CN109988355A - 一种绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料及其制备方法，该聚烯烃包括以质量份配比的聚烯烃树脂100份、改性负载阻燃剂的多孔矿物粉体20～100份、相容剂和/或抗氧剂0～10份。该聚烯烃所用的阻燃剂负载于多孔矿物粉体中，且阻燃剂颗粒粒径达到了纳米级，在聚烯烃基材中分散性好，采用少量阻燃剂即可达到理想的阻燃抑烟效果，降低了阻燃剂用量；改性负载阻燃剂的多孔矿物粉体与高分子材料的相容性好，对聚烯烃材料的增强作用明显。其制备方法包括活化多孔矿物粉体的制备、负载阻燃剂的多孔矿物粉体的制备、负载阻燃剂的多孔矿物粉体的表面改性和阻燃抑烟增强聚烯烃的制备，操作简单，实用性强，便于该聚烯烃材料的工业化生产和应用。

Description

一种绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及阻燃抑烟高分子材料技术领域，具体涉及一种绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料及其制备方法。
背景技术
聚烯烃(PO)材料是目前用量最大的高分子材料，具有优异的加工性能和力学性能等优点，被广泛应用于日常生活和工业生产领域，如：农用薄膜、电线电缆、通讯、房屋建筑和航空制造业等。但由于聚烯烃分子结构中含有C、H等元素，导致聚烯烃极易燃烧，燃烧时发热量大，燃烧速度快，燃烧时间长，并且伴有熔滴，同时产生大量黑烟、CO和CO2气体，对人们的生命和财产造成了极大的威胁，从而严重限制了聚烯烃材料在阻燃抑烟级别要求较高领域中的应用。因此，制备阻燃型的复合材料尤为重要，开发低烟无毒的高效阻燃抑烟聚烯烃材料十分必要。
氢氧化铝(ATH)、氢氧化镁(MH)、硼酸锌(ZB)等化合物是集阻燃、抑烟、抗熔滴和促成炭等功能于一体的、无毒无害的无机阻燃剂，也是目前使用最普遍的阻燃剂。但是它们作为阻燃剂使用时存在如下缺点，其中ATH和MH的缺点更加明显：(1)表面能大，在聚合物基体中易团聚，分散不均匀；(2)与聚合物基体相容性差，降低了聚合物材料的机械性能；(3)阻燃抑烟效率低，要使聚合物材料达到理想的阻燃抑烟级别，阻燃剂的添加量需要达到60wt％以上，从而严重损害了聚合物材料的加工性能和使用性能。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有技术中存在的缺陷，提供一种绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料及其制备方法，一方面该聚烯烃所用的阻燃剂负载于多孔矿物粉体中，且阻燃剂颗粒粒径达到了纳米级，在聚烯烃基材中分散性好，只要采用少量阻燃剂即可达到理想的阻燃抑烟效果，降低了阻燃剂的使用量；另一方面负载阻燃剂的多孔矿物粉体经表面改性后与高分子材料的相容性好，对聚烯烃材料的增强作用明显。该发明提供的聚烯烃材料的制备方法简单，实用性强，便于该聚烯烃材料的工业化生产和应用。
为实现上述目的，本发明的技术方案是设计一种绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料，包括以质量份配比的聚烯烃树脂100份、改性负载阻燃剂的多孔矿物粉体20～100份、相容剂和/或抗氧剂0～10份。
优选的技术方案是，所述聚烯烃树脂为热塑性树脂。
进一步优选的技术方案还有，所述热塑性树脂为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-辛烯共聚物(POE)、聚1-丁烯(PB)、聚异丁烯(PIB)、聚4-甲基-1-戊烯(PMP)中的一种或几种。
为了便于该绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料的生产和应用，现提出一种绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料的制备方法，制备上述绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料，包括如下步骤：
(一)活化多孔矿物粉体的制备
S1：制备初级多孔矿物粉体，将多孔矿物原料加入球磨机中进行研磨，球磨机转速为300～500rpm，球磨时间为1～3h，过筛，得粒径为100～300目的初级多孔矿物粉体；
S2：制备热活化多孔矿物粉体粗产品，将所述步骤S1中制备的初级多孔矿物粉体置于马弗炉中进行焙烧，焙烧温度为200～600℃，焙烧时间为1～4h，得热活化多孔矿物粉体粗产品；
S3：制备酸活化多孔矿物粉体成品，启动搅拌器，将所述步骤S2中制备的热活化多孔矿物粉体粗产品置于盛有足量浓度为0.1～8mol/L无机酸溶液的活化反应釜中，控制温度为30～95℃，搅拌2～8h，并依次经抽滤、去离子水洗涤至中性和烘干，得酸活化多孔矿物粉体成品；
(二)负载阻燃剂的多孔矿物粉体的制备，通过原位沉淀法将阻燃剂负载至所述步骤(一)S3中制备的酸活化多孔矿物粉体成品上，得负载阻燃剂的多孔矿物粉体，其中负载阻燃剂的多孔矿物粉体中阻燃剂与酸活化多孔矿物粉体的质量比为0.1～1∶1；
(三)负载阻燃剂的多孔矿物粉体的表面改性，启动搅拌桨，将步骤(二)制备的负载阻燃剂的多孔矿物粉体置于盛有足量改性剂溶液的改性反应釜中，控制温度为50～95℃，搅拌1～3h，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干至恒重和研磨，得改性负载阻燃剂的多孔矿物粉体，其中烘干温度为70～100℃；
(四)阻燃抑烟增强聚烯烃的制备，按照上述的质量份配比，分别将聚烯烃树脂100份、改性负载阻燃剂的多孔矿物粉体20～100份、相容剂和/或抗氧剂0～10份加入高混机中，并在70～90℃温度下高速混合3～15min，依次经挤出、注塑或热压，得阻燃抑烟增强聚烯烃成品。
进一步优选的技术方案还有，所述步骤(一)S1中的多孔矿物原料为膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、凹凸棒土、硅藻土、海泡石、蒙脱土、膨润土、高岭土、堇青石、莫来石、沸石或火山石中的一种，所述步骤(一)S3中的无机酸为盐酸、硫酸、磷酸或硝酸中的一种，所述步骤(二)中的阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁或硼酸锌中的一种或几种。
进一步优选的技术方案还有，所述步骤(二)中的阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁，所述步骤(二)的具体操作包括：将氯化铝或氯化镁配制成一定浓度的水溶液；将所述步骤(一)S3中制备的酸活化多孔矿物粉体成品配制成酸活化多孔矿物粉体悬浮液；在常温搅拌状态下，将氯化铝或氯化镁水溶液缓慢滴加至酸活化多孔矿物粉体悬浮液中，常温搅拌0.5～2h，使Al3+或Mg2+充分吸附于酸活化多孔矿物粉体的孔隙内或表面上；在常温搅拌状态下，将一定浓度的氢氧化钠溶液或氨水缓慢滴加至酸活化多孔矿物粉体悬浮液中，并使悬浮液呈碱性，常温搅拌10min，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干和研磨，得负载阻燃剂的多孔矿物粉体。
进一步优选的技术方案还有，所述步骤(二)中的阻燃剂为硼酸锌，所述步骤(二)的具体操作包括：将摩尔比为1∶1的硝酸锌和硼砂分别配制成一定浓度的硝酸锌水溶液和硼砂水溶液；将所述步骤(一)S3中制备的酸活化多孔矿物粉体成品配制成酸活化多孔矿物粉体悬浮液；在常温搅拌状态下，将硝酸锌水溶液缓慢滴加至酸活化多孔矿物粉体悬浮液中，常温搅拌0.5～2h，使Zn2+充分吸附于活性多孔矿物粉体的孔隙内或表面上；将酸活化多孔矿物粉体悬浮液加热至60～95℃，在搅拌状态下，将硼砂水溶液缓慢滴加至酸活化多孔矿物粉体悬浮液中，搅拌2～5h，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干和研磨，得负载阻燃剂的多孔矿物粉体。
优选的技术方案还有，所述步骤(三)中的改性剂溶液为偶联剂或阴离子表面活性剂的水溶液或乙醇溶液，其中偶联剂或阴离子表面活性剂的用量为负载阻燃剂的多孔矿物粉体质量的0.1～8wt％；所述步骤(三)中的改性负载阻燃剂的多孔矿物粉体中所负载的阻燃剂颗粒的粒径<100nm；所述步骤(四)中相容剂为聚烯烃基材对应的马来酸酐接枝物。
进一步优选的技术方案还有，所述步骤(三)中偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或几种，所述阴离子表面活性剂为硬脂酸、硬脂酸钠、油酸钠、十二烷基苯磺酸及其钠盐或二十二烷酸钠中的一种或几种。
进一步优选的技术方案还有，所述步骤(四)中相容剂为PE-g-MAH或PP-g-MAH。
本发明的优点和有益效果在于：
1、本发明绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料中的阻燃剂负载于活化的多孔矿物微粒孔隙内和表面上，且通过原位沉淀法负载于多孔矿物粉体上的阻燃剂的粒径为纳米级，这不仅保证了阻燃剂在聚烯烃中的分散具有良好的均匀性和稳定性，而且提高了阻燃剂的阻燃抑烟效率。因此，只要向聚烯烃中添加少量的负载阻燃剂的多孔矿物粉体，即可实现理想的阻燃抑烟效果。
2、本发明改性负载阻燃剂的多孔矿物粉体与聚烯烃高分子材料的相容性好，对聚烯烃高分子材料的增强作用明显。
3、本发明负载阻燃剂的多孔矿物本身无毒，其用于制备的绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料在燃烧过程中无有害物质析出，符合绿色环保和安全要求。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明一种绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料的制备方法中，步骤(一)、步骤(二)和步骤(三)所述的负载阻燃剂的多孔矿物粉体的制备方法不仅仅局限于本发明聚烯烃材料所用阻燃剂的制备，该阻燃剂的制备方法同样适用于其他高分子材料中所用阻燃剂的制备。
实施例1
采用本发明方法制备阻燃抑烟高密度聚乙烯，包括如下操作步骤：
(一)活化膨胀蛭石粉体的制备
S1：制备初级膨胀蛭石粉体，将膨胀蛭石(EVMT)加入球磨机中进行研磨，球磨机转速为300～500rpm，球磨时间为2.5h，用200目的标准筛过筛，得初级膨胀蛭石粉体；
S2：制备热活化膨胀蛭石粉体粗产品，将所述步骤S1中制备的初级膨胀蛭石粉体置于马弗炉中进行焙烧，焙烧温度为550℃，焙烧时间为2h，冷却至常温，得热活化膨胀蛭石粉体粗产品；
S3：制备酸活化膨胀蛭石粉体成品，启动搅拌器，将所述步骤S2中制备的热活化膨胀蛭石粉体粗产品置于盛有足量浓度为2.5mol/L硫酸溶液的活化反应釜中，其中热活化膨胀蛭石粉体粗产品与硫酸溶液的质量比为1∶5，控制温度为90℃，搅拌3h，并依次经抽滤、去离子水洗涤至中性和烘干，得酸活化膨胀蛭石粉体成品；
(二)负载阻燃剂的膨胀蛭石粉体的制备，所述阻燃剂为氢氧化镁，将氯化镁82g配制成一定浓度的氯化镁水溶液；将所述步骤(一)S3中制备的酸活化膨胀蛭石粉体成品50g配制成酸活化膨胀蛭石粉体悬浮液；在常温搅拌状态下，将氯化镁水溶液缓慢滴加至酸活化膨胀蛭石粉体悬浮液中，常温搅拌1h，得吸附有Mg2+的膨胀蛭石粉体悬浮液；在常温搅拌状态下，将一定浓度的氢氧化钠溶液(氢氧化钠共计73g)缓慢滴加至吸附有Mg2+的膨胀蛭石粉体悬浮液中，悬浮液呈碱性，常温搅拌10min，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干和研磨，得负载氢氧化镁的膨胀蛭石粉体，其中氢氧化镁与膨胀蛭石的质量比约为1∶1；
(三)负载阻燃剂的膨胀蛭石粉体的表面改性，启动搅拌桨，向改性反应釜中加入硅烷偶联剂(KH560)3g和260ml去离子水，待完全溶解后，将上述负载氢氧化镁的膨胀蛭石粉体100g，加入改性反应釜中，控制温度为90℃，搅拌2h，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干至恒重和研磨，得改性负载氢氧化镁的膨胀蛭石粉体，其中烘干温度为100℃，硅烷偶联剂的用量为负载氢氧化镁的膨胀蛭石粉体质量的3wt％；
(四)阻燃抑烟高密度聚乙烯的制备，按上述的质量份配比，分别将高密度聚乙烯树脂100份、改性负载氢氧化镁的膨胀蛭石粉体65份和抗氧剂1010 1.5份加入高混机中，并在90℃温度下高速混合15min，依次经挤出造粒、注塑成型，得阻燃抑烟高密度聚乙烯成品。
阻燃抑烟高密度聚乙烯成品的拉伸强度为31.2MPa，弯曲强度为26.3MPa，极限氧指数(LOI)为32％，无熔滴，无烟尘，阻燃等级达到UL94标准的V-0级别。
实施例2
采用本发明方法制备阻燃抑烟低密度聚乙烯，包括如下操作步骤：
(一)活化凹凸棒土粉体的制备
S1：制备初级凹凸棒土粉体，将凹凸棒土(APT)加入球磨机中进行研磨，球磨机转速为300～500rpm，球磨时间为2.5h，用200目的标准筛过筛，得初级凹凸棒土粉体；
S2：制备热活化凹凸棒土粉体粗产品，将所述步骤S1中制备的初级凹凸棒土粉体置于马弗炉中进行焙烧，焙烧温度为350℃，焙烧时间为2.5h，冷却至常温，得热活化凹凸棒土粉体粗产品；
S3：制备酸活化凹凸棒土粉体成品，启动搅拌器，将所述步骤S2中制备的热活化凹凸棒土粉体粗产品置于盛有足量浓度为2.0mol/L盐酸溶液的活化反应釜中，其中热活化凹凸棒土粉体粗产品与盐酸溶液的质量比为1∶5，搅拌加热回流2h，并依次经抽滤、去离子水洗涤至中性和烘干，得酸活化凹凸棒土粉体成品；
(二)负载阻燃剂的凹凸棒土粉体的制备，阻燃剂为氢氧化铝，将氯化铝86g配制成一定浓度的氯化铝水溶液；将所述步骤(一)S3中制备的酸活化凹凸棒土粉体成品50g配制成酸活化凹凸棒土粉体悬浮液；在常温搅拌状态下，将氯化铝水溶液缓慢滴加至酸活化凹凸棒土粉体悬浮液中，常温搅拌1h，得吸附有Al3+的凹凸棒土粉体悬浮液；在常温搅拌状态下，将一定浓度的氢氧化钠溶液(氢氧化钠共计82g)缓慢滴加至吸附有Al3+的凹凸棒土粉体悬浮液中，悬浮液呈碱性，常温搅拌10min，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干和研磨，得负载氢氧化铝的凹凸棒土粉体，其中氢氧化铝与凹凸棒土的质量比约为1∶1；
(三)负载阻燃剂的凹凸棒土粉体的表面改性，启动搅拌桨，向改性反应釜中加入钛酸酯偶联剂(HY-201)2.5g和260ml无水乙醇，待完全溶解后，将上述负载氢氧化铝的凹凸棒土粉体100g加入改性反应釜中，控制温度为70℃，搅拌2h，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干至恒重和研磨，得改性负载氢氧化铝的凹凸棒土粉体，其中烘干温度为85℃，钛酸酯偶联剂的用量为负载氢氧化铝的凹凸棒土粉体质量的2.5wt％；
(四)阻燃抑烟低密度聚乙烯(LDPE)的制备，按上述的质量份配比，分别将低密度聚乙烯树脂100份、改性负载氢氧化铝的凹凸棒土粉体70份和抗氧剂1010 1.5份加入高混机中，并在80℃温度下高速混合10min，依次经挤出造粒、注塑成型，得阻燃抑烟低密度聚乙烯成品。
阻燃抑烟低密度聚乙烯成品的拉伸强度为18.5MPa，弯曲强度为14.6MPa，极限氧指数(LOI)为31％，无熔滴，无烟尘，阻燃等级达到UL94标准的V-0级别。
实施例3
采用本发明方法制备阻燃抑烟聚丙烯，包括如下操作步骤：
(一)活化海泡石粉体的制备
S1：制备初级海泡石粉体，将海泡石(SEP)加入球磨机中进行研磨，球磨机转速为300～500rpm，球磨时间为3h，用200目的标准筛过筛，得初级海泡石粉体；
S2：制备热活化海泡石粉体粗产品，将所述步骤S1中制备的初级海泡石粉体置于马弗炉中进行焙烧，焙烧温度为300℃，焙烧时间为3h，冷却至常温，得热活化海泡石粉体粗产品；
S3：制备酸活化海泡石粉体成品，启动搅拌器，将所述步骤S2中制备的热活化海泡石粉体粗产品置于盛有足量浓度为2.0mol/L硫酸溶液的活化反应釜中，其中热活化海泡石粉体粗产品与硫酸溶液的质量比为1∶5，控制温度为85℃，搅拌3h，并依次经抽滤、去离子水洗涤至中性和烘干，得酸活化海泡石粉体成品；
(二)负载阻燃剂的海泡石粉体的制备，阻燃剂为硼酸锌，按等摩尔比分别称取硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)45g和硼砂(Na2B4O7·10H2O)58g分别溶解于去离子水中形成硝酸锌水溶液和硼砂水溶液；将所述步骤(一)S3中制备的酸活化海泡石粉体成品50g配制成酸活化海泡石粉体悬浮液；在常温搅拌状态下，将硝酸锌水溶液缓慢滴加至酸活化海泡石粉体悬浮液中，常温搅拌1.5h，得吸附有Zn2+的海泡石粉体悬浮液；将吸附有Zn2+的海泡石粉体悬浮液升温至85℃，在搅拌速度恒定为300rmp状态下，将硼砂水溶液缓慢滴加至吸附有Zn2+的海泡石粉体悬浮液中，搅拌3h，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干和研磨，得负载硼酸锌的海泡石粉体，其中硼酸锌与海泡石的质量比约为1∶2；
(三)负载阻燃剂的海泡石粉体的表面改性，启动搅拌桨，向改性反应釜中加入硅烷偶联剂(KH560)1.2g和150ml无水乙醇，待完全溶解后，将上述负载硼酸锌的海泡石粉体60g加入改性反应釜中，加热回流搅拌2h，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干至恒重和研磨，得改性负载硼酸锌的海泡石粉体，其中烘干温度为85℃，硅烷偶联剂的用量为负载氢氧化镁的海泡石粉体质量的2.0wt％；
(四)阻燃抑烟聚丙烯的制备，按上述的质量份配比，分别将高聚丙烯树脂100份、改性负载硼酸锌的海泡石粉体54份、抗氧剂10101.5份和聚丙烯接枝马来酸酐(相容剂PP-g-MAH)2份加入高混机中，并在90℃温度下高速混合10min，依次经挤出造粒、热压成型，得阻燃抑烟聚丙烯成品。
阻燃抑烟聚丙烯成品的拉伸强度为41.2MPa，弯曲强度为43.7MPa，极限氧指数(LOI)为34％，无熔滴，无烟尘，阻燃等级达到UL94标准的V-0级别。
实施例4
采用本发明方法制备阻燃抑烟高密度聚乙烯，包括如下操作步骤：
(一)活化膨胀蛭石粉体的制备
S1：制备初级膨胀蛭石粉体，将膨胀蛭石(EVMT)加入球磨机中进行研磨，球磨机转速为300～500rpm，球磨时间为2.5h，用200目的标准筛过筛，得初级膨胀蛭石粉体；
S2：制备热活化膨胀蛭石粉体粗产品，将所述步骤S1中制备的初级膨胀蛭石粉体置于马弗炉中进行焙烧，焙烧温度为550℃，焙烧时间为2h，冷却至常温，得热活化膨胀蛭石粉体粗产品；
S3：制备酸活化膨胀蛭石粉体成品，启动搅拌器，将所述步骤S2中制备的热活化膨胀蛭石粉体粗产品置于盛有足量浓度为2.5mol/L硫酸溶液的活化反应釜中，其中热活化膨胀蛭石粉体粗产品与硫酸溶液的质量比为1∶5，控制温度为90℃，搅拌3h，并依次经抽滤、去离子水洗涤至中性和烘干，得酸活化膨胀蛭石粉体成品；
(二)负载阻燃剂的膨胀蛭石粉体的制备，阻燃剂为氢氧化镁和硼酸锌，将氯化镁82g配制成一定浓度的氯化镁水溶液；将所述步骤(一)S3中制备的酸活化膨胀蛭石粉体成品50g配制成酸活化膨胀蛭石粉体悬浮液；在常温搅拌状态下，将氯化镁水溶液缓慢滴加至酸活化膨胀蛭石粉体悬浮液中，常温搅拌1h，得吸附有Mg2+的膨胀蛭石粉体悬浮液；在常温搅拌状态下，将一定浓度的氢氧化钠溶液(氢氧化钠共计73g)缓慢滴加至吸附有Mg2+的膨胀蛭石粉体悬浮液中，悬浮液呈碱性，常温搅拌10min，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干和研磨，得负载氢氧化镁的膨胀蛭石粉体，其中氢氧化镁与膨胀蛭石的质量比约为1∶1；
按等摩尔比分别称取硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)45g和硼砂(Na2B4O7·10H2O)58g分别溶解于去离子水中形成硝酸锌水溶液和硼砂水溶液；将所述步骤(一)S3中制备的酸活化膨胀蛭石粉体50g配制成酸活化膨胀蛭石粉体悬浮液；在常温搅拌状态下，将硝酸锌水溶液缓慢滴加至酸活化膨胀蛭石粉体悬浮液中，常温搅拌1h，得吸附有Zn2+的热活化膨胀蛭石粉体悬浮液；将吸附有Zn2+的热活化膨胀蛭石粉体悬浮液升温至85℃，在搅拌速度恒定为300rmp状态下，将硼砂水溶液缓慢滴加至吸附有Zn2+的热活化膨胀蛭石粉体悬浮液中，搅拌3h，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干和研磨，得负载硼酸锌的膨胀蛭石粉体，其中硼酸锌与膨胀蛭石粉体的质量比约为1∶2；
(三)负载阻燃剂的膨胀蛭石粉体的表面改性，启动搅拌桨，向改性反应釜中加入硅烷偶联剂(KH560)1.5g和200ml无水乙醇，待完全溶解后，将上述负载氢氧化镁的膨胀蛭石粉体40g和负载硼酸锌的膨胀蛭石粉体20g分别加入改性反应釜中，加热回流搅拌2h，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干至恒重和研磨，得改性负载氢氧化镁的膨胀蛭石粉体和改性负载硼酸锌的膨胀蛭石粉体混合物，其中烘干温度为85℃，硅烷偶联剂的用量为负载氢氧化镁的膨胀蛭石粉体和负载硼酸锌的膨胀蛭石粉体混合物质量的2.5wt％；
(四)阻燃抑烟高密度聚乙烯的制备，按上述的质量份配比，分别将高密度聚乙烯树脂100份、改性负载氢氧化镁的膨胀蛭石粉体和改性负载硼酸锌的膨胀蛭石粉体混合物60份和抗氧剂1010 1.5份加入高混机中，并在90℃温度下高速混合15min，依次经挤出造粒、注塑成型，得阻燃抑烟高密度聚乙烯成品。
阻燃抑烟高密度聚乙烯成品的拉伸强度为34.7MPa，弯曲强度为27.2MPa，极限氧指数(LOI)为33％，无熔滴，无烟尘，阻燃等级达到UL94标准的V-0级别。
实施例5
采用本发明方法制备阻燃抑烟低密度聚乙烯，包括如下操作步骤：
(一)活化凹凸棒土粉体的制备
S1：制备初级凹凸棒土粉体，将凹凸棒土(APT)加入球磨机中进行研磨，球磨机转速为300～500rpm，球磨时间为2.5h，用200目的标准筛过筛，得初级凹凸棒土粉体；
S2：制备热活化凹凸棒土粉体粗产品，将所述步骤S1中制备的初级凹凸棒土粉体置于马弗炉中进行焙烧，焙烧温度为350℃，焙烧时间为2.5h，冷却至常温，得热活化凹凸棒土粉体粗产品；
S3：制备酸活化凹凸棒土粉体成品，启动搅拌器，将所述步骤S2中制备的热活化凹凸棒土粉体粗产品置于盛有足量浓度为2.0mol/L盐酸溶液的活化反应釜中，其中热活化凹凸棒土粉体粗产品与盐酸溶液的质量比为1∶5，加热回流搅拌2h，并依次经抽滤、去离子水洗涤至中性和烘干，得酸活化凹凸棒土粉体成品；
(二)负载阻燃剂的凹凸棒土粉体的制备，阻燃剂为氢氧化铝和硼酸锌，将氯化铝86g配制成一定浓度的氯化铝水溶液；将所述步骤(一)S3中制备的酸活化凹凸棒土粉体成品50g配制成酸活化凹凸棒土粉体悬浮液；在常温搅拌状态下，将氯化铝水溶液缓慢滴加至酸活化凹凸棒土粉体悬浮液中，常温搅拌1h，得吸附有Al3+的凹凸棒土粉体悬浮液；在常温搅拌状态下，将一定浓度的氢氧化钠溶液(氢氧化钠共计82g)缓慢滴加至吸附有Al3+的凹凸棒土粉体悬浮液中，悬浮液呈碱性，常温搅拌10min，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干和研磨，得负载氢氧化铝的凹凸棒土粉体，其中氢氧化铝与凹凸棒土的质量比约为1∶1；
按等摩尔比分别称取硝酸锌(Zn(NO3)2·6H2O)45g和硼砂(Na2B4O7·10H2O)58g分别溶解于去离子水中形成硝酸锌水溶液和硼砂水溶液；将所述步骤(一)S3中制备的酸活化凹凸棒土粉体成品50g配制成酸活化凹凸棒土粉体悬浮液；在常温搅拌状态下，将硝酸锌水溶液缓慢滴加至酸活化凹凸棒土粉体悬浮液中，常温搅拌1h，得吸附有Zn2+的酸活化凹凸棒土粉体悬浮液；将吸附有Zn2+的酸活化凹凸棒土粉体悬浮液升温至85℃，在搅拌速度恒定为300rmp状态下，将硼砂水溶液缓慢滴加至吸附有Zn2+的酸活化凹凸棒土粉体悬浮液中，搅拌3h，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干和研磨，得负载硼酸锌的凹凸棒土粉体，其中硼酸锌与凹凸棒土粉体的质量比约为1∶2；
(三)负载阻燃剂的凹凸棒土粉体的表面改性，启动搅拌桨，向改性反应釜中加入十二烷基苯磺酸钠3.5g和200ml去离子水，待完全溶解后，将上述负载氢氧化铝的凹凸棒土粉体50g和负载硼酸锌的凹凸棒土粉体25g分别加入改性反应釜中，控制温度为80℃，搅拌2h，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干至恒重和研磨，得改性负载氢氧化铝的凹凸棒土粉体和负载硼酸锌的凹凸棒土粉体混合物，其中烘干温度为100℃，十二烷基苯磺酸钠的用量为改性负载氢氧化铝的凹凸棒土和负载硼酸锌的凹凸棒土混合粉体质量的4.7wt％；
(四)阻燃抑烟低密度聚乙烯(LDPE)的制备，按上述的质量份配比，分别将低密度聚乙烯树脂100份、改性负载氢氧化铝的凹凸棒土粉体和负载硼酸锌的凹凸棒土粉体混合物75份、抗氧剂1010 1.5份和聚乙烯接枝马来酸酐(相容剂PE-g-MAH)4份分别加入高混机中，并在80℃温度下高速混合12min，依次经挤出造粒、注塑成型，得阻燃抑烟低密度聚乙烯成品。
阻燃抑烟低密度聚乙烯成品的拉伸强度为19.3MPa，弯曲强度为15.5MPa，极限氧指数(LOI)为34％，无熔滴，无烟尘，阻燃等级达到UL94标准的V-0级别。
实施例1～5中的阻燃抑烟增强聚烯烃材料也可以根据使用性能适量添加其他助剂。
对比例1
对比例1与实施例1的区别在于，分别将高密度聚乙烯树脂100份、氢氧化镁粉体60份和抗氧剂1010 1.5份加入高混机中，并在90℃温度下高速混合15min，依次经挤出造粒、注塑成型，得阻燃抑烟高密度聚乙烯成品，阻燃抑烟高密度聚乙烯成品的拉伸强度为12.7Mpa，弯曲强度为9.4Mpa，极限氧指数(LOI)为20％，有熔滴，黑烟量较大，不阻燃。
对比例2
对比例2与实施例2的区别在于，分别将低密度聚乙烯树脂100份、氢氧化铝粉体70份和抗氧剂1010 1.5份加入高混机中，并在80℃温度下高速混合10min，依次经挤出造粒、注塑成型，得阻燃抑烟低密度聚乙烯成品，阻燃抑烟低密度聚乙烯成品的拉伸强度为6.5Mpa，弯曲强度为5.2Mpa，极限氧指数(LOI)为19％，有熔滴，有少量黑烟，不阻燃。
对比例3
对比例3与实施例3的区别在于，分别将高聚丙烯树脂100份、氢氧化铝粉体50份、硼酸锌粉体10份和抗氧剂10101.5份加入高混机中，并在90℃温度下高速混合10min，依次经挤出造粒、热压成型，得阻燃抑烟聚丙烯成品，阻燃抑烟聚丙烯成品的拉伸强度为23.4Mpa，弯曲强度为26.2Mpa，极限氧指数(LOI)为22％，有熔滴，有少量黑烟，不阻燃。
表1实施例1～5和对比例1～3中阻燃抑烟聚烯烃的各项性能指标
实验结果表明：实施例1～5采用本发明方法生产的阻燃抑烟聚烯烃材料的拉伸强度、弯曲强度、极限氧指数(LOI)和燃烧情况均优于对比例1～3生产的聚烯烃材料，本发明方法制备的聚烯烃材料具有较好的阻燃抑烟效果，实现了发明目的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料，其特征在于，包括以质量份配比的聚烯烃树脂100份、改性负载阻燃剂的多孔矿物粉体20～100份、相容剂和/或抗氧剂0～10份。
2.如权利要求1所述的绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料，其特征在于，所述聚烯烃树脂为热塑性树脂。
3.如权利要求2所述的绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料，其特征在于，所述热塑性树脂为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EEA)、乙烯-辛烯共聚物(POE)、聚1-丁烯(PB)、聚异丁烯(PIB)、聚4-甲基-1-戊烯(PMP)中的一种或几种。
4.一种绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料的制备方法，其特征在于，制备如权利要求3所述的绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料，包括如下步骤：
(一)活化多孔矿物粉体的制备
S1：制备初级多孔矿物粉体，将多孔矿物原料加入球磨机中进行研磨，球磨机转速为300～500rpm，球磨时间为1～3h，过筛，得粒径为100～300目的初级多孔矿物粉体；
S2：制备热活化多孔矿物粉体粗产品，将所述步骤S1中制备的初级多孔矿物粉体置于马弗炉中进行焙烧，焙烧温度为200～600℃，焙烧时间为1～4h，得热活化多孔矿物粉体粗产品；
S3：制备酸活化多孔矿物粉体成品，启动搅拌器，将所述步骤S2中制备的热活化多孔矿物粉体粗产品置于盛有足量浓度为0.1～8mol/L无机酸溶液的活化反应釜中，控制温度为30～95℃，搅拌2～8h，并依次经抽滤、去离子水洗涤至中性和烘干，得酸活化多孔矿物粉体成品；
(二)负载阻燃剂的多孔矿物粉体的制备，通过原位沉淀法将阻燃剂负载至所述步骤(一)S3中制备的酸活化多孔矿物粉体成品上，得负载阻燃剂的多孔矿物粉体，其中负载阻燃剂的多孔矿物粉体中阻燃剂与酸活化多孔矿物粉体的质量比为0.1～1∶1；
(三)负载阻燃剂的多孔矿物粉体的表面改性，启动搅拌桨，将步骤(二)制备的负载阻燃剂的多孔矿物粉体置于盛有足量改性剂溶液的改性反应釜中，控制温度为50～95℃，搅拌1～3h，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干至恒重和研磨，得改性负载阻燃剂的多孔矿物粉体，其中烘干温度为70～100℃；
(四)阻燃抑烟增强聚烯烃的制备，按照权利要求1所述的质量份配比，分别将聚烯烃树脂100份、改性负载阻燃剂的多孔矿物粉体20～100份、相容剂和/或抗氧剂0～10份加入高混机中，并在70～90℃温度下高速混合3～15min，依次经挤出、注塑或热压，得阻燃抑烟增强聚烯烃成品。
5.如权利要求4所述的绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(一)S1中的多孔矿物原料为膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、凹凸棒土、硅藻土、海泡石、蒙脱土、膨润土、高岭土、堇青石、莫来石、沸石或火山石中的一种，所述步骤(一)S3中的无机酸为盐酸、硫酸、磷酸或硝酸中的一种，所述步骤(二)中的阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁或硼酸锌中的一种或几种。
6.如权利要求5所述的绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(二)中的阻燃剂为氢氧化铝或氢氧化镁，所述步骤(二)的具体操作包括：将氯化铝或氯化镁配制成一定浓度的水溶液；将所述步骤(一)S3中制备的酸活化多孔矿物粉体成品配制成酸活化多孔矿物粉体悬浮液；在常温搅拌状态下，将氯化铝或氯化镁水溶液缓慢滴加至酸活化多孔矿物粉体悬浮液中，常温搅拌0.5～2h，使Al3+或Mg2+充分吸附于酸活化多孔矿物粉体的孔隙内或表面上；在常温搅拌状态下，将一定浓度的氢氧化钠溶液或氨水缓慢滴加至酸活化多孔矿物粉体悬浮液中，并使悬浮液呈碱性，常温搅拌10min，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干和研磨，得负载阻燃剂的多孔矿物粉体。
7.如权利要求5所述的绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(二)中的阻燃剂为硼酸锌，所述步骤(二)的具体操作包括：将摩尔比为1∶1的硝酸锌和硼砂分别配制成一定浓度的硝酸锌水溶液和硼砂水溶液；将所述步骤(一)S3中制备的酸活化多孔矿物粉体成品配制成酸活化多孔矿物粉体悬浮液；在常温搅拌状态下，将硝酸锌水溶液缓慢滴加至酸活化多孔矿物粉体悬浮液中，常温搅拌0.5～2h，使Zn2+充分吸附于活性多孔矿物粉体的孔隙内或表面上；将酸活化多孔矿物粉体悬浮液加热至60～95℃，在搅拌状态下，将硼砂水溶液缓慢滴加至酸活化多孔矿物粉体悬浮液中，搅拌2～5h，依次经过滤、去离子水洗涤、烘干和研磨，得负载阻燃剂的多孔矿物粉体。
8.如权利要求6或7所述的绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(三)中的改性剂溶液为偶联剂或阴离子表面活性剂的水溶液或乙醇溶液，其中偶联剂或阴离子表面活性剂的用量为负载阻燃剂的多孔矿物粉体质量的0.1～8wt％；所述步骤(三)中的改性负载阻燃剂的多孔矿物粉体中所负载的阻燃剂颗粒的粒径<100nm；所述步骤(四)中相容剂为聚烯烃基材对应的马来酸酐接枝物。
9.如权利要求8所述的绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(三)中偶联剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中的一种或几种；所述阴离子表面活性剂为硬脂酸、硬脂酸钠、油酸钠、十二烷基苯磺酸及其钠盐或二十二烷酸钠中的一种或几种。
10.如权利要求9所述的绿色阻燃抑烟增强聚烯烃材料的制备方法，其特征在于，所述步骤(四)中相容剂为PE-g-MAH或PP-g-MAH。
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