CN111978710A - 一种环保型无卤阻燃材料及其制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及材料生产技术领域，具体涉及一种环保型无卤阻燃材料及其制备工艺；由下列重量份的原料制得：60～75份聚氨酯弹性体、18～25份ABS树脂、8～12份改性叶腊石细粉、3.4～3.9份玻璃纤维粉、4.2～4.5份高硅氧玻璃纤维、3.2～4.5份纳米氮化铝、2.1～3.0份无机纳米填料、2.6～3.2份耐磨剂及2.4～3.2份防焦剂；相比较于对比例提供的阻燃材料，本发明制备的环保型无卤阻燃材料不仅具有更好的阻燃性能，还具有更为优越的抗老化性能；其不仅能有效地保护了人们的生命安全和财产安全，而且使用寿命也得到了有效延长。

Description

一种环保型无卤阻燃材料及其制备工艺

技术领域

本发明涉及材料生产技术领域，具体涉及一种环保型无卤阻燃材料及其制备工艺。

背景技术

工程塑料是指被用做工业零件或外壳材料的工业用塑料，是强度、耐冲击性、耐热性、硬度及抗老化性均优的塑料工程塑料是指在工程中做结构材料的塑料，这类塑料一般具有较高机械强度，或具备耐高温、耐腐蚀、耐磨性等良好性能，因而可代替金属做某些机械零件。常热塑性工程塑料的性能和应用也很多，如聚酰胺、聚四氟乙烯、ABS塑料、聚甲醛、聚碳酸酯等。

目前，现有技术中所制备的工程塑料虽然具有一定的强度、耐冲击性和阻燃性能，但是由于其本身含有卤素阻燃剂，使得其具有一定的阻燃性能。但是其阻燃性能却相对较差。当发生火灾时，其会被火焰焚烧，生成大量的烟和有毒且具腐蚀性的气体，对人们的生命健康造成威胁。再者，其还能作为助燃物来助长火势，从而给人们的带来经济损失。此外，其本身的抗老化性能也相对较差，这也使得其使用寿命被缩短。

因此，提供一种环保型无卤阻燃材料及其制备工艺，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

针对背景技术中所提出的技术问题，本发明提供了一种环保型无卤阻燃材料及其制备工艺，相比较于对比例提供的阻燃材料，本发明制备的环保型无卤阻燃材料不仅具有更好的阻燃性能，还具有更为优越的抗老化性能；其不仅能有效地保护了人们的生命安全和财产安全，而且使用寿命也得到了有效延长。

技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种环保型无卤阻燃材料，由下列重量份的原料制得：60～75份聚氨酯弹性体、18～25份ABS树脂、8～12份改性叶腊石细粉、3.4～3.9份玻璃纤维粉、4.2～4.5份高硅氧玻璃纤维、3.2～4.5份纳米氮化铝、2.1～3.0份无机纳米填料、2.6～3.2份耐磨剂及2.4～3.2份防焦剂。

更进一步地，所述改性叶腊石细粉的制备工艺包括以下步骤：

一、叶腊石的前处理；

对叶腊石进行清洗和干燥处理后将之研磨至合适细度，然后将其浸泡在温度为60～70℃的酸液中，浸泡3～5h；其中，在浸泡过程中，每隔30～40min 对叶腊石和酸液组成的混合组分进行超声分散5～10min，浸泡完毕后将叶蜡石细粉取出，并用去离子水对其表面进行清洗，直至其呈中性；然后将之置于干燥箱内进行干燥处理，干燥完毕后将之转入马弗炉中进行煅烧处理；煅烧温度为480～650℃，煅烧时间为3～5h；煅烧完毕后，将所得叶腊石细粉自然冷却至室温；保存、备用；

二、改性叶腊石细粉的制备；

将上述煅烧处理后的叶腊石细粉置于反应釜中，并向反应釜中加入质量为叶腊石细粉5～8倍的乙醇溶液，超声分散3～5min后，再分别向反应釜中加入定量的Exolit OP550、乙烯基三甲氧基硅烷、聚山梨酯、偶氮二异庚腈和催化剂；再在温度为55～65℃的条件下保温反应3～5h，反应完毕后，将反应釜中的叶腊石细粉取出，并用去离子水将其表面清洗干净，后置于干燥箱内进行干燥处理，所得固体粉末即为改性叶腊石细粉成品；

其中，Exolit OP 550、乙烯基三甲氧基硅烷、聚山梨酯、偶氮二异庚腈和催化剂的用量分别为叶腊石细粉的20～28％、1.5～2.4％、4.0～4.8％、 0.32～0.42％、2.6～3.5％。

更进一步地，所述无机纳米填料选用纳米二氧化钛、纳米氧化锌中的任意一种。

更进一步地，所述耐磨剂选用碳化硼微粉、碳化硅微粉中的任意一种。

更进一步地，所述防焦剂选用Lacton EG 472、Irganox HP 3560中的任意一种。

更进一步地，在叶腊石的前处理过程中，所述酸液选用浓度为1.2～ 1.8mol/L的盐酸溶液。

更进一步地，在改性叶腊石细粉的制备过程中，所选用的乙醇溶液的浓度为70～85％。

更进一步地，在改性叶腊石细粉的制备过程中，所述超声分散的频率设置为28～35kHz，功率设置为600～800W。

更进一步地，在改性叶腊石细粉的制备过程中，所述催化剂选用三乙胺、丙胺中的任意一种。

一种环保型无卤阻燃材料的制备工艺，包括如下步骤：

S1、按上述重量配比准确称取各原料，并分别将各固体原料研磨至粒径为200～300目的微粉颗粒；分别保存、备用；

S2、将聚氨酯弹性体、改性叶腊石细粉与防焦剂一同加入密炼机内进行塑炼，塑炼时间设置为15～25min；塑炼结束后，再分别将ABS树脂、玻璃纤维粉、高硅氧玻璃纤维、纳米氮化铝、无机纳米填料及耐磨剂加入到密炼机中进行塑炼，塑炼时间设置为30～40min；

S3、将步骤S2中塑炼后的混合物料转入平双螺杆挤出机中，并通过平双螺杆挤出机进行挤出造粒；其中，平双螺杆挤出机的机身温度为190～220℃，挤出压力为9～12MPa；

S4、将步骤S3中挤出成型的长条在40～50℃温度下进行烘干处理，以去除其中水分，然后依次对其进行切粒包装、称重及质检处理，最终将其入库。

有益效果

采用本发明提供的技术方案，与已知的公有技术相比，具有如下有益效果：

1、本发明中通过将叶腊石细粉浸泡在热的酸液中，并配合超声分散处理，能促使酸液与叶腊石细粉中的氧化铝及氧化铁充分地发生化学反应，反应完毕后，剩下的叶腊石细粉本身成为富SiO2的多孔骨架，然后再对其进行高温煅烧处理，使其比表面积进一步地增大。而后在对前处理后的叶腊石细粉进行化学改性处理时，Exolit OP 550、乙烯基三甲氧基硅烷、聚山梨酯、偶氮二异庚腈和催化剂能均匀分散在其孔壁上，在偶氮二异庚腈和催化剂的配合作用下，乙烯基三甲氧基硅烷分子中的有机官能团与Exolit OP 550中的羟基因发生化学而键合，乙烯基三甲氧基硅烷分子中的无机官能团与叶腊石细粉表面暴露的SiO2分子中的硅氧键发生化学反应而成键。从而将Exolit OP 550成功地“嫁接”至前处理后的叶腊石的表面，不仅增加了其比表面积，还有效地增大了其单位表面积上存在的Exolit OP 550的数量。使得所制备的阻燃材料的阻燃性能得到很大地提升。

2、本发明中玻璃纤维粉、高硅氧玻璃纤维、纳米氮化铝与改性叶腊石细粉之间相互协同，能进一步提高所制备的阻燃材料的阻燃性能。而ABS树脂和无机纳米填料之间相互配合，能对紫外光起到很好的屏蔽作用，有效地提高本发明所制备的阻燃材料的抗老化及耐候性能。其不仅能有效地保护了人们的生命安全和财产安全，而且使用寿命也得到了有效延长。而聚氨酯弹性体与耐磨剂的配合使用还能有效改善所制备的阻燃材料的耐磨性能。另外，本发明中无卤素原料的添加，所制备的阻燃材料本身也比较环保。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

实施例1

一种环保型无卤阻燃材料，由下列重量份的原料制得：60份聚氨酯弹性体、18份ABS树脂、8份改性叶腊石细粉、3.4份玻璃纤维粉、4.2份高硅氧玻璃纤维、3.2份纳米氮化铝、2.1份无机纳米填料、2.6份耐磨剂及2.4份防焦剂。

改性叶腊石细粉的制备工艺包括以下步骤：

一、叶腊石的前处理；

对叶腊石进行清洗和干燥处理后将之研磨至合适细度，然后将其浸泡在温度为60℃的酸液中，浸泡3h；其中，在浸泡过程中，每隔30min对叶腊石和酸液组成的混合组分进行超声分散5min，浸泡完毕后将叶蜡石细粉取出，并用去离子水对其表面进行清洗，直至其呈中性；然后将之置于干燥箱内进行干燥处理，干燥完毕后将之转入马弗炉中进行煅烧处理；煅烧温度为 480℃，煅烧时间为3h；煅烧完毕后，将所得叶腊石细粉自然冷却至室温；保存、备用；

二、改性叶腊石细粉的制备；

将上述煅烧处理后的叶腊石细粉置于反应釜中，并向反应釜中加入质量为叶腊石细粉5倍的乙醇溶液，超声分散3min后，再分别向反应釜中加入定量的Exolit OP 550、乙烯基三甲氧基硅烷、聚山梨酯、偶氮二异庚腈和催化剂；再在温度为55℃的条件下保温反应3h，反应完毕后，将反应釜中的叶腊石细粉取出，并用去离子水将其表面清洗干净，后置于干燥箱内进行干燥处理，所得固体粉末即为改性叶腊石细粉成品；

其中，Exolit OP 550、乙烯基三甲氧基硅烷、聚山梨酯、偶氮二异庚腈和催化剂的用量分别为叶腊石细粉的20％、1.5％、4.0％、0.32％、2.6％。

无机纳米填料选用纳米二氧化钛。

耐磨剂选用碳化硼微粉。

防焦剂选用Lacton EG 472。

在叶腊石的前处理过程中，酸液选用浓度为1.2mol/L的盐酸溶液。

在改性叶腊石细粉的制备过程中，所选用的乙醇溶液的浓度为70％。

在改性叶腊石细粉的制备过程中，超声分散的频率设置为28kHz，功率设置为600W。

在改性叶腊石细粉的制备过程中，催化剂选用三乙胺。

一种环保型无卤阻燃材料的制备工艺，包括如下步骤：

S1、按上述重量配比准确称取各原料，并分别将各固体原料研磨至粒径为200目的微粉颗粒；分别保存、备用；

S2、将聚氨酯弹性体、改性叶腊石细粉与防焦剂一同加入密炼机内进行塑炼，塑炼时间设置为15min；塑炼结束后，再分别将ABS树脂、玻璃纤维粉、高硅氧玻璃纤维、纳米氮化铝、无机纳米填料及耐磨剂加入到密炼机中进行塑炼，塑炼时间设置为30min；

S3、将步骤S2中塑炼后的混合物料转入平双螺杆挤出机中，并通过平双螺杆挤出机进行挤出造粒；其中，平双螺杆挤出机的机身温度为190℃，挤出压力为9MPa；

S4、将步骤S3中挤出成型的长条在40～50℃温度下进行烘干处理，以去除其中水分，然后依次对其进行切粒包装、称重及质检处理，最终将其入库。

实施例2

一种环保型无卤阻燃材料，由下列重量份的原料制得：70份聚氨酯弹性体、20份ABS树脂、10份改性叶腊石细粉、3.6份玻璃纤维粉、4.4份高硅氧玻璃纤维、4.0份纳米氮化铝、2.5份无机纳米填料、3.0份耐磨剂及2.8 份防焦剂。

改性叶腊石细粉的制备工艺包括以下步骤：

一、叶腊石的前处理；

对叶腊石进行清洗和干燥处理后将之研磨至合适细度，然后将其浸泡在温度为65℃的酸液中，浸泡4h；其中，在浸泡过程中，每隔35min对叶腊石和酸液组成的混合组分进行超声分散8min，浸泡完毕后将叶蜡石细粉取出，并用去离子水对其表面进行清洗，直至其呈中性；然后将之置于干燥箱内进行干燥处理，干燥完毕后将之转入马弗炉中进行煅烧处理；煅烧温度为550℃，煅烧时间为4h；煅烧完毕后，将所得叶腊石细粉自然冷却至室温；保存、备用；

二、改性叶腊石细粉的制备；

将上述煅烧处理后的叶腊石细粉置于反应釜中，并向反应釜中加入质量为叶腊石细粉6倍的乙醇溶液，超声分散4min后，再分别向反应釜中加入定量的Exolit OP 550、乙烯基三甲氧基硅烷、聚山梨酯、偶氮二异庚腈和催化剂；再在温度为60℃的条件下保温反应4h，反应完毕后，将反应釜中的叶腊石细粉取出，并用去离子水将其表面清洗干净，后置于干燥箱内进行干燥处理，所得固体粉末即为改性叶腊石细粉成品；

其中，Exolit OP 550、乙烯基三甲氧基硅烷、聚山梨酯、偶氮二异庚腈和催化剂的用量分别为叶腊石细粉的24％、2.0％、4.5％、0.38％、3.2％。

无机纳米填料选用纳米氧化锌。

耐磨剂选用碳化硅微粉。

防焦剂选用Irganox HP 3560。

在叶腊石的前处理过程中，酸液选用浓度为1.5mol/L的盐酸溶液。

在改性叶腊石细粉的制备过程中，所选用的乙醇溶液的浓度为75％。

在改性叶腊石细粉的制备过程中，超声分散的频率设置为30kHz，功率设置为700W。

在改性叶腊石细粉的制备过程中，催化剂选用丙胺。

一种环保型无卤阻燃材料的制备工艺同实施例1。

实施例3

一种环保型无卤阻燃材料，由下列重量份的原料制得：75份聚氨酯弹性体、25份ABS树脂、12份改性叶腊石细粉、3.9份玻璃纤维粉、4.5份高硅氧玻璃纤维、4.5份纳米氮化铝、3.0份无机纳米填料、3.2份耐磨剂及3.2 份防焦剂。

改性叶腊石细粉的制备工艺包括以下步骤：

一、叶腊石的前处理；

对叶腊石进行清洗和干燥处理后将之研磨至合适细度，然后将其浸泡在温度为70℃的酸液中，浸泡5h；其中，在浸泡过程中，每隔40min对叶腊石和酸液组成的混合组分进行超声分散10min，浸泡完毕后将叶蜡石细粉取出，并用去离子水对其表面进行清洗，直至其呈中性；然后将之置于干燥箱内进行干燥处理，干燥完毕后将之转入马弗炉中进行煅烧处理；煅烧温度为 650℃，煅烧时间为5h；煅烧完毕后，将所得叶腊石细粉自然冷却至室温；保存、备用；

二、改性叶腊石细粉的制备；

将上述煅烧处理后的叶腊石细粉置于反应釜中，并向反应釜中加入质量为叶腊石细粉8倍的乙醇溶液，超声分散5min后，再分别向反应釜中加入定量的Exolit OP 550、乙烯基三甲氧基硅烷、聚山梨酯、偶氮二异庚腈和催化剂；再在温度为65℃的条件下保温反应5h，反应完毕后，将反应釜中的叶腊石细粉取出，并用去离子水将其表面清洗干净，后置于干燥箱内进行干燥处理，所得固体粉末即为改性叶腊石细粉成品；

其中，Exolit OP 550、乙烯基三甲氧基硅烷、聚山梨酯、偶氮二异庚腈和催化剂的用量分别为叶腊石细粉的28％、2.4％、4.8％、0.42％、3.5％。

无机纳米填料选用纳米二氧化钛。

耐磨剂选用碳化硼微粉。

防焦剂选用Lacton EG 472。

在叶腊石的前处理过程中，酸液选用浓度为1.8mol/L的盐酸溶液。

在改性叶腊石细粉的制备过程中，所选用的乙醇溶液的浓度为85％。

在改性叶腊石细粉的制备过程中，超声分散的频率设置为35kHz，功率设置为800W。

在改性叶腊石细粉的制备过程中，催化剂选用三乙胺。

一种环保型无卤阻燃材料的制备工艺同实施例1。

性能测试

对比例：广东省东莞市某阻燃材料有限公司生产的阻燃材料。

分别将对比例和实施例1～3生产的环保型无卤阻燃材料(记作实施例 1～3)产品进行性能检测(按照GB/T 18380.31-2008标准)，所得检测结果记录于下表：

由上述表格中的相关数据可知，相比较于对比例提供的阻燃材料，本发明制备的环保型无卤阻燃材料不仅具有更好的阻燃性能，还具有更为优越的抗老化性能。表明本发明制备的环保型无卤阻燃材料具有更广阔的市场前景，更适宜推广。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种环保型无卤阻燃材料，其特征在于：由下列重量份的原料制得：60～75份聚氨酯弹性体、18～25份ABS树脂、8～12份改性叶腊石细粉、3.4～3.9份玻璃纤维粉、4.2～4.5份高硅氧玻璃纤维、3.2～4.5份纳米氮化铝、2.1～3.0份无机纳米填料、2.6～3.2份耐磨剂及2.4～3.2份防焦剂。

2.根据权利要求1所述的一种环保型无卤阻燃材料，其特征在于，所述改性叶腊石细粉的制备工艺包括以下步骤：

一、叶腊石的前处理；

对叶腊石进行清洗和干燥处理后将之研磨至合适细度，然后将其浸泡在温度为60～70℃的酸液中，浸泡3～5h；其中，在浸泡过程中，每隔30～40min对叶腊石和酸液组成的混合组分进行超声分散5～10min，浸泡完毕后将叶蜡石细粉取出，并用去离子水对其表面进行清洗，直至其呈中性；然后将之置于干燥箱内进行干燥处理，干燥完毕后将之转入马弗炉中进行煅烧处理；煅烧温度为480～650℃，煅烧时间为3～5h；煅烧完毕后，将所得叶腊石细粉自然冷却至室温；保存、备用；

二、改性叶腊石细粉的制备；

将上述煅烧处理后的叶腊石细粉置于反应釜中，并向反应釜中加入质量为叶腊石细粉5～8倍的乙醇溶液，超声分散3～5min后，再分别向反应釜中加入定量的Exolit OP 550、乙烯基三甲氧基硅烷、聚山梨酯、偶氮二异庚腈和催化剂；再在温度为55～65℃的条件下保温反应3～5h，反应完毕后，将反应釜中的叶腊石细粉取出，并用去离子水将其表面清洗干净，后置于干燥箱内进行干燥处理，所得固体粉末即为改性叶腊石细粉成品；

其中，Exolit OP 550、乙烯基三甲氧基硅烷、聚山梨酯、偶氮二异庚腈和催化剂的用量分别为叶腊石细粉的20～28%、1.5～2.4%、4.0～4.8%、0.32～0.42%、2.6～3.5%。

3.根据权利要求1所述的一种环保型无卤阻燃材料，其特征在于：所述无机纳米填料选用纳米二氧化钛、纳米氧化锌中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的一种环保型无卤阻燃材料，其特征在于：所述耐磨剂选用碳化硼微粉、碳化硅微粉中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种环保型无卤阻燃材料，其特征在于：所述防焦剂选用Lacton EG 472、Irganox HP 3560中的任意一种。

6.根据权利要求2所述的一种环保型无卤阻燃材料，其特征在于：在叶腊石的前处理过程中，所述酸液选用浓度为1.2～1.8mol/L的盐酸溶液。

7.根据权利要求2所述的一种环保型无卤阻燃材料，其特征在于：在改性叶腊石细粉的制备过程中，所选用的乙醇溶液的浓度为70～85%。

8.根据权利要求2所述的一种环保型无卤阻燃材料，其特征在于：在改性叶腊石细粉的制备过程中，所述超声分散的频率设置为28～35kHz，功率设置为600～800W。

9.根据权利要求2所述的一种环保型无卤阻燃材料，其特征在于：在改性叶腊石细粉的制备过程中，所述催化剂选用三乙胺、丙胺中的任意一种。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的一种环保型无卤阻燃材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：

S1、按上述重量配比准确称取各原料，并分别将各固体原料研磨至粒径为200～300目的微粉颗粒；分别保存、备用；

S2、将聚氨酯弹性体、改性叶腊石细粉与防焦剂一同加入密炼机内进行塑炼，塑炼时间设置为15～25min；塑炼结束后，再分别将ABS树脂、玻璃纤维粉、高硅氧玻璃纤维、纳米氮化铝、无机纳米填料及耐磨剂加入到密炼机中进行塑炼，塑炼时间设置为30～40min；

S3、将步骤S2中塑炼后的混合物料转入平双螺杆挤出机中，并通过平双螺杆挤出机进行挤出造粒；其中，平双螺杆挤出机的机身温度为190～220℃，挤出压力为9～12MPa；

S4、将步骤S3中挤出成型的长条在40～50℃温度下进行烘干处理，以去除其中水分，然后依次对其进行切粒包装、称重及质检处理，最终将其入库。