CN107778663A - 一种蒙脱土复合阻燃材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒙脱土复合阻燃材料及其制备方法,该蒙脱土复合阻燃材料,包括以下重量份的组分:聚丙烯树脂60‑80份、改性蒙脱土1‑3份、含磷阻燃剂2‑5份、阻燃协效剂1‑2份、相容剂1‑5份和抗氧剂0.1‑0.5份。本发明复合材料通过特定的组分组成,各组分之间协同发挥作用,其燃烧后不产生有毒有害气体,不危害人体,不污染环境,其制备工艺简便,成本低廉,可适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于复合阻燃材料技术领域,具体涉及一种蒙脱土复合阻燃材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(Polypropylene,缩写为PP),作为一种质轻,无毒,价廉的通用塑料,具有来源广,密度低,力学性能好、绝缘性能优、耐应力、耐腐蚀及易加工成型等优点,广泛应用于电器、化工、机械、防治、食品包装等行业。由于聚丙烯属于碳氢类材料,其氧指数仅在17.4-18.5%,易燃且燃烧速度快,并在燃烧中产生大量熔滴,极易传播火焰,给人们的生产生活带来诸多隐患。为了克服这一缺点,人们往往在聚丙烯中添加各种阻燃剂。目前市场上的阻燃聚丙烯复合材料仍大量采用卤/锑阻燃体系,此类材料燃烧时会产生大量有毒烟雾,不仅造成仪器设备的腐蚀,还会阻碍救援人员及受灾人员的转移。除此之外,无机阻燃剂如氢氧化铝、氢氧化镁等也被大量应用,尽管此类阻燃剂无毒环保,但其添加量过大,影响了材料的力学性能。因此,目前阻燃剂开发的重点阻燃剂本身无毒环保,添加量少,且燃烧时不会产生烟雾、腐蚀气体及有害物质。
发明内容
针对现有技术中的上述不足,本发明提供了一种蒙脱土复合阻燃材料及其制备方法,可有效解决现有的聚丙烯材料中添加阻燃剂,其添加量多,且制成的复合材料燃烧后会产生大量有毒烟雾,阻燃效果差,环境不友好的问题。
为实现上述目的,本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:
一种蒙脱土复合阻燃材料,包括以下重量份的组分:
聚丙烯树脂60-80份、改性蒙脱土1-3份、含磷阻燃剂2-5份、阻燃协效剂1-2份、相容剂1-5份和抗氧剂0.1-0.5份;
其中,改性蒙脱土通过以下方法制备得到:
将蒙脱土加入80-90℃水中,超声分散0.5-1h,制得浓度为5-10wt%的蒙脱土分散液,然后加入插层剂和质子化剂,控制温度为80-90℃,继续超声分散0.5-1h,然后过滤,得第一沉淀,将第一沉淀置于烧杯中,加入80-90℃水,搅拌0.5-1h,过滤,得第二沉淀,将第二沉淀置于烧杯中,加入80-90℃水,搅拌0.5-1h,过滤,得第三沉淀,将第三沉淀置于烧杯中,加入80-90℃水,搅拌0.5-1h,过滤,最后干燥,制得改性蒙脱土。
含磷阻燃剂为二苯基膦、二苯基膦氧、三苯基膦和1-氧基磷杂-4-羟甲基-2,6,7-三氧杂双环中的一种或几种混合。
进一步地,一种蒙脱土复合阻燃材料,包括以下重量份的组分:
聚丙烯树脂70份、改性蒙脱土2份、含磷阻燃剂3份、阻燃协效剂1份、相容剂2份和抗氧剂0.3份。
进一步地,插层剂为十六烷基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基溴化铵、二甲基十八烷基溴化铵、二甲基苯乙基十二烷基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基-苄基-二甲基氯化铵中的一种或几种混合。
进一步地,质子化剂为硫酸、盐酸、磷酸、间苯二酸和邻苯二酸中的一种或几种混合。
进一步地,蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为10-30:10-30:0.4-0.6。
进一步地,蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为25:20:0.5。
进一步地,阻燃协效剂为硼酸锌或氧化锌。
进一步地,相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
进一步地,抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1024和抗氧剂300中的一种或几种混合。
上述蒙脱土复合阻燃材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为5-10:2-5混合,然后加入含磷阻燃剂,混合,在100-120℃条件下超声分散1-2h,再于50-60℃条件下干燥1-2h;
(2)将聚丙烯树脂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂和步骤(1)所得物混匀,经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料。
本发明提供的蒙脱土复合阻燃材料及其制备方法,具有以下有益效果:
(1)蒙脱土主要成分为蒙脱石,由两层Si-O四面体和一层Al-O八面体组成的层状硅酸盐晶体,具有很大的宽厚比,但蒙脱土与聚丙烯难以混合,蒙脱土的作用就难以发挥出来,经过对蒙脱土改性,可将其层间由亲水疏油变为亲油疏水,增强了与有机物的相容性,因此,蒙脱土能很好的分散于聚丙烯中发挥作用,起到良好的阻燃效果和抗滴落效果,又能增强抑烟效果。
(2)添加含磷阻燃剂,含磷阻燃剂和改性蒙脱土结合,进一步改善蒙脱土在聚丙烯中的分散性,同时还可以增强复合材料的阻燃性和力学性能。
(3)本发明制备的复合材料中还添加了无机阻燃协效剂,可进一步地与改性蒙脱土和含磷阻燃剂起到协同作用,在阻燃效果上性能更佳,同时还能进一步提高复合材料的力学性能。
(4)本发明复合材料通过特定的组分组成,各组分之间协同发挥作用,其燃烧后不产生有毒有害气体,不危害人体,不污染环境,其制备工艺简便,成本低廉,可适用于工业化生产。
具体实施方式
实施例1
一种蒙脱土复合阻燃材料,包括以下重量份的组分:
聚丙烯树脂60份、改性蒙脱土1份、含磷阻燃剂2份、阻燃协效剂1份、相容剂1份和抗氧剂0.1份。
其中,改性蒙脱土通过以下方法制备得到:
将蒙脱土加入90℃水中,超声分散0.5h,制得浓度为5wt%的蒙脱土分散液,然后加入插层剂和质子化剂,控制温度为90℃,继续超声分散0.5h,然后过滤,得第一沉淀,将第一沉淀置于烧杯中,加入90℃水,搅拌0.5h,过滤,得第二沉淀,将第二沉淀置于烧杯中,加入90℃水,搅拌0.5h,过滤,得第三沉淀,将第三沉淀置于烧杯中,加入90℃水,搅拌0.5h,过滤,最后干燥,制得改性蒙脱土;插层剂为十六烷基溴化铵;质子化剂为硫酸;蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为10:10:0.4。
含磷阻燃剂为二苯基膦;阻燃协效剂为硼酸锌;相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯;抗氧剂为抗氧剂1010。
上述蒙脱土复合阻燃材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为5:2混合,然后加入含磷阻燃剂,混合,在100℃条件下超声分散2h,再于50℃条件下干燥2h;
(2)将聚丙烯树脂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂和步骤(1)所得物混匀,经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料。
实施例2
一种蒙脱土复合阻燃材料,包括以下重量份的组分:
聚丙烯树脂80份、改性蒙脱土3份、含磷阻燃剂5份、阻燃协效剂2份、相容剂5份和抗氧剂0.5份。
其中,改性蒙脱土通过以下方法制备得到:
将蒙脱土加入80℃水中,超声分散1h,制得浓度为10wt%的蒙脱土分散液,然后加入插层剂和质子化剂,控制温度为80℃,继续超声分散1h,然后过滤,得第一沉淀,将第一沉淀置于烧杯中,加入80℃水,搅拌0.5h,过滤,得第二沉淀,将第二沉淀置于烧杯中,加入80℃水,搅拌0.5h,过滤,得第三沉淀,将第三沉淀置于烧杯中,加入80℃水,搅拌0.5h,过滤,最后干燥,制得改性蒙脱土;插层剂为十六烷基溴化铵;质子化剂为硫酸;蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为30:30:0.6。
含磷阻燃剂为二苯基膦氧;阻燃协效剂为氧化锌;相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯;抗氧剂为抗氧剂1076。
上述蒙脱土复合阻燃材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为10:5混合,然后加入含磷阻燃剂,混合,在120℃条件下超声分散1h,再于60℃条件下干燥1h;
(2)将聚丙烯树脂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂和步骤(1)所得物混匀,经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料。
实施例3
一种蒙脱土复合阻燃材料,包括以下重量份的组分:
聚丙烯树脂65份、改性蒙脱土1.5份、含磷阻燃剂3份、阻燃协效剂1.3份、相容剂2份和抗氧剂0.2份。
其中,改性蒙脱土通过以下方法制备得到:
将蒙脱土加入80℃水中,超声分散1h,制得浓度为6wt%的蒙脱土分散液,然后加入插层剂和质子化剂,控制温度为80℃,继续超声分散1h,然后过滤,得第一沉淀,将第一沉淀置于烧杯中,加入80℃水,搅拌0.5h,过滤,得第二沉淀,将第二沉淀置于烧杯中,加入80℃水,搅拌0.5h,过滤,得第三沉淀,将第三沉淀置于烧杯中,加入80℃水,搅拌0.5h,过滤,最后干燥,制得改性蒙脱土;插层剂为十六烷基溴化铵;质子化剂为硫酸;蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为15:15:0.45。
含磷阻燃剂为三苯基膦;阻燃协效剂为氧化锌;相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯;抗氧剂为抗氧剂1024。
上述蒙脱土复合阻燃材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为6:3混合,然后加入含磷阻燃剂,混合,在120℃条件下超声分散1h,再于60℃条件下干燥1h;
(2)将聚丙烯树脂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂和步骤(1)所得物混匀,经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料。
实施例4
一种蒙脱土复合阻燃材料,包括以下重量份的组分:
聚丙烯树脂75份、改性蒙脱土2.5份、含磷阻燃剂4份、阻燃协效剂1.8份、相容剂4份和抗氧剂0.4份。
其中,改性蒙脱土通过以下方法制备得到:
将蒙脱土加入80℃水中,超声分散1h,制得浓度为8wt%的蒙脱土分散液,然后加入插层剂和质子化剂,控制温度为80℃,继续超声分散1h,然后过滤,得第一沉淀,将第一沉淀置于烧杯中,加入80℃水,搅拌0.5h,过滤,得第二沉淀,将第二沉淀置于烧杯中,加入80℃水,搅拌0.5h,过滤,得第三沉淀,将第三沉淀置于烧杯中,加入80℃水,搅拌0.5h,过滤,最后干燥,制得改性蒙脱土;插层剂为十六烷基溴化铵;质子化剂为盐酸;蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为25:25:0.55。
含磷阻燃剂为1-氧基磷杂-4-羟甲基-2,6,7-三氧杂双环;阻燃协效剂为氧化锌;相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯;抗氧剂为抗氧剂300。
上述蒙脱土复合阻燃材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为8:4混合,然后加入含磷阻燃剂,混合,在120℃条件下超声分散1h,再于60℃条件下干燥1h;
(2)将聚丙烯树脂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂和步骤(1)所得物混匀,经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料。
实施例5
一种蒙脱土复合阻燃材料,包括以下重量份的组分:
聚丙烯树脂70份、改性蒙脱土2份、含磷阻燃剂3份、阻燃协效剂1份、相容剂2份和抗氧剂0.3份。
其中,改性蒙脱土通过以下方法制备得到:
将蒙脱土加入80℃水中,超声分散1h,制得浓度为8wt%的蒙脱土分散液,然后加入插层剂和质子化剂,控制温度为80℃,继续超声分散1h,然后过滤,得第一沉淀,将第一沉淀置于烧杯中,加入80℃水,搅拌0.5h,过滤,得第二沉淀,将第二沉淀置于烧杯中,加入80℃水,搅拌0.5h,过滤,得第三沉淀,将第三沉淀置于烧杯中,加入80℃水,搅拌0.5h,过滤,最后干燥,制得改性蒙脱土;插层剂为十六烷基溴化铵;质子化剂为盐酸;蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为25:20:0.5。
含磷阻燃剂为二苯基膦;阻燃协效剂为氧化锌;相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯;抗氧剂为抗氧剂1010。
上述蒙脱土复合阻燃材料的制备方法,包括以下步骤:
(1)将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为8:3混合,然后加入含磷阻燃剂,混合,在120℃条件下超声分散1h,再于60℃条件下干燥1h;
(2)将聚丙烯树脂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂和步骤(1)所得物混匀,经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料。
对比例1
对比例1与实施例5不同之处在于,组分中不含含磷阻燃剂,其余与实施例5相同。
对比例2
对比例2与实施例5不同之处在于,组分中不含阻燃协效剂,其余与实施例5相同。
对比例3
对比例3与实施例5不同之处在于,组分中不含含磷阻燃剂和阻燃协效剂,其余与实施例5相同。
对比例4
对比例4与实施例5不同之处在于,蒙脱土不进行改性,其余与实施例5相同。
对比例5
对比例5与实施例5不同之处在于,制备方法为将各组分混合,经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料,组分与实施例5相同。
对实施例1-5及对比例1-5制备的复合材料力学性能及阻燃性能的效果进行测定,按GB/T 1040-2006标准进行拉伸强度测试,按GB/T 9341-2008标准进行了弯曲性能的测试,按GB/T 1043-2008标准进行冲击性能测试,按GB/T 8924标准进行氧指数的测试,按ASTM标准进行垂直燃烧测试,测试结果见下表。
由上表可知,实施例1-5制备的复合材料其力学性能和阻燃性能均比对比例1-5要好,尤其是在阻燃性能方面实施例1-5明显比对比例1-5优异很多。本发明制备的复合材料燃烧后产生的烟雾很少,也不会产生大量熔滴,也没有毒性,不会给人们带来危害,对环境友好。由上表还可知,本发明各组分之间相互协同作用,在明显提高其阻燃性能的同时,在力学方面也得以提高。
Claims (10)
1.一种蒙脱土复合阻燃材料,其特征在于,包括以下重量份的组分:
聚丙烯树脂60-80份、改性蒙脱土1-3份、含磷阻燃剂2-5份、阻燃协效剂1-2份、相容剂1-5份和抗氧剂0.1-0.5份;
其中,改性蒙脱土通过以下方法制备得到:
将蒙脱土加入80-90℃水中,超声分散0.5-1h,制得浓度为5-10wt%的蒙脱土分散液,然后加入插层剂和质子化剂,控制温度为80-90℃,继续超声分散0.5-1h,然后过滤,得第一沉淀,将第一沉淀置于烧杯中,加入80-90℃水,搅拌0.5-1h,过滤,得第二沉淀,将第二沉淀置于烧杯中,加入80-90℃水,搅拌0.5-1h,过滤,得第三沉淀,将第三沉淀置于烧杯中,加入80-90℃水,搅拌0.5-1h,过滤,最后干燥,制得改性蒙脱土;
含磷阻燃剂为二苯基膦、二苯基膦氧、三苯基膦和1-氧基磷杂-4-羟甲基-2,6,7-三氧杂双环中的一种或几种混合。
2.根据权利要求1所述的蒙脱土复合阻燃材料,其特征在于,包括以下重量份的组分:
聚丙烯树脂70份、改性蒙脱土2份、含磷阻燃剂3份、阻燃协效剂1份、相容剂2份和抗氧剂0.3份。
3.根据权利要求1或2所述的蒙脱土复合阻燃材料,其特征在于,插层剂为十六烷基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基溴化铵、二甲基十八烷基溴化铵、二甲基苯乙基十二烷基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基-苄基-二甲基氯化铵中的一种或几种混合。
4.根据权利要求1或2所述的蒙脱土复合阻燃材料,其特征在于,质子化剂为硫酸、盐酸、磷酸、间苯二酸和邻苯二酸中的一种或几种混合。
5.根据权利要求1或2所述的蒙脱土复合阻燃材料,其特征在于,蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为10-30:10-30:0.4-0.6。
6.根据权利要求5所述的蒙脱土复合阻燃材料,其特征在于,蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为25:20:0.5。
7.根据权利要求1或2所述的蒙脱土复合阻燃材料,其特征在于,阻燃协效剂为硼酸锌或氧化锌。
8.根据权利要求1或2所述的蒙脱土复合阻燃材料,其特征在于,相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
9.根据权利要求1或2所述的蒙脱土复合阻燃材料,其特征在于,抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1024和抗氧剂300中的一种或几种混合。
10.如权利要求1-9任一项所述的蒙脱土复合阻燃材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为5-10:2-5混合,然后加入含磷阻燃剂,混合,在100-120℃条件下超声分散1-2h,再于50-60℃条件下干燥1-2h;
(2)将聚丙烯树脂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂和步骤(1)所得物混匀,经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料。
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