CN114410058A - 一种安全帽用阻燃复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种安全帽用阻燃复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种安全帽用阻燃复合材料及其制备方法，属于安全帽用阻燃复合材料技术领域。一种安全帽用阻燃复合材料，包括以下重量份数的组分：ABS塑料60‑75份，改性坡缕石粉2‑10份，APP/PER复合阻燃剂25‑40份，增塑剂1.5‑3份，抗氧化剂0.5‑1.2份和润滑剂0.5‑1份。该安全帽用阻燃复合材料及其制备方法，通过加入改性坡缕石粉，进一步提高安全帽的阻燃效果，同时解决了因阻燃剂加入导致材料力学性能降低的问题。

Description

一种安全帽用阻燃复合材料及其制备方法
技术领域
本申请涉及一种安全帽用阻燃复合材料及其制备方法，属于安全帽用阻燃复合材料技术领域。
背景技术
ABS工程塑料（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯树脂）是一种强度高、韧性好、耐化学性好、电绝缘性佳，易于加工成型的热塑性高分子结构材料，已成为安全帽帽壳的主流材料之一。但是，ABS工程塑料可燃（氧指数为21％），在井下、矿山等条件较为恶劣工况条件下使用ABS安全帽时，安全帽的阻燃成为十分突出的问题。
目前市场上常见的阻燃改性手段是用溴类阻燃剂和三氧化二锑按一定比例复配，制品满足了安全帽的阻燃标准，但会出现以下问题：其物理性能将会降低，尤其是冲击性能大幅度降低，不能满足相应的国家标准。
如何保证安全帽在具有优异阻燃性能的前提下，又具有足够抗冲击性能，是迫切需要解决的关键问题。
发明内容
为了解决上述问题，提供了一种安全帽用阻燃复合材料及其制备方法，通过加入改性坡缕石粉，进一步提高安全帽的阻燃效果，同时解决了因阻燃剂加入导致材料力学性能降低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种安全帽用阻燃复合材料，包括以下重量份数的组分：ABS塑料60-75份，改性坡缕石粉2-10份，APP/PER复合阻燃剂25-40份，增塑剂1.5-3份，抗氧化剂0.5-1.2份和润滑剂0.5-1份。
优选地，所述APP/PER复合阻燃剂中APP与PER重量比为（2-4）：1，APP的分子量为6000-8000。
优选地，所述改性坡缕石粉通过如下方法制备得到：
（1）取适量坡缕石粉加水配置成悬浮液，离心，取出上层白色土，加入乙醇并倒入表面皿中摊开，干燥、研磨、过筛，得到纯坡缕石粉；
（2）取适量纯坡缕石粉倒入盐酸中搅拌形成悬浮液，放入50-70℃水浴中磁力搅拌1-3h，常温超声震动0.1-1h，离心，洗涤至中性，干燥、研磨、过筛，得到酸化的坡缕石粉；
（3）将酸化的坡缕石粉与十六烷基三甲基碘化铵混合配置成悬浮液，磁力搅拌1-3h，超声震荡0.1-1h，离心，洗涤除去游离的十六烷基三甲基碘化铵，得到活化的坡缕石粉；
（4）将活化的坡缕石粉与单宁酸混合配置成悬浮液，常温磁力搅拌1-3h，离心，洗涤除去游离的单宁酸，干燥、研磨、过筛，得到改性坡缕石粉。
优选地，所述步骤（2）中，盐酸的浓度为0.2-0.4mol/L，纯坡缕石粉与盐酸的质量比为1：（8-12）。
优选地，所述步骤（3）中酸化的坡缕石粉与十六烷基三甲基碘化铵的质量比为1：（0.02-0.1）。
优选地，所述步骤（4）中活化的坡缕石粉与单宁酸的质量比为1：（0.05-0.2）。
优选地，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯或磷酸三甲苯酯。
优选地，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂245、抗氧化剂168或抗氧化剂626。
优选地，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯或氧化聚乙烯蜡。
根据本申请的另一个方面，提供了一种安全帽用阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将ABS塑料投入混合机中搅拌8-15min，再加入改性坡缕石粉、APP/PER复合阻燃剂、增塑剂、抗氧化剂和润滑剂搅拌8-15min，把混合好的物料造粒、干燥，即得所述安全帽用阻燃复合材料。
本申请中，“ABS塑料”是指丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料；
“APP”是指聚磷酸铵；
“PER”是指季戊四醇；
“常温”是指温度为20-30℃。
本申请的有益效果包括但不限于：
1．本申请的改性坡缕石粉的制备方法中，坡缕石粉经水洗酸化再经十六烷基三甲基碘化铵活化和单宁酸处理，整个处理过程坡缕石粉的晶体结构没有改变，使得坡缕石粉在与树脂复合时保留了其纤维状结构，并且这种结构结合的空气中的水对阻燃有良好的影响。
2．本申请改性坡缕石粉的制备方法中，单宁酸处理既有有机化作用又有酸化作用，酸化去除了坡缕石粉孔道的杂质，使得活性位点增多，有机化使坡缕石粉上链接了有机基团，两种作用均能够增加坡缕石粉与塑料复合时的结合性，增强其表面能、增加结合位点，使坡缕石粉与树脂形成有机的整体。
3．本申请的安全帽用阻燃复合材料中，APP是膨胀型无卤阻燃中发展较为迅速的一种磷、氮复合阻燃剂；PER可作为无卤阻燃剂的复合添加物，APP/PER复合阻燃剂和改性坡缕石粉结合对制品的阻燃起到很好的协同效果；其中，改性坡缕石粉既作为阻燃剂又作为填料添加到ABS塑料中，使得复合材料既具有无机材料的刚性、热稳定性和尺寸稳定性，又具有塑料优异的加工性、韧性及介电性，特别适用于制作井下、矿山等较为恶劣工况条件下佩戴的安全帽。
4．本申请的安全帽用阻燃复合材料的制备方法简单，可操作性强，利于实现工业化生产；其中，各助剂的加入使得树脂与改性坡缕石粉更好地混合，确保改性坡缕石粉具有能够在基材中均匀分布和长期有效的优点，且不会降低材料的力学性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，在此指出以下实施例不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域普通技术人员根据本发明的内容作出一些简单的替换或调整，均在本发明的保护范围之内。
下述实施例所采用的APP/PER复合阻燃剂中APP与PER重量比为3：1，APP的分子量为6000-8000；坡缕石粉的目数为200-500目。
实施例1
一种安全帽用阻燃复合材料，包括以下重量份数的组分：ABS塑料70份，改性坡缕石粉2份，APP/PER复合阻燃剂25份，己二酸二辛酯1.5份，抗氧化剂1010 0.5份和乙撑双硬脂酰胺0.5份。
上述改性坡缕石粉通过如下方法制备得到：
（1）取适量坡缕石粉加水配置成悬浮液，离心，取出上层白色土，加入乙醇并倒入表面皿中摊开，干燥、研磨、过筛，得到纯坡缕石粉；
（2）取适量纯坡缕石粉倒入浓度为0.2mol/L盐酸中搅拌形成悬浮液，纯坡缕石粉与盐酸的质量比为1：8，放入50℃水浴中磁力搅拌1h，常温超声震动0.1h，离心，洗涤至中性，干燥、研磨、过筛，得到酸化的坡缕石粉；
（3）将酸化的坡缕石粉与十六烷基三甲基碘化铵混合配置成悬浮液，酸化的坡缕石粉与十六烷基三甲基碘化铵的质量比为1：0.02，磁力搅拌1h，超声震荡0.1h，离心，洗涤除去游离的十六烷基三甲基碘化铵，得到活化的坡缕石粉；
（4）将活化的坡缕石粉与单宁酸混合配置成悬浮液，活化的坡缕石粉与单宁酸的质量比为1：0.05，常温磁力搅拌1h，离心，洗涤除去游离的单宁酸，干燥、研磨、过筛，得到改性坡缕石粉。
上述安全帽用阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将ABS塑料投入混合机中搅拌8min，再加入改性坡缕石粉、APP/PER复合阻燃剂、己二酸二辛酯、抗氧化剂1010和乙撑双硬脂酰胺搅拌8min，把混合好的物料造粒、干燥，即得安全帽用阻燃复合材料。
实施例2
一种安全帽用阻燃复合材料，包括以下重量份数的组分：ABS塑料67份，改性坡缕石粉6份，APP/PER复合阻燃剂32份，邻苯二甲酸二辛酯2份，抗氧化剂245 1份和季戊四醇硬脂酸酯0.8份。
上述改性坡缕石粉通过如下方法制备得到：
（1）取适量坡缕石粉加水配置成悬浮液，离心，取出上层白色土，加入乙醇并倒入表面皿中摊开，干燥、研磨、过筛，得到纯坡缕石粉；
（2）取适量纯坡缕石粉倒入浓度为0.3mol/L盐酸中搅拌形成悬浮液，纯坡缕石粉与盐酸的质量比为1：10，放入60℃水浴中磁力搅拌2h，常温超声震动0.5h，离心，洗涤至中性，干燥、研磨、过筛，得到酸化的坡缕石粉；
（3）将酸化的坡缕石粉与十六烷基三甲基碘化铵混合配置成悬浮液，酸化的坡缕石粉与十六烷基三甲基碘化铵的质量比为1：0.06，磁力搅拌2h，超声震荡0.5h，离心，洗涤除去游离的十六烷基三甲基碘化铵，得到活化的坡缕石粉；
（4）将活化的坡缕石粉与单宁酸混合配置成悬浮液，活化的坡缕石粉与单宁酸的质量比为1：0.12，常温磁力搅拌2h，离心，洗涤除去游离的单宁酸，干燥、研磨、过筛，得到改性坡缕石粉。
上述安全帽用阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将ABS塑料投入混合机中搅拌10min，再加入改性坡缕石粉、APP/PER复合阻燃剂、邻苯二甲酸二辛酯、抗氧化剂245和季戊四醇硬脂酸酯搅拌12min，把混合好的物料造粒、干燥，即得安全帽用阻燃复合材料。
实施例3
一种安全帽用阻燃复合材料，包括以下重量份数的组分：ABS塑料75份，改性坡缕石粉10份，APP/PER复合阻燃剂40份，磷酸三甲苯酯3份，抗氧化剂626 1.2份和氧化聚乙烯蜡1份。
上述改性坡缕石粉通过如下方法制备得到：
（1）取适量坡缕石粉加水配置成悬浮液，离心，取出上层白色土，加入乙醇并倒入表面皿中摊开，干燥、研磨、过筛，得到纯坡缕石粉；
（2）取适量纯坡缕石粉倒入浓度为0.4mol/L盐酸中搅拌形成悬浮液，纯坡缕石粉与盐酸的质量比为1：12，放入70℃水浴中磁力搅拌3h，常温超声震动1h，离心，洗涤至中性，干燥、研磨、过筛，得到酸化的坡缕石粉；
（3）将酸化的坡缕石粉与十六烷基三甲基碘化铵混合配置成悬浮液，酸化的坡缕石粉与十六烷基三甲基碘化铵的质量比为1：0.1，磁力搅拌3h，超声震荡1h，离心，洗涤除去游离的十六烷基三甲基碘化铵，得到活化的坡缕石粉；
（4）将活化的坡缕石粉与单宁酸混合配置成悬浮液，活化的坡缕石粉与单宁酸的质量比为1：0.2，常温磁力搅拌3h，离心，洗涤除去游离的单宁酸，干燥、研磨、过筛，得到改性坡缕石粉。
上述安全帽用阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
将ABS塑料投入混合机中搅拌15min，再加入改性坡缕石粉、APP/PER复合阻燃剂、磷酸三甲苯酯、抗氧化剂626和氧化聚乙烯蜡搅拌15min，把混合好的物料造粒、干燥，即得安全帽用阻燃复合材料。
对比例1
与实施例2的区别在于：将改性坡缕石粉替换为蒙脱石粉。
对比例2
与实施例2的区别在于：将改性坡缕石粉替换为坡缕石粉。
对比例3
与实施例2的区别在于：纯坡缕石粉与盐酸的质量比为1：20。
对比例4
与实施例2的区别在于：将十六烷基三甲基碘化铵替换为十六烷基三甲基氯化铵，酸化的坡缕石粉与十六烷基三甲基碘化铵的质量比为1：1。
对比例5
与实施例2的区别在于：将单宁酸替换为草酸，活化的坡缕石粉与单宁酸的质量比为1：0.01。
将实施例1-3以及对比例1-5制得的安全帽用阻燃复合材料注塑标准ISO样条、光泽度样板以及安全帽样件，根据ISO标准测试材料力学性能；根据GB2811测试安全帽的抗冲击能力；按照GBT2406-2009测试阻燃性能：校正氧指数仪的0％点与100％点，调节氧的浓度至估计值，通气体30s点燃，计时，通过调节氧气的浓度，使样条在180s时燃烧50mm；结果如表1所示。
表1安全帽用阻燃复合材料各项性能测试结果
测试项目 拉伸强度MPa 弯曲模量MPa 缺口冲击强度kJ/m2 光泽度 冲击力N 氧指数%
实施例1 31.2 1900 32 72 3800 42
实施例2 35.6 2250 38 75 3500 46
实施例3 33.8 2040 35 73 3650 44
对比例1 16.1 1250 18 57 4380 29
对比例2 18.5 1460 20 60 4300 31
对比例3 20.3 1550 22 65 4150 32
对比例4 14.6 950 16 53 4800 28
对比例5 15.2 1000 17 56 4500 30
由表1可知，改变对比例1-5中任一原料种类、含量或制备工艺均能够影响制品的力学性能和阻燃效果，按照实施例1-3原料配比和方法，能够获得具有优异阻燃效果和力学性能的安全帽用阻燃复合材料，特别适用于制作井下、矿山等较为恶劣工况条件下佩戴的安全帽。
以上所述，仅为本申请的实施例而已，本申请的保护范围并不受这些具体实施例的限制，而是由本申请的权利要求书来确定。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的技术思想和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种安全帽用阻燃复合材料，其特征在于，包括以下重量份数的组分：ABS塑料60-75份，改性坡缕石粉2-10份，APP/PER复合阻燃剂25-40份，增塑剂1.5-3份，抗氧化剂0.5-1.2份和润滑剂0.5-1份；
所述APP/PER复合阻燃剂中APP与PER重量比为（2-4）：1，APP的分子量为6000-8000；
所述改性坡缕石粉通过如下方法制备得到：
（1）取适量坡缕石粉加水配置成悬浮液，离心，取出上层白色土，加入乙醇并倒入表面皿中摊开，干燥、研磨、过筛，得到纯坡缕石粉；
（2）取适量纯坡缕石粉倒入盐酸中搅拌形成悬浮液，放入50-70℃水浴中磁力搅拌1-3h，常温超声震动0.1-1h，离心，洗涤至中性，干燥、研磨、过筛，得到酸化的坡缕石粉；
（3）将酸化的坡缕石粉与十六烷基三甲基碘化铵混合配置成悬浮液，磁力搅拌1-3h，超声震荡0.1-1h，离心，洗涤除去游离的十六烷基三甲基碘化铵，得到活化的坡缕石粉；
（4）将活化的坡缕石粉与单宁酸混合配置成悬浮液，常温磁力搅拌1-3h，离心，洗涤除去游离的单宁酸，干燥、研磨、过筛，得到改性坡缕石粉；
其中，所述步骤（2）中，盐酸的浓度为0.2-0.4mol/L，纯坡缕石粉与盐酸的质量比为1：（8-12）；
所述步骤（3）中酸化的坡缕石粉与十六烷基三甲基碘化铵的质量比为1：（0.02-0.1）；
所述步骤（4）中活化的坡缕石粉与单宁酸的质量比为1：（0.05-0.2）。
2.根据权利要求1所述的安全帽用阻燃复合材料，其特征在于，所述增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、己二酸二辛酯或磷酸三甲苯酯。
3.根据权利要求1所述的安全帽用阻燃复合材料，其特征在于，所述抗氧化剂为抗氧化剂1010、抗氧化剂245、抗氧化剂168或抗氧化剂626。
4.根据权利要求1所述的安全帽用阻燃复合材料，其特征在于，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、季戊四醇硬脂酸酯或氧化聚乙烯蜡。
5.权利要求1-4任一项所述的安全帽用阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将ABS塑料投入混合机中搅拌8-15min，再加入改性坡缕石粉、APP/PER复合阻燃剂、增塑剂、抗氧化剂和润滑剂搅拌8-15min，把混合好的物料造粒、干燥，即得所述安全帽用阻燃复合材料。
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