混。加入阻燃剂能够提高PVC的阻燃抑烟性能，抑制PVC燃烧过程中有害气体的释放，加入多壁碳纳米管能够赋予PVC复合材料微波吸收性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在高速捏合机中依次加入100份PVC树脂、2-5份热稳定剂、0.5-2份润滑剂、0.1-4份加工助剂以及30-60份增塑剂，待物料塑化完全，出料，出料温度控制在80-100℃，得到PVC预混料；
(2)在haake密炼机中加入100份PVC预混料，10-150份阻燃剂，5-20份多壁碳纳米管，密炼机温度为130-170℃，混合5-15min，即得到具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料。
所述的PVC树脂的聚合度为800-2000；热稳定剂为有机锡类热稳定剂或复合铅盐热稳定剂；润滑剂为氧化聚乙烯或脂肪酸金属皂类润滑剂；加工助剂为单硬酯酸甘油酯或丙烯酸酯类的高分子共聚物；增塑剂为邻苯二甲酸酯类增塑剂。
所述的有机锡类热稳定剂包括月桂酸有机锡、马来酸脂有机锡、硫醇有机锡、氧化烷基锡或有机锡TM-181，复合铅盐热稳定剂包括三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅或二盐基硬脂酸铅；所述的脂肪酸金属皂类润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸铅；所述的丙烯酸酯类的高分子共聚物包括丙烯酸甲酯或丙烯酸乙酯；所述的邻苯二甲酸酯类增塑剂包括邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二正辛酯或邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯。
所述的阻燃剂包括氢氧化镁、三氧化二锑、二氧化硅、有机蒙脱土或碳酸钙。
所述的氢氧化镁的粒径为500-5000目。
所述的二氧化硅包括气相二氧化硅或沉淀二氧化硅。
所述的碳酸钙包括轻质活性碳酸钙或重质活性碳酸钙，粒径为50-2000目。
所述的多壁碳纳米管的直径为5-100nm，长度为0.5-10μm。
与现有技术相比，本发明采用PVC、各种阻燃剂、多壁碳纳米管为主要原料，在haake密炼机中混合，形成均匀的共混物。所制得PVC复合材料不仅具有高的阻燃抑烟性能，还具有微波吸收性能。在PVC用量为100份，氢氧化镁用量为100份，三氧化二锑用量为10份，多壁碳纳米管用量为7份时，PVC复合材料的氧指数达到41.5，最低反射率为-12.8dB，反射率低于-10dB的频率范围为2.62GHz。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
以下实施例和比较例所用材料如下：
聚氯乙烯(PVC)：聚合度为1300  上海氯碱公司产品。
氢氧化镁(Mg(OH)2)：牌号YZ-GX105粒径小于2um，5000目，Mg(OH)2含量大于94％，大连亚泰公司产品。
纳米有机蒙脱土(O-MMT)：牌号NanolinDK，平均粒径25×1000nm，浙江丰虹新材料股份有限公司产品。
三氧化二锑(Sb2O3)：化学纯，中国医药(集团)上海化学试剂公司产品
美字牌重质活性碳酸钙    100-1500目，上海碳酸钙厂产品
美字牌轻质活性碳酸钙    100-1500目，上海碳酸钙厂产品
高补强透明沉淀法二氧化硅上海蓉田橡胶助剂有限公司的产品
多壁碳纳米管(MWNTs)：NC7000，管径约为9.5nm，长度约为1.5μm。比利时Nanocyl公司产品。
实施例1-7
按表1和表2中的配方中的配方
在高速捏合机中依次加入100份PVC树脂、4.5份有机锡热稳定剂(TM-181)、1份氧化聚乙烯(OPE-629)、0.2份单硬酯酸甘油酯(APA)以及50份邻苯二甲酸二异癸酯DIDP，待物料塑化完全，出料。出料温度控制在90℃。得到PVC预混料
将PVC预混料，阻燃剂，多壁碳纳米管加入haake密炼机中，密炼机温度为150℃，混合8min。得到一种具有阻燃微波吸收的PVC复合材料。
氧指数测定按照标准ASTMD2863测定，样条尺寸120×6.5×3mm3
用传输-反射法测试材料的复介电常数和复磁导率，并换算成一定厚度的微波吸收橡胶复合材料的微波反射率。
表1具有微波吸收性的阻燃PVC复合材料实施例配方(重量份数)
Figure BDA0000147925390000041
比较例1-7
表2比较例配方(重量份数)
Figure BDA0000147925390000042
表3比较例和实施例的测试性能结果(试样厚度为1.5mm)
Figure BDA0000147925390000051
从表3可见，采用本发明的一种微波吸收特性的阻燃PVC复合材料，比较例1-比较例7中，复合材料的最低反射率为-0.33dB，几乎没有吸波性能。实施例5中，复合材料的氧指数可达29.0，最低反射率为-26.5dB，反射率低于-10dB的频率范围为2.72GHz。实施例7中，复合材料的氧指数可达41.5，最低反射率为-12.8dB，反射率低于-10dB的频率范围为2.62GHz。表明本发明所制得PVC复合材料不仅具有阻燃抑烟性能，还具有微波吸收性能。
实施例8
一种具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在高速捏合机中依次加入100份聚合度为800的PVC树脂、2份有机锡类热稳定剂、0.5份润滑剂氧化聚乙烯、0.1份加工助剂单硬酯酸甘油酯以及30份邻苯二甲酸酯类增塑剂，其中，使用的有机锡类热稳定剂为月桂酸有机锡，待物料塑化完全，出料，出料温度控制在80℃，得到PVC预混料；
(2)在haake密炼机中加入100份PVC预混料，10份粒径为500的氢氧化镁阻燃剂，5份多壁碳纳米管，直径为5nm，长度为0.5μm，密炼机温度为130℃，混合15min，即得到具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料。
实施例9
一种具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)在高速捏合机中依次加入100份聚合度为2000的PVC树脂、5份复合铅盐热稳定剂、2份脂肪酸金属皂类润滑剂、4份加工助剂丙烯酸酯类的高分子共聚物以及60份邻苯二甲酸酯类增塑剂，待物料塑化完全，出料，出料温度控制在100℃，得到PVC预混料；
(2)在haake密炼机中加入100份PVC预混料，150份阻燃剂气相二氧化硅，20份多壁碳纳米管，直径为100nm，长度为10μm，密炼机温度为170℃，混合5min，即得到具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料。

Claims (8)

1.一种具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)在高速捏合机中依次加入100份PVC树脂、2-5份热稳定剂、0.5-2份润滑剂、0.1-4份加工助剂以及30-60份增塑剂，待物料塑化完全，出料，出料温度控制在80-100℃，得到PVC预混料；
(2)在haake密炼机中加入100份PVC预混料，10-150份阻燃剂，5-20份多壁碳纳米管，密炼机温度为130-170℃，混合5-15min，即得到具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料。
2.根据权利要求1所述的一种具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的PVC树脂的聚合度为800-2000；热稳定剂为有机锡类热稳定剂或复合铅盐热稳定剂；润滑剂为氧化聚乙烯或脂肪酸金属皂类润滑剂；加工助剂为单硬酯酸甘油酯或丙烯酸酯类的高分子共聚物；增塑剂为邻苯二甲酸酯类增塑剂。
3.根据权利要求2所述的一种具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的有机锡类热稳定剂包括月桂酸有机锡、马来酸脂有机锡、硫醇有机锡、氧化烷基锡或有机锡TM-181，复合铅盐热稳定剂包括三盐基硫酸铅、二盐基亚磷酸铅或二盐基硬脂酸铅；所述的脂肪酸金属皂类润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸锌或硬脂酸铅；所述的丙烯酸酯类的高分子共聚物包括丙烯酸甲酯或丙烯酸乙酯；所述的邻苯二甲酸酯类增塑剂包括邻苯二甲酸二甲酯、邻苯二甲酸二乙酯、邻苯二甲酸二正辛酯或邻苯二甲酸二(2-乙基己基)酯。
4.根据权利要求1所述的一种具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的阻燃剂包括氢氧化镁、三氧化二锑、二氧化硅、有机蒙脱土或碳酸钙。
5.根据权利要求4所述的一种具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的氢氧化镁的粒径为500-5000目。
6.根据权利要求4所述的一种具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的二氧化硅包括气相二氧化硅或沉淀二氧化硅。
7.根据权利要求4所述的一种具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的碳酸钙包括轻质活性碳酸钙或重质活性碳酸钙，粒径为50-2000目。
8.根据权利要求1所述的一种具有微波吸收特性的阻燃聚氯乙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的多壁碳纳米管的直径为5-100nm，长度为0.5-10μm。
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