CN108084546A - 一种阻燃低密度聚乙烯的阻燃剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种阻燃低密度聚乙烯阻燃剂的新配方。本发明的基本步骤是：首先对赤泥脱碱；然后将脱碱后的赤泥在400℃～800℃温度下进行焙烧，并将其粉碎到300～500目；取焙烧后的赤泥用钛酸酯偶联剂改性，得到改性赤泥；将改性赤泥、十溴二苯乙烷、三氧化二锑与低密度聚乙烯熔融共混，各成分的质量配比为：低密度聚乙烯∶改性赤泥∶三氧化二锑∶十溴二苯乙烷＝(75～88)∶(1～4)∶(2.75～5.25)∶(8.25～15.75)，所制备获得的低密度聚乙烯复合材料氧指数达到30.0％以上，垂直燃烧等级达到UL94 V‑0级。本发明的优点是阻燃剂总添加量较低，与单纯卤锑复配阻燃剂相比，制备的复合材料所需阻燃剂成本降低12％以上，并具有环保、高效的特点。

Description

一种阻燃低密度聚乙烯的阻燃剂
技术领域
本发明涉及低密度聚乙烯阻燃配方的设计、工业废渣的综合利用，是一种利用改性赤泥复配阻燃低密度聚乙烯的新配方。
背景技术
低密度聚乙烯(LDPE)用于注塑制品、食品包装材料、医疗器具、药品、吹塑中空成型制品等，在农业、包装、电子电气、机械、汽车和日用杂品等方面有广泛的应用。但由于聚乙烯由碳、氢两种元素组成，这种化学结构使其很容易燃烧，且释放大量烟气和有毒气体。聚乙烯的易燃性不仅限制了其应用，直接或间接引起的火灾数量也不计其数。火灾不仅会造成巨大的经济损失，更为严重的是，燃烧过程中释放的热量、烟气和有毒气体会危及人的宝贵生命。
赤泥亦称红泥(RM)，是从铝土矿中提炼氧化铝后排出的工业固体废物。一般含氧化铁量大，外观与赤色泥土相似，因而得名。每生产1吨氧化铝，一般附带产生1.0～2.0吨赤泥。中国作为世界第四大氧化铝生产国，每年排放的赤泥高达数百万吨。
为了较好的阻燃聚乙烯，人们想出了许多方法，如公开文献报道了一些相关的文献，经检索摘录如下：
①【题名】赤泥复配协同阻燃聚乙烯【作者】吴红应，李晓勇，杜建新等【机构】1.中国铝业有限公司河南分公司，2.北京理工大学材料科学与工程学院阻燃材料研究国家专业实验室【刊名】轻金属，2010，11【文摘】聚乙烯100，赤泥110，红磷15，硼酸锌20，氢氧化镁25，接枝PE12.5，垂直燃烧等级V-0，氧指数30.3％。
②【申请(专利)号】CN101624457A【名称】一种基于环保的赤泥复配协同阻燃聚乙烯【申请(专利权)人】北京理工大学。该方法是将赤泥粉碎研磨过400-1000目筛，与RP、ZB、乙烯-醋酸聚乙烯和接枝聚乙烯以及硅油熔融共混加工造粒，其中，聚乙烯30-35％，RM54-26％，协同阻燃剂10-21％，增溶剂5-14％，硅油1-4％。氧指数达30.3％，通过垂直燃烧等级UL-94V-0级。
③【题名】碱式碳酸镁阻燃低密度聚乙烯的性能研究【作者】张俊，胡珊，韩宏昌等【机构】中国地质大学材料科学与化学工程学院(武汉)【刊名】工程塑料应用，2011，08【文摘】采用改性剂对碱式碳酸镁进行表面改性，并将改性的碱式碳酸镁添加到低密度聚乙烯(LDPE)中，研究了碱式碳酸镁阻燃剂对LDPE性能的影响。结果表明，当阻燃剂的添加量为60％时，阻燃PE-LD的拉伸强度为18.1MPa，弯曲强度为18.9MPa，弯曲弹性模量为1067.9MPa，冲击强度为10.4kJ/m2，氧指数为35％。
④【题名】纳米蒙脱土/膨胀型阻燃剂协同阻燃线性低密度聚乙烯【作者】孟圆圆，公维光，郑柏存等【机构】1.华东理工大学体育新材料研发中心；2.华东理工大学化工学院【刊名】高分子材料科学与工程，2012，12【文摘】以膨胀型阻燃剂(IFR)和自制的有机蒙脱土(OMMT)协同阻燃剂对线型低密度聚乙烯(LLDPE)进行阻燃改性，研究了阻燃剂和协同阻燃剂对LLDPE燃烧性能、力学性能的影响。结果表明，OMMT的加入增强了LLDPE/IFR体系的阻燃性能和力学性能，且在一定程度上解决了体系燃烧时的熔滴和浓烟现象；当IFR用量为30份，有机蒙脱土用量为2％时，体系的极限氧指数达到25.2％，燃烧残余物形成致密的炭层。
⑤【题名】三氧化二锑协同十溴二苯乙烷阻燃LDPE研究【作者】罗才贵【机构】广西大学【硕士论文】，2012【文摘】当十溴二苯乙烷(DBDPE)和三氧化二梯(Sb2O3)的用量分别为18份和6份时，材料的氧指数达到28.1％，水平垂直燃烧等级为最高的HB级和V-0级。
从上述检索结果可知，通过不同阻燃剂的合理复配，可以较好的改善聚乙烯材料的阻燃性能。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效、环保、经济的方法来阻燃低密度聚乙烯。其特征是利用赤泥为原料，通过脱碱、焙烧、研磨及表面改性的方法，使其可与氧化锑(Sb2O3)和十溴二苯乙烷(DBDPE)复配达到低添加量高阻燃的特性。利用改性后赤泥可以提高材料的热分解温度和促进成炭，在三氧化二梯与十溴二苯乙烷产生捕捉自由基的同时，有效的保护了材料内部不受热量的侵袭，从而提高材料的热氧稳定性。
上述所说的赤泥是指在铝冶金生产过程中产生的工业废渣，其铁、钙、铝和硅含量较高，并且还含有多种其它元素，成分复杂。
本发明是这样实现的：
(1)用赤泥质量的3～8倍水调制矿浆，并加入赤泥质量10％～30％的草酸，在20℃～85℃下搅拌10min～60min，经过滤、洗涤，获得脱碱后的赤泥；
(2)将脱碱后的赤泥在400℃～800℃温度下进行焙烧30min～90min，得到焙烧后的赤泥，将其粉碎到300～500目；
(3)取焙烧后的赤泥用钛酸酯偶联剂改性，钛酸酯用量为赤泥质量的1％～3％，无水乙醇与赤泥液固比为1.5∶1～5∶1，在60℃～85℃下恒温搅拌40min～120min，得到改性赤泥；
(4)将改性赤泥、十溴二苯乙烷、三氧化二锑与低密度聚乙烯熔融共混，各成分的质量配比为：低密度聚乙烯∶改性赤泥∶三氧化二锑∶十溴二苯乙烷＝(75～88)∶(1～4)∶(2.75～5.25)∶(8.25～15.75)，所制备获得的低密度聚乙烯复合材料氧指数达到30.0％以上，垂直燃烧等级达到UL94V-0级。
本发明与已有的低密度聚乙烯阻燃剂配方相比，其突出的实质性特点和显著的进步是：
(1)阻燃剂总添加量较低，与单纯卤锑复配阻燃剂相比，制备的复合材料所需阻燃剂成本降低12％以上；
(2)添加本发明的阻燃剂后，低密度聚乙烯材料的燃烧等级达到了难燃级别并且通过UL94V-0燃烧等级，具有环保、高效的特点；
(3)资源化利用赤泥，减少了赤泥对环境的污染。
具体实施方式
实施例1
(1)用赤泥质量的3倍水调制矿浆，并加入赤泥质量20％的草酸，在20℃下搅拌60min，经过滤、洗涤，获得脱碱后的赤泥；
(2)将脱碱后的赤泥在400℃温度下进行焙烧90min，得到焙烧后的赤泥，将其粉碎到过300目筛；
(3)取焙烧后的赤泥用钛酸酯偶联剂改性，钛酸酯用量为赤泥质量的1％，无水乙醇与赤泥液固比为1.5∶1，在85℃下恒温搅拌40min，得到改性赤泥(Ti-MRM)。
(4)将改性赤泥、十溴二苯乙烷、三氧化二锑与低密度聚乙烯熔融共混，各成分的质量配比为：低密度聚乙烯∶改性赤泥∶三氧化二锑∶十溴二苯乙烷＝75∶4∶5.25∶15.75，所制备获得的低密度聚乙烯复合材料氧指数达到30.8％，垂直燃烧等级通过UL94V-0级。
实施例2
(1)用赤泥质量的8倍水调制矿浆，并加入赤泥质量10％的草酸，在60℃下搅拌40min，经过滤、洗涤，获得脱碱后的赤泥；
(2)将脱碱后的赤泥在800℃温度下进行焙烧30min，得到焙烧后的赤泥，将其粉碎到过500目筛；
(3)取焙烧后的赤泥用钛酸酯偶联剂改性，钛酸酯用量为赤泥质量的3％，无水乙醇与赤泥液固比为5∶1，在75℃下恒温搅拌60min，得到改性赤泥。
(4)将改性赤泥、十溴二苯乙烷、三氧化二锑与低密度聚乙烯熔融共混，各成分的质量配比为：低密度聚乙烯∶改性赤泥∶三氧化二锑∶十溴二苯乙烷＝84∶2∶3.5∶10.5，所制备获得的低密度聚乙烯复合材料氧指数达到31.2％，垂直燃烧等级通过UL94V-0级。
实施例3
(1)用赤泥质量的3倍水调制矿浆，并加入赤泥质量15％的草酸，在85℃下搅拌10min，经过滤、洗涤，获得脱碱后的赤泥；
(2)将脱碱后的赤泥在600℃温度下进行焙烧60min，得到焙烧后的赤泥，将其粉碎到过400目筛；
(3)取焙烧后的赤泥用钛酸酯偶联剂改性，钛酸酯用量为赤泥质量的2％，无水乙醇与赤泥液固比为2∶1，在60℃下恒温搅拌120min，得到改性赤泥。
(4)将改性赤泥、十溴二苯乙烷、三氧化二锑与低密度聚乙烯熔融共混，各成分的质量配比为：低密度聚乙烯∶改性赤泥∶三氧化二锑∶十溴二苯乙烷＝88∶1∶2.75∶8.25，所制备获得的低密度聚乙烯复合材料氧指数达到30.3％，垂直燃烧等级通过UL94V-0级。

Claims (2)

1.一种阻燃低密度聚乙烯阻燃剂的配方及制备方法，其特征是将改性赤泥、十溴二苯乙烷、三氧化二锑与低密度聚乙烯熔融共混，各成分的质量配比为：低密度聚乙烯∶改性赤泥∶三氧化二锑∶十溴二苯乙烷＝(75～88)∶(1～4)∶(2.75～5.25)∶(8.25～15.75)，所制备获得的低密度聚乙烯复合材料氧指数达到30.0％以上，垂直燃烧等级达到UL94 V-0级。
2.根据权利要求1所述的配方，其制备改性赤泥步骤及条件如下：
(1)用赤泥质量的3～8倍水调制矿浆，并加入赤泥质量10％～20％的草酸，在20℃～85℃下搅拌10min～60min，经过滤、洗涤，获得脱碱后的赤泥；
(2)将脱碱后的赤泥在400℃～800℃温度下进行焙烧30min～90min，得到焙烧后的赤泥，将其粉碎到300～500目；
(3)取焙烧后的赤泥用钛酸酯偶联剂改性，钛酸酯用量为赤泥质量的1％～3％，无水乙醇与赤泥液固比为1.5∶1～5∶1，在60℃～85℃下恒温搅拌40min～120min，得到改性赤泥。
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