CN110819058B - 一种核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂abs复合材料 - Google Patents

一种核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂abs复合材料 Download PDF

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Abstract

一种核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，该材料由以下成分组成：丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯三元共聚物，50～75重量份；硬脂酸盐改性纳米凹凸棒土/氢氧化镁，15～34重量份；弹性体增韧剂，10～15重量份；和润滑剂，0～1重量份；其中，硬脂酸盐改性纳米凹凸棒土/氢氧化镁为核壳结构，内层为纳米凹凸棒土负载纳米氢氧化镁，外层为硬脂酸盐；凹凸棒土、氢氧化镁、硬脂酸盐的重量比为(2.5～5)∶(1～2.5)∶(0.01～0.1)。该材料在协同阻燃ABS的同时，改善ABS材料内在脆性，提高复合材料的抗冲击强度。

Description

一种核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料
技术领域
本发明涉及塑料材料及其制备领域，具体涉及一种具有阻燃性的ABS复合材料。
背景技术
改性塑料是科技含量高、涉及面广的一个新兴产业。丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(ABS)作为塑料材料中的重要一种，具有耐化学腐蚀性、耐热性、韧性、抗冲击性能和加工流动性等。被广泛应用于家用电器、机械配件、办公用品、电子器件、汽车工业等领域，如用于制造电子电器产品的面板、汽车内饰板等，但其最大缺点就是在空气中极易燃烧，氧指数仅为18.3-18.8％，限制了它的广泛使用，随着环保治理力度越来越大，含卤阻燃剂获得V-0级阻燃ABS的限制逐年增加；另外，市场上通过UV94 V-0级阻燃ABS产品基本没有，这是因为无卤阻燃ABS的抗冲击强度较低，影响了它的性能，根据已公开的文献获悉，对ABS阻燃研究大体可分为以下几种：
一、利用有阻燃性的单体与ABS进行共聚实现阻燃改性：在ABS合成过程中添加反应型阻燃剂单体参与聚合，如：加入15％双反丁烯二酸酯即可达到离火自熄的效果，但成本较高，推广使用受影响。
二、利用阻燃性的树脂制成合金进行阻燃改性：在ABS中加入具有一定阻燃性能的聚合物制得阻燃合金，如加入PVC，PC等，PVC的氧指数约为46％，PC的氧指数为27％，加入的聚合物既是阻燃剂，又可作为ABS的共混改性成分，能够降低其它阻燃剂对ABS造成的力学损失，缺点是热变形温度低，加工热稳定性差。
三、利用卤素化合物阻燃ABS：以氯和溴为代表的卤素化合物，阻燃效果较好如六氯环戊二烯，八溴联苯醚，但由于环保问题被逐步禁用。
四、利用含磷化合物阻燃ABS：有机磷化合物是一种可以取代含卤阻燃剂的无卤阻燃剂，和含卤阻燃剂相比，其燃烧时产生的毒性和烟更低，但对于非成炭性ABS，阻燃效果难以达到UV-94V-0级；同时，传统含量阻燃剂如TPP及其同类物的挥发温度较低，影响其使用。
五、利用膨胀体系材料阻燃ABS：10Wt％膨胀石墨与10Wt％的溴化阻燃剂阻燃ABS；还有利用聚磷酸铵和红磷作为膨胀体系对ABS进行阻燃等。
六、利用纳米复合材料阻燃ABS：通过直接熔融插层法将蒙脱土与ABS共混制得ABS/蒙脱土阻燃效果到达UV94 V-0级，但复合材料力学性能产生严重的影响，材料抗冲击强度低，需要对其增韧改性。
在ABS增韧改性方面，公开号为CN 101113225A的中国专利申请公开了一种运用玻璃纤维增强ABS复合材料及其制备方法，该技术方案虽能一定程度上提高ABS的性能，但玻璃纤维价格较高，且加工工艺中各组分的添加也较为复杂，且玻璃纤维添加至一定比例容易出现表面浮纤现象，从而导致复合材料的生产成本偏高以及性能下降；公开号为CN101475727A的中国专利申请公开了一种ABS/PMMA复合材料，该技术方案通过在ABS树脂加入PMMA和MBS来提高ABS/PMMA复合材料的表面硬度、拉伸强度和弯曲性能，并具有较高的光泽度，但是PMMA的价格很高，从而导致该ABS/PMMA复合材料的制备成本很高，不利于ABS/PMMA复合材料市场化推广和应用。
为了到达理想的效果，一方面需要添加一定量的阻燃剂，另一方面又不会降低ABS的力学性能，使两者平衡，因此，开展ABS阻燃增强研究刻不容缓。
发明内容
本发明的目的是提供一种核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，采用凹凸棒土固载氢氧化镁纳米材料并进行有机改性，形成复合结构疏水性纳米材料，并将该纳米材料与ABS熔融共混，可以协效阻燃并增强材料强度，通过该方法制备的凹凸棒土/氢氧化镁/ABS多元复合材料，具有阻燃性能好、抗冲击性能强等特点。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，该材料由以下成分组成：
Figure GDA0003802851840000021
其中，硬脂酸盐改性纳米凹凸棒土/氢氧化镁为核壳结构，内层为纳米凹凸棒土负载纳米氢氧化镁，外层为硬脂酸盐；凹凸棒土、氢氧化镁、硬脂酸盐的重量比为(2.5～5)∶(1～2.5)∶(0.01～0.1)。
如上所述的核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，优选地，所述凹凸棒土粒径在200nm以下，长径比在8-12。
如上所述的核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，优选地，所述硬酯酸盐为硬酯酸锌、硬酯酸镧、硬脂酸铝、硬酯酸镁、硬酯酸钙、硬酯酸钡、硬酯酸铈、硬酯酸铅中的至少一种。
如上所述的核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，优选地，所述氢氧化镁材料的粒径为5-150nm。
如上所述的核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，优选地，所述弹性体增韧剂为ABS高胶粉、丁二烯、三元乙丙橡胶、POE-G-MAH中的至少一种。
如上所述的核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，优选地，所述润滑剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酸酰胺、乙撑双-12-羟基硬脂酰胺、芥酸酰胺、高纯油酸酰胺、茶油油酸酰胺和动物油酸酰胺中的至少一种。
如上所述的核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，优选地，所述复合材料是采用以下方法制备的：
A.制备改性凹凸棒土/氢氧化镁阻燃材料
(1)凹凸棒土预处理：将粒径200nm以下的凹凸棒土加到10-25wt％的氢氧化钠溶液中，加热到30-50℃后保温搅拌1-3小时，降至室温后滤出溶液，加入70-100℃制备的醋酸钠饱和水溶液，缓慢搅拌降温到室温后，加入纯净水洗涤，干燥后得到预处理的纳米凹凸棒土材料。
(2)凹凸棒土/氢氧化镁有机改性：将步骤(1)预处理的纳米凹凸棒土加入到含有(5-12)wt％硬酯酸盐的无水乙醇中，再加入氢氧化镁；其中，凹凸棒土、氢氧化镁和硬酯酸盐三者质量比为(2.5-5)∶(1-2.5)∶(0.01-0.1)，常温下搅拌1-3小时；静置分层后过滤收集沉淀物，干燥后得到改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料；
B、制备改性凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
将步骤A获得的改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料加入到ABS粒料中，在预混机中混合搅拌5-15分钟后，继续加入增韧剂和润滑剂，搅拌5-10分钟，得到混合物料；其中，改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料、ABS粒料、增韧剂和润滑剂的重量比为(15～34)∶(50～75)∶(10～15)∶(0～1)；将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融共混后加压挤出，得到颗粒状或片状凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料。
如上所述的核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，优选地，所述步骤A中凹凸棒土与氢氧化钠溶液质量比为1∶(1-1.5)；凹凸棒土与醋酸钠水溶液质量比为1∶(1-1.5)。
如上所述的核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，优选地，所述步骤B的具体操作如下：将改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料加入到ABS粒料中，在预混机中混合搅拌5-15分钟后，继续加入增韧剂和润滑剂，搅拌5-10分钟，得到混合物料，将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融共混后加压挤出，其中混合物加热到180-240℃，机头温度200-240℃，注射压力控制在80～100MPa，双螺杆挤出机的转速为200-300转/分，双螺杆挤出机的螺杆长径比为(30-50)∶1。
本发明采用核壳结构改性纳米凹凸棒土/氢氧化镁作为复合阻燃增韧材料，其有益效果在于以下几个方面：
1.凹凸棒土固载氢氧化镁这种复合结构使材料具有较大的比热容，不但能够蓄热，还能够导热，从而使阻燃的ABS材料降低了热分解的温度。同时，凹凸棒土和氢氧化镁受热分解时释放出结合水，吸收大量的潜热，来降低它所填充的ABS材料在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用，分解生成的氧化镁、三氧化二铝作为氧化物隔离层，可以阻隔氧气，提高复合材料的抗火性能。实验结果表明，本发明核壳结构凹凸棒土/氢氧化镁复合填料的阻燃性能比单独使用其中一种阻燃剂均有提高。
2.凹凸棒土较好的长径比和丰富的内孔道，表面包覆一层氢氧化镁的凹凸棒土增强了凹凸棒土纤维材料的刚性，能较好吸收和分散冲击能量，改善了ABS材料内在的脆性。凹凸棒土/氢氧化镁复合结构有机改性后，材料表面极性降低，提高了凹凸棒土/氢氧化镁在ABS基体中的结合度和分散性。同时，阻燃材料为纳米级，也可提高材料在ABS基体中的结合度和分散性。实验结果表明，核壳结构凹凸棒土/氢氧化镁复合填料的抗冲击性能比单独使用其中一种或者分别添加两种有显著提高。
3.凹凸棒土作为非弹性体和弹性体增韧剂在ABS基体中起到了协同增韧的作用。
附图说明
图1：对比例2制备的MH/ABS一元阻燃复合材料极限氧指数曲线图。
图2：对比例3制备的未改性AT/MH/ABS阻燃复合材料极限氧指数曲线图。
图3：实施例1制备的改性AT/MH/ABS多元阻燃复合材料极限氧指数曲线图。
图4：实施例1制备的复合材料(样品1)与对比例3复合材料(样品5)和ABS的热降解对比TG曲线图。
图5：实施例1制备的样品1的透射电镜图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但并不意味着对本发明保护范围的限制。
以下实施例使用的部分原料来源如下：
ABS：宁波长海塑料化工有限公司。
凹凸棒土(AT)：盱眙欧佰特粘土材料有限公司产品。
氢氧化镁(MH)：HT-109山东泰星新材料股份有限公司。
增韧剂：ABS高胶粉HR181常州日之升中人国际贸易有限公司。
改性剂：硬酯酸盐 江西宏远化工
有限公司
润滑剂：乙撑双-12-羟基硬脂酰胺 上海海益环保科技有限公司产品。
实施例1：制备凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
A.制备改性凹凸棒土/氢氧化镁阻燃材料
(1)凹凸棒土预处理：将2.5Kg粒径30nm凹凸棒土加到等量15wt％氢氧化钠溶液中，加热到35℃后保温搅拌1小时，降至室温后滤出溶液，加入90℃制备的醋酸钠饱和水溶液2.5Kg，缓慢搅拌降温到室温后，纯净水洗涤3次，干燥后得到凹凸棒土纳米材料。
(2)凹凸棒土/氢氧化镁有机改性：取步骤(1)预处理的纳米凹凸棒土1.5kg加入到4.5kg含有硬酯酸镧的无水乙醇中(硬酯酸镧重量0.3kg)，再加入氢氧化镁1.2kg，常温下搅拌1.5小时；静置分层后过滤收集沉淀物，50℃干燥后，得到改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料，粒径为40～75纳米。
B、制备改性凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
将步骤A获得的改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料2kg加入到6.5KgABS粒料中，在预混机中混合搅拌10分钟后，加入1.1Kg增韧剂和6g润滑剂，搅拌8分钟，双螺杆挤出机中加热到230℃，熔融共混后加压挤出，机头温度220℃，注射压力控制在100MPa，双螺杆挤出机的转速为250转/分，得到颗粒状凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料(样品1)。
对样品1横截面进行透射电镜观察，如图5所示，从图中可以清楚地看出固载氢氧化镁的凹凸棒土纳米材料形貌为棒形，复合材料长度约为40nm，相邻两个复合纳米粒子之间的间距非常小。MH/AT纳米粒子嵌入在ABS基质中，分散比较均匀，形成网状结构。该结构使材料的抗冲击性能比单独使用氢氧化镁和凹凸棒土的其中一种或者分别添加两种有显著提高。
C.制备不同阻燃材料含量的凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
采用与步骤B同样的操作，只是将改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料的加入量改为0.35kg、0.65kg、0.98kg、1.3kg、1.65kg、2.28kg、2.6kg、2.9kg、3.25kg，得到颗粒状不同含量凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料批次样品。对上述制备的不同阻燃剂含量的凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料样品进行极限氧指数检测，含量-极限氧指数曲线见图3。
实施例2：制备凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
A.制备改性凹凸棒土/氢氧化镁阻燃材料
(1)凹凸棒土预处理：将2.5Kg粒径30nm凹凸棒土加到等量15wt％氢氧化钠溶液中，加热到35℃后保温搅拌1小时，降至室温后滤出溶液，加入95℃制备的醋酸钠饱和水溶液2.6Kg，缓慢搅拌降温到室温后，纯净水洗涤3次，干燥后得到凹凸棒土纳米材料。
(2)凹凸棒土/氢氧化镁有机改性：取步骤(1)预处理的纳米凹凸棒土1.5kg加入到3.4kg含有硬酯酸镧的无水乙醇中(硬酯酸镧重量0.25kg)，再加入氢氧化镁0.6kg，常温下搅拌1.5小时；静置分层后过滤收集沉淀物，45℃干燥后，得到改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料，粒径为40～75纳米。
B、制备改性凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
将步骤A获得的改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料2kg加入到7.5KgABS粒料中，在预混机中混合搅拌10分钟后，加入1.3Kg增韧剂和2g润滑剂，搅拌10分钟，双螺杆挤出机中加热到230℃，熔融共混后加压挤出，机头温度220℃，注射压力控制在100MPa，双螺杆挤出机的转速为250转/分，得到颗粒状凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料。
实施例3：制备凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
A.制备改性凹凸棒土/氢氧化镁阻燃材料
(1)凹凸棒土预处理：将2.5Kg粒径30nm凹凸棒土加到等量15wt％氢氧化钠溶液中，加热到35℃后保温搅拌1小时，降至室温后滤出溶液，加入90℃制备的醋酸钠饱和水溶液2.8Kg，缓慢搅拌降温到室温后，纯净水洗涤4次，干燥后得到凹凸棒土纳米材料。
(2)凹凸棒土/氢氧化镁有机改性：取步骤(1)预处理的纳米凹凸棒土1.5kg加入到4.8kg含有硬酯酸镧的无水乙醇中(硬酯酸镧重量0.4kg)，再加入氢氧化镁0.8kg，常温下搅拌1.5小时；静置分层后过滤收集沉淀物，50℃干燥后，得到改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料，粒径为40～75纳米。
B、制备改性凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
将步骤A获得的改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料2kg加入到6.0KgABS粒料中，在预混机中混合搅拌9分钟后，加入1.0Kg增韧剂和5g润滑剂，搅拌8分钟，双螺杆挤出机中加热到230℃，熔融共混后加压挤出，机头温度220℃，注射压力控制在100MPa，双螺杆挤出机的转速为250转/分，得到颗粒状凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料。
实施例4：制备凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
A.制备改性凹凸棒土/氢氧化镁阻燃材料
(1)凹凸棒土预处理：将2.5Kg粒径30nm凹凸棒土加到等量15wt％氢氧化钠溶液中，加热到40℃后保温搅拌1.5小时，降至室温后滤出溶液，加入100℃制备的醋酸钠饱和水溶液2.8Kg，缓慢搅拌降温到室温后，纯净水洗涤4次，干燥后得到凹凸棒土纳米材料，粒径为40～75纳米。
(2)凹凸棒土/氢氧化镁有机改性
取步骤(1)预处理的纳米凹凸棒土1.5kg加入到5kg含有硬酯酸镧的无水乙醇中(硬酯酸镧重量0.4kg)，再加入氢氧化镁1.3kg，常温下搅拌1小时；静置分层后过滤收集沉淀物，45℃干燥后，得到改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料。
B、制备改性凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
将步骤A获得的改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料2kg加入到5.5KgABS粒料中，在预混机中混合搅拌10分钟后，加入0.8Kg增韧剂和2g润滑剂，搅拌8分钟，双螺杆挤出机中加热到230℃，熔融共混后加压挤出，机头温度220℃，注射压力控制在100MPa，双螺杆挤出机的转速为250转/分，得到颗粒状凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料。
实施例5：制备凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
A.制备改性凹凸棒土/氢氧化镁阻燃材料
(1)凹凸棒土预处理：将2.5Kg粒径30nm凹凸棒土加到等量15wt％氢氧化钠溶液中，加热到40℃后保温搅拌1.5小时，降至室温后滤出溶液，加入85℃制备的醋酸钠饱和水溶液2.8Kg，缓慢搅拌降温到室温后，纯净水洗涤3次，干燥后得到凹凸棒土纳米材料。
(2)凹凸棒土/氢氧化镁有机改性
取步骤(1)预处理的纳米凹凸棒土1.5kg加入到4.0kg含有硬酯酸镧的无水乙醇中(硬酯酸镧重量0.35kg)，再加入氢氧化镁0.8kg，常温下搅拌1小时；静置分层后过滤收集沉淀物，50℃干燥后，得到改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料，粒径为40～75纳米。
B、制备改性凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
将步骤A获得的改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料2kg加入到7.0KgABS粒料中，在预混机中混合搅拌9分钟后，加入1.0Kg增韧剂和5g润滑剂，搅拌8分钟，双螺杆挤出机中加热到225℃，熔融共混后加压挤出，机头温度220℃，注射压力控制在95MPa，双螺杆挤出机的转速为250转/分，得到颗粒状凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料。
对比例1：制备凹凸棒土/ABS(AT/ABS)复合材料
取上述步骤处理的纳米凹凸棒土2.5kg加入到4.5kg含有硬酯酸镧的无水乙醇中(硬酯酸镧重量0.3kg)，常温下搅拌1.5小时；静置分层后过滤收集沉淀物，50℃干燥后，得到改性凹凸棒土纳米材料；
取改性凹凸棒土纳米材料2kg加入到6.5KgABS粒料中，在预混机中混合搅拌10分钟后，加入1.1Kg增韧剂和6g润滑剂，搅拌8分钟，双螺杆挤出机中加热到230℃，熔融共混后加压挤出，机头温度220℃，注射压力控制在100MPa，双螺杆挤出机的转速为250转/分，得到颗粒状凹凸棒土/ABS复合材料。
对比例2：制备氢氧化镁/ABS(MH/ABS)复合材料
A.制备改性氢氧化镁阻燃材料
取氢氧化镁2.5kg加入到4.5kg含有硬酯酸镧的无水乙醇中(硬酯酸镧重量0.3kg)，常温下搅拌1.5小时；静置分层后过滤收集沉淀物，50℃干燥后，得到改性氢氧化镁纳米材料。
B、制备改性氢氧化镁/ABS复合材料
取改性氢氧化镁纳米材料2kg加入到6.5KgABS粒料中，在预混机中混合搅拌10分钟后，加入1.1Kg增韧剂和6g润滑剂，搅拌8分钟，双螺杆挤出机中加热到230℃，熔融共混后加压挤出，机头温度220℃，注射压力控制在100MPa，双螺杆挤出机的转速为250转/分，得到颗粒状MH/ABS复合材料(样品3)。
C.制备不同阻燃材料含量的氢氧化镁/ABS复合材料
采用与步骤B同样的操作，只是将改性氢氧化镁纳米材料的加入量改为0.35kg、0.65kg、0.98kg、1.3kg、1.65kg、2.28kg、2.6kg、2.9kg、3.25kg、3.58kg和3.9kg，得到颗粒状不同氢氧化镁含量的氢氧化镁/ABS复合材料批次样品。对不同阻燃剂含量的氢氧化镁/ABS复合材料样品进行极限氧指数检测，含量-极限氧指数曲线见图1。
对比例3：制备凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
A.制备凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
取凹凸棒土纳米材料1.2kg和0.8kg氢氧化镁分别加入到6.5KgABS粒料中，在预混机中混合搅拌10分钟后，加入1.1Kg增韧剂和6g润滑剂，搅拌8分钟，双螺杆挤出机中加热到230℃，熔融共混后加压挤出，机头温度220℃，注射压力控制在100MPa，双螺杆挤出机的转速为250转/分，得到颗粒状凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料(样品5)。
B.制备不同凹凸棒土、氢氧化镁含量的凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
采用与步骤A同样的操作，只是将加入凹土棒土与氢氧化镁的总量改为0.325Kg、0.65Kg、0.975Kg、1.35Kg、1.625Kg、1.95Kg、2.275Kg、2.6Kg、2.925Kg、3.25Kg，其中凹凸棒土与氢氧化镁重量比为3∶2，得到不同凹凸棒土、氢氧化镁含量的颗粒状凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料。并对样品进行极限氧指数检测，含量-极限氧指数曲线见图2。
实施例6：有机改性凹凸棒土/氢氧化镁疏水性检测实验
取实施例1步骤(1)预处理的纳米凹凸棒土1.5kg加入到4.5kg含无水乙醇中(不含硬酯酸镧改性剂)，再加入氢氧化镁1.2kg，常温下搅拌1.5小时；静置分层后过滤收集沉淀物，50℃干燥后，得到未改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料。将其与实施例1改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料分别进行疏水性检测实验，检测步骤及方法：准确称量质量各为5g的改性AT/MH和未改性AT/MH，分别将其加入300ml蒸馏水的烧杯中，充分搅拌10分钟后静置1小时，发现改性AT/MH全部漂浮在水面，表面接触角约在135℃，表面极性较低，表现为疏水性；而未改性AT/MH沉在水底，接触角较小，表面湿润呈亲水性。
实施例7：阻燃性能检测实验
将实施例1-5和对比例1-3制备的ABS复合材料(颗粒)加入到注塑机中注塑成型，注塑区温度230℃，得到实验用样材，按实验要求剪切成所需样条，氧极限测试依照极限氧指数GB/T2406.2-2009进行测试，试样尺寸为125×6.5×3mm，氧极限指数是指材料在氧氮混合气体中进行有焰燃烧所需的最低氧浓度，氧指数高表示材料不易燃烧，正常氧指数＜22属于易燃材料，氧指数在22-27之间属于可燃材料，氧指数＞27属于难燃材料，选用苏州凯特尔仪器设备有限公司的K-R2406S数显氧指数测定仪，测试方法：试样垂直固定在向上流动的氧、氮混合气体的透明燃气筒里，点燃试样顶端，观察试样的燃烧特性，把试样连续燃烧时间或试样燃烧长度与给定的极限值相比较，通过在不同氧浓度下的一系列试验，测得维持燃烧时以氧气百分含量表示的最低氧浓度值；阻燃等级测试参照UL-94标准进行测试，试样尺寸为125×10×3mm，阻燃等级，即材料经处理后具有的明显推迟火焰蔓延的性质，并以此划分的等制度，选用浙江巨为仪器股份有限公司的UL94水平垂直燃烧试验仪，检测结果见表一。
表一实施例样品与对比例样品阻燃性能检测情况表
Figure GDA0003802851840000101
Figure GDA0003802851840000111
实施例8：ABS及复合材料热降解检测实验
实验选用德国耐驰公司TG209F3热重分析仪，将ABS、实施1的样品1和对比例3的样品5各取5mg，N2流量为50ml/min，分别以5℃/min，10℃/min，15℃/min，20℃/min的升温速率，由50℃升温至750℃。结果如图4和表二所示，对于纯ABS，失重5％的温度为395℃，失重10％的温度为405℃；而加入了改性AT/MH(实施例1)和未改性AT/MH(对比例3)的复合材料，失重5％和失重10％的温度均有所下降，这主要归结于AT和MH的提前分解。从TG曲线图上可以判断出，加入了改性AT/MH(实施例1)的复合材料热失重5％和10％所需温度更低；另一方面，纯ABS在500℃的残炭率为2.5％，几乎没有残余，而实施例1和对比例3的残炭率达到20％左右，残炭率的增加主要归结于AT和MH分解时产生的Al2O3、MgO为主的氧化物隔离层，通过测量残留物质的质量，分析聚合物阻燃性能，详见表二。
表二ABS及复合材料热降解情况表
Figure GDA0003802851840000112
实施例9：材料冲击性能检测实验
对实施例1-5和对比例1-3制备的ABS复合材料(颗粒)加入到注塑机中注塑成型，注塑区温度230℃，得到实验用样材，按实验要求剪切成所需样条，试样尺寸为80×8×4mm，检测步骤：制备的冲击片材试样固定在支座上，用已知能量的摆锤打击支撑成水平梁的试样，冲击线位于两支座的正中，由摆锤一次冲击使试样完全破坏(断裂成两段)，根据设定好的冲击能量(J)和冲击速度(2.9m/s)等数据，分别对冲击样条进行冲击强度(kJ/m2)性能实验，并将检测结果记录(见表三)。实验选用厦门金河源科技有限公司的JHY-5D数显简支梁冲击试验机，参照塑料简支梁冲击试验方法(GB/T 1049-93)国家标准。
表三实施例样品与对比例样品冲击性能测试情况表
Figure GDA0003802851840000121
从上述实验检测结果得知，本发明制造的ABS/AT/MH多元复合材料具有阻燃性能强、力学性能好等特点。

Claims (5)

1.一种核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，其特征在于，该材料由以下成分组成：
Figure FDA0003802851830000011
其中，硬脂酸盐改性纳米凹凸棒土/氢氧化镁为核壳结构，内层为纳米凹凸棒土负载纳米氢氧化镁，外层为硬脂酸盐；凹凸棒土、氢氧化镁、硬脂酸盐的重量比为(2.5～5)∶(1～2.5)∶(0.01～0.1)；
该纳米凹凸棒土粒径在200nm以下，长径比在8-12；
该硬酯酸盐为硬酯酸镧；
该氢氧化镁材料的粒径为5-150nm。
2.如权利要求1所述的核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，其特征在于，所述润滑剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酸酰胺、乙撑双-12-羟基硬脂酰胺、芥酸酰胺、高纯油酸酰胺、茶油油酸酰胺和动物油酸酰胺中的至少一种。
3.如权利要求1或2所述的核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，其特征在于，所述复合材料是采用以下方法制备的：
A.制备改性凹凸棒土/氢氧化镁阻燃材料
(1)凹凸棒土预处理：将粒径200nm以下的凹凸棒土加到10-25wt％的氢氧化钠溶液中，加热到30-50℃后保温搅拌1-3小时，降至室温后滤出溶液，加入70-100℃制备的醋酸钠饱和水溶液，缓慢搅拌降温到室温后，加入纯净水洗涤，干燥后得到预处理的纳米凹凸棒土材料；
(2)凹凸棒土/氢氧化镁有机改性：将步骤(1)预处理的纳米凹凸棒土加入到含有(5-12)wt％硬酯酸盐的无水乙醇中，再加入氢氧化镁；其中，凹凸棒土、氢氧化镁和硬酯酸盐三者质量比为(2.5-5)∶(1-2.5)∶(0.01-0.1)，常温下搅拌1-3小时；静置分层后过滤收集沉淀物，干燥后得到改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料；
B、制备改性凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料
将步骤A获得的改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料加入到ABS粒料中，在预混机中混合搅拌5-15分钟后，继续加入增韧剂和润滑剂，搅拌5-10分钟，得到混合物料；其中，改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料、ABS粒料、增韧剂和润滑剂的重量比为(15～34)∶(50～75)∶(10～15)∶(0～1)；将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融共混后加压挤出，得到颗粒状或片状凹凸棒土/氢氧化镁/ABS复合材料。
4.如权利要求3所述的核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，其特征在于，所述步骤A中凹凸棒土与氢氧化钠溶液质量比为1∶(1-1.5)；凹凸棒土与醋酸钠水溶液质量比为1∶(1-1.5)。
5.如权利要求3所述的核壳结构纳米凹凸棒土/氢氧化镁掺杂ABS复合材料，其特征在于，所述步骤B的具体操作如下：将改性凹凸棒土/氢氧化镁纳米材料加入到ABS粒料中，在预混机中混合搅拌5-15分钟后，继续加入增韧剂和润滑剂，搅拌5-10分钟，得到混合物料，将混合物料加入双螺杆挤出机中熔融共混后加压挤出，其中混合物加热到180-240℃，机头温度200-240℃，注射压力控制在80～100MPa，双螺杆挤出机的转速为200-300转/分，双螺杆挤出机的螺杆长径比为(30-50)∶1。
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