CN111518415B - 一种改性硅藻土协效阻燃聚烯烃材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性硅藻土协效阻燃聚烯烃材料及其制备方法，其中一种改性硅藻土协效阻燃聚烯烃材料，按质量份由以下组分组成：聚烯烃100份，马来酸酐接枝聚乙烯5～10份，氮磷阻燃剂40～60份，改性硅藻土5～10份，抗氧剂1010 0.1～0.5份，硅酮母料6～10份，所述改性硅藻土是将利用苯酚和甲醛制得的酚醛树脂预聚物与硅藻土高速搅拌制得。通过对硅藻土进行表面改性，以消除其表面高能势，调节其疏水性，改善其与有机树脂的润湿性和结合力。将改性硅藻土添加在阻燃聚烯烃材料中，在使材料具有良好阻燃效果的同时使材料具有优异的物理机械性能和低的发烟量，在一定程度上降低了采用氮磷阻燃剂所带来的发烟量大的问题。

Description

一种改性硅藻土协效阻燃聚烯烃材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种改性硅藻土协效阻燃聚烯烃材料及其制备方法。
背景技术
无卤阻燃聚烯烃材料常用的阻燃剂为氮磷阻燃剂。为了使聚烯烃达到好的阻燃效果，需要添加大量的氢氧化镁或氢氧化铝，这样会增大混合物的粘度，导致材料物理机械性能严重下降。氮磷阻燃剂虽然添加量少、阻燃效果好，但燃烧时会增加材料的生烟量。以上问题在一定程度上限制了无卤阻燃聚烯烃材料的应用。因此，需要开发一种物理机械性能优、阻燃性佳、燃烧时发烟量小的聚烯烃材料。
硅藻土是一种生物成因的硅质沉积岩，显微镜下可观察到天然硅藻土的特殊多孔性构造，这种微孔结构是硅藻土具有特征理化性质的原因，使其具有具有孔隙度大、吸收性强、化学性质稳定、耐磨、耐热等特点。硅藻土不含有害化学物质，被广泛用作功能性填料、催化剂载体、吸附剂、净化剂、净化材料、沥青改性剂等制品。一方面，由于硅藻土具有较高的表面能，容易出现团聚现象，在树脂中的分布程度、分散性较差，影响阻燃协效作用，导致材料阻燃抑烟效果不稳定；另一方面，由于硅藻土表面呈亲水性，与有机树脂相容性差，导致材料力学性能下降较多。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性硅藻土协效阻燃聚烯烃材料及其制备方法，对硅藻土进行表面改性，以消除其表面高能势，调节其疏水性，改善其与有机树脂的润湿性和结合力。将改性硅藻土添加在阻燃聚烯烃材料中，在使材料具有良好阻燃效果的同时使材料具有优异的物理机械性能和低的发烟量，在一定程度上降低了采用氮磷阻燃剂所带来的发烟量大的问题，主要用于电缆绝缘、护套以及其它需要权衡力学、阻燃、发烟量问题的聚烯烃材料领域。
实现本发明目的的技术方案是：
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
一种改性硅藻土的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：将苯酚和甲醛加入反应器中，加入催化剂，在65～80℃下搅拌，得到酚醛树脂预聚物；
步骤二：将硅藻土加入到温度为125～140℃的高速搅拌机中，加入所述酚醛树脂预聚物，继续搅拌得到改性硅藻土。
进一步地，所述步骤一中，苯酚和甲醛的摩尔比为1：1.5。
进一步地，所述步骤一中，催化剂采用苯酚质量5～8％的碳酸氢钠。
进一步地，所述步骤二中，酚醛树脂预聚物添加比例为硅藻土质量的3～5％。
一种协效阻燃聚烯烃材料，按质量份由以下组分组成：聚烯烃100份，马来酸酐接枝聚乙烯5～10份，氮磷阻燃剂40～60份，改性硅藻土5～10份，抗氧剂1010 0.1～0.5份，硅酮母料6～10份。
进一步地，所述聚烯烃为聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯类共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的两种或两种以上。
一种改性硅藻土协效阻燃聚烯烃材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照配方比例称取各原料组分；
步骤二：将各原料加入温度为130℃的密炼机中混炼10min，转子速度50～60rpm，再排料；
步骤三：将步骤二所得物料加入双螺杆挤出机，在温度为150～170℃的条件下挤出造粒，风冷，得到所述阻燃聚烯烃材料。
进一步地，所述步骤二中加料顺序为依次加入称量好的聚烯烃、马来酸酐接枝聚乙烯、硅酮母料、抗氧剂、改性硅藻土，待物料熔融后再加入称量好的氮磷阻燃剂。
采用了上述技术方案，本发明具有以下的有益效果：
1、本发明采用酚醛树脂作为包覆材料对硅藻土进行改性处理，消除硅藻土表面的高能势，调节硅藻土其疏水性，改善硅藻土与有机树脂的润湿性和结合力。
2、本发明制备的阻燃聚烯烃材料，通过添加改性硅藻土，使得阻燃聚烯烃材料的物理机械性能优异，阻燃效果好，一定程度降低了采用氮磷阻燃剂所带来的发烟量大的问题。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
(实施例1)
本实施例为现有技术，作为对比例，按质量份，由以下组分组成：聚乙烯40份，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物60份，马来酸酐接枝聚乙烯5份，氮磷阻燃剂50份，未改性硅藻土5份，抗氧剂1010 0.3份，硅酮母料6份。
(实施例2)
本实施例的改性硅藻土协效阻燃聚烯烃材料，按质量份，由以下组分组成：聚乙烯40份，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物60份，马来酸酐接枝聚乙烯5份，氮磷阻燃剂50份，改性硅藻土5份，抗氧剂1010 0.3份，硅酮母料6份。
本实施例的改性硅藻土协效阻燃聚烯烃材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：称取摩尔比为1：1.5的苯酚和甲醛加入反应器中，采用苯酚质量5％的碳酸钠溶液作为催化剂，在65℃下搅拌2h，得到酚醛树脂预聚物；
步骤二：称取一定量的硅藻土加入到温度为125℃的高速搅拌机中，加入步骤一的硅藻土质量5％的酚醛树脂预聚物，继续搅拌3h得到改性硅藻土；
步骤三：按照配方比例称取各原料组分；
步骤四：依次加入称量好的聚烯烃、马来酸酐接枝聚乙烯、硅酮母料、抗氧剂、改性硅藻土，加入温度为130℃的密炼机中，待物料熔融后再加入称量好的氮磷阻燃剂，将各原料混炼10min，转子速度50rpm，再排料；
步骤五：将步骤五所得物料加入双螺杆挤出机，在温度为160℃的条件下挤出造粒，风冷，得到阻燃聚烯烃材料。
本实施例采用酚醛树脂作为包覆材料对硅藻土进行改性处理，消除硅藻土表面的高能势，调节硅藻土其疏水性，改善硅藻土与有机树脂的润湿性和结合力。通过添加改性硅藻土，使得阻燃聚烯烃材料的物理机械性能优异，阻燃效果好，一定程度降低了采用氮磷阻燃剂所带来的发烟量大的问题。
(实施例3)
本实施例的改性硅藻土协效阻燃聚烯烃材料，按质量份，由以下组分组成：聚乙烯30份，乙烯-辛烯共聚物10份，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物60份，马来酸酐接枝聚乙烯10份，氮磷阻燃剂60份，改性硅藻土10份，抗氧剂1010 0.3份，硅酮母料8份。
(实施例4)
本实施例的改性硅藻土协效阻燃聚烯烃材料，按质量份，由以下组分组成：聚乙烯30份，乙烯-辛烯共聚物10份，乙烯-乙酸乙烯酯共聚物60份，马来酸酐接枝聚乙烯8份，氮磷阻燃剂40份，改性硅藻土8份，抗氧剂1010 0.5份，硅酮母料10份。
实施例1～4的阻燃聚烯烃材料的性能测试数据如表1所示：
表1性能数据列表
Figure BDA0002467156500000031
Figure BDA0002467156500000041
由表1可知，实施例2～3的改性硅藻土协效阻燃聚烯烃材料物理机械性能优、阻燃效果好、发烟量低，一定程度降低了采用氮磷阻燃剂所带来的发烟量大的问题，主要用于电缆绝缘、护套以及其它需要权衡力学、阻燃、发烟量问题的聚烯烃材料领域。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种协效阻燃聚烯烃材料，其特征在于，按质量份由以下组分组成：聚烯烃100份，马来酸酐接枝聚乙烯5～10份，氮磷阻燃剂40～60份，改性硅藻土5～10份，抗氧剂1010 0.1～0.5份，硅酮母料6～10份；所述改性硅藻土的制备方法包括以下步骤：
步骤一：将苯酚和甲醛加入反应器中，加入催化剂，在65～80℃下搅拌，得到酚醛树脂预聚物；
步骤二：将硅藻土加入到温度为125～140℃的高速搅拌机中，加入所述酚醛树脂预聚物，继续搅拌得到改性硅藻土。
2.根据权利要求1所述的一种协效阻燃聚烯烃材料，其特征在于：所述步骤一中，苯酚和甲醛的摩尔比为1：1.5。
3.根据权利要求1所述的一种协效阻燃聚烯烃材料，其特征在于：所述步骤一中，催化剂采用苯酚质量5~8%的碳酸氢钠。
4.根据权利要求1所述的一种协效阻燃聚烯烃材料，其特征在于：所述步骤二中，酚醛树脂预聚物添加比例为硅藻土质量的3～5%。
5.根据权利要求1所述的一种协效阻燃聚烯烃材料，其特征在于：所述聚烯烃为聚乙烯、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯类共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的两种或两种以上。
6.一种如权利要求1至5任一项所述的协效阻燃聚烯烃材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：按照配方比例称取各原料组分；
步骤二：将各原料加入温度为130~150℃的密炼机中混炼10~15min，转子速度50~60rpm，再排料；
步骤三：将步骤二所得物料加入双螺杆挤出机，在温度为150～170℃的条件下挤出造粒，风冷，得到所述阻燃聚烯烃材料。
7.根据权利要求6所述的一种改性硅藻土协效阻燃聚烯烃材料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中加料顺序为依次加入称量好的聚烯烃、马来酸酐接枝聚乙烯、硅酮母料、抗氧剂、改性硅藻土，待物料熔融后再加入称量好的氮磷阻燃剂。
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