CN115975374A - 一种阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及阻燃聚烯烃技术领域，具体公开了一种阻燃聚烯烃复合材料，所述复合材料包括聚烯烃、导向协调剂、树脂、石墨烯改性剂、阻燃剂，其中聚烯烃、导向协调剂、树脂、石墨烯改性剂、阻燃剂的物质质量比为（3‑6）：（1‑3）:7：（2‑4）:2。本发明导向协调剂以聚烯烃配合树脂和阻燃剂等组成，采用纳米二氧化硅经过壳聚糖水溶液、硅烷偶联剂等原料复配处理，硅溶胶提高原料活性，而葡萄糖醛酸内酯、甲醛提供活性基团，经过改性的纳米二氧化硅，由于比表面积大，在复合材料中可复配石墨烯改性剂，起到协同增效的效果，石墨烯由于片状结构，负载羟基磷灰石，可包覆火源，增强阻燃效果。
Description
技术领域
本发明涉及聚烯烃材料技术领域，具体涉及一种阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法。
背景技术
聚烯烃通常指由乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烃以及某些环烯烃单独聚合或共聚合而得到的一类热塑性树脂的总称。由于原料丰富，价格低廉，容易加工成型，综合性能优良，因此是一类产量最大 ，应用十分广泛的高分子材料。其中以聚乙烯、聚丙烯最为重要。主要品种有聚乙烯以及以乙烯为基础的一些共聚物，如乙烯-醋酸乙烯共聚物，乙烯-丙烯酸或丙烯酸酯的共聚物，还有聚丙烯和一些丙烯共聚物、聚1-丁烯、聚4-甲基-1-戊烯、环烯烃聚合物。
现有的聚烯烃复合材料阻燃性能得到优化改进，但是易降低其耐腐性能，从而导致阻燃、耐腐性能不协调，基于此，本发明对其进一步的协调改进处理。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明提供了一种阻燃聚烯烃复合材料，所述复合材料包括聚烯烃、导向协调剂、树脂、石墨烯改性剂、阻燃剂，其中聚烯烃、导向协调剂、树脂、石墨烯改性剂、阻燃剂的物质质量比为（3-6）：（1-3）:7：（2-4）:2。
优选地，所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯中的一种，所述树脂为热塑性聚氨酯、阻燃剂为氢氧化铝、贝壳粉中的一种。
优选地，所述导向协调剂的制备方法为：
S01：将纳米二氧化硅按照重量比1:6加入到壳聚糖水溶液中，随后加入纳米二氧化硅总量5-10%的硅烷偶联剂、1-5%的硅溶胶，搅拌充分，得到复配纳米二氧化硅液；
S02：将1-3份葡萄糖醛酸内酯加入到10-15份乙醇溶剂中，随后再加入1-3份甲醛、0.2-0.4份过硫酸铵，搅拌充分，得到添加处理剂；
S03：添加处理剂按照重量比1:5加入到S01产物中，搅拌充分，最后水洗、干燥，得到导向协调剂。
优选地，所述壳聚糖水溶液的质量分数为10-15%。
优选地，所述硅烷偶联剂为偶联剂KH560。
优选地，所述石墨烯改性剂的制备方法为：
S01：将石墨烯加入到3-5倍的质量分数为10-20%的海藻酸钠溶液中，然后加入石墨烯总量10-20%的十六烷基三甲基溴化铵、1-5%的草酸钠，搅拌均匀，最后水洗、干燥，得到预处理石墨烯；
S02：将预处理石墨烯按照重量比1:5加入到复配改性剂中，搅拌反应处理，反应结束，得到石墨烯改性剂。
优选地，所述S02搅拌反应处理的搅拌温度为45-55℃，搅拌时间为30-40min，搅拌转速为400-500r/min。
优选地，所述复配改性剂的制备方法为：
羟基磷灰石送入到3-5倍的氯化镧溶液中，然后加入羟基磷灰石总量5-10%的烷基磺酸钠、1-5%的盐酸溶液，搅拌充分，得到复配改性剂。
优选地，所述盐酸溶液、氯化镧溶液的质量分数为5-10%、10-20%。
本发明还提供了一种阻燃聚烯烃复合材料的制备方法，包括以下步骤：将原料依次加入到密炼机中密炼，密炼5-10min，密炼结束，挤出、造粒，得到阻燃聚烯烃复合材料。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明导向协调剂以聚烯烃配合树脂和阻燃剂等组成，采用纳米二氧化硅经过壳聚糖水溶液、硅烷偶联剂等原料复配处理，硅溶胶提高原料活性，而葡萄糖醛酸内酯、甲醛提供活性基团，经过改性的纳米二氧化硅，由于比表面积大，在复合材料中可复配石墨烯改性剂，起到协同增效的效果，石墨烯由于片状结构，负载羟基磷灰石，可包覆火源，增强阻燃效果，同时石墨烯配合的羟基磷灰石，能够协同配合纳米二氧化硅，增强防腐效能，二者协配，共同增强了产品的防腐、阻燃性能。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
本实施例的一种阻燃聚烯烃复合材料，所述复合材料包括聚烯烃、导向协调剂、树脂、石墨烯改性剂、阻燃剂，其中聚烯烃、导向协调剂、树脂、石墨烯改性剂、阻燃剂的物质质量比为（3-6）：（1-3）:7：（2-4）:2。
本实施例的聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯中的一种，所述树脂为热塑性聚氨酯、阻燃剂为氢氧化铝、贝壳粉中的一种。
本实施例的导向协调剂的制备方法为：
S01：将纳米二氧化硅按照重量比1:6加入到壳聚糖水溶液中，随后加入纳米二氧化硅总量5-10%的硅烷偶联剂、1-5%的硅溶胶，搅拌充分，得到复配纳米二氧化硅液；
S02：将1-3份葡萄糖醛酸内酯加入到10-15份乙醇溶剂中，随后再加入1-3份甲醛、0.2-0.4份过硫酸铵，搅拌充分，得到添加处理剂；
S03：添加处理剂按照重量比1:5加入到S01产物中，搅拌充分，最后水洗、干燥，得到导向协调剂。
本实施例的壳聚糖水溶液的质量分数为10-15%。
本实施例的硅烷偶联剂为偶联剂KH560。
本实施例的石墨烯改性剂的制备方法为：
S01：将石墨烯加入到3-5倍的质量分数为10-20%的海藻酸钠溶液中，然后加入石墨烯总量10-20%的十六烷基三甲基溴化铵、1-5%的草酸钠，搅拌均匀，最后水洗、干燥，得到预处理石墨烯；
S02：将预处理石墨烯按照重量比1:5加入到复配改性剂中，搅拌反应处理，反应结束，得到石墨烯改性剂。
本实施例的S02搅拌反应处理的搅拌温度为45-55℃，搅拌时间为30-40min，搅拌转速为400-500r/min。
本实施例的复配改性剂的制备方法为：
羟基磷灰石送入到3-5倍的氯化镧溶液中，然后加入羟基磷灰石总量5-10%的烷基磺酸钠、1-5%的盐酸溶液，搅拌充分，得到复配改性剂。
本实施例的盐酸溶液、氯化镧溶液的质量分数为5-10%、10-20%。
本实施例的一种阻燃聚烯烃复合材料的制备方法，包括以下步骤：将原料依次加入到密炼机中密炼，密炼5-10min，密炼结束，挤出、造粒，得到阻燃聚烯烃复合材料。
实施例1
本实施例的一种阻燃聚烯烃复合材料，所述复合材料包括聚烯烃、导向协调剂、树脂、石墨烯改性剂、阻燃剂，其中聚烯烃、导向协调剂、树脂、石墨烯改性剂、阻燃剂的物质质量比为3：1:7：2:2。
本实施例的聚烯烃为聚乙烯，所述树脂为热塑性聚氨酯、阻燃剂为氢氧化铝。
本实施例的导向协调剂的制备方法为：
S01：将纳米二氧化硅按照重量比1:6加入到壳聚糖水溶液中，随后加入纳米二氧化硅总量5%的硅烷偶联剂、1%的硅溶胶，搅拌充分，得到复配纳米二氧化硅液；
S02：将1份葡萄糖醛酸内酯加入到10份乙醇溶剂中，随后再加入1份甲醛、0.2份过硫酸铵，搅拌充分，得到添加处理剂；
S03：添加处理剂按照重量比1:5加入到S01产物中，搅拌充分，最后水洗、干燥，得到导向协调剂。
本实施例的壳聚糖水溶液的质量分数为10%。
本实施例的硅烷偶联剂为偶联剂KH560。
本实施例的石墨烯改性剂的制备方法为：
S01：将石墨烯加入到3倍的质量分数为10%的海藻酸钠溶液中，然后加入石墨烯总量10%的十六烷基三甲基溴化铵、1%的草酸钠，搅拌均匀，最后水洗、干燥，得到预处理石墨烯；
S02：将预处理石墨烯按照重量比1:5加入到复配改性剂中，搅拌反应处理，反应结束，得到石墨烯改性剂。
本实施例的S02搅拌反应处理的搅拌温度为45℃，搅拌时间为30min，搅拌转速为400r/min。
本实施例的复配改性剂的制备方法为：
羟基磷灰石送入到3倍的氯化镧溶液中，然后加入羟基磷灰石总量5%的烷基磺酸钠、1%的盐酸溶液，搅拌充分，得到复配改性剂。
本实施例的盐酸溶液、氯化镧溶液的质量分数为5%、10%。
本实施例的一种阻燃聚烯烃复合材料的制备方法，包括以下步骤：将原料依次加入到密炼机中密炼，密炼5min，密炼结束，挤出、造粒，得到阻燃聚烯烃复合材料。
实施例2
本实施例的一种阻燃聚烯烃复合材料，所述复合材料包括聚烯烃、导向协调剂、树脂、石墨烯改性剂、阻燃剂，其中聚烯烃、导向协调剂、树脂、石墨烯改性剂、阻燃剂的物质质量比为6：3:7：4:2。
本实施例的聚烯烃为聚乙烯，所述树脂为热塑性聚氨酯、阻燃剂为氢氧化铝。
本实施例的导向协调剂的制备方法为：
S01：将纳米二氧化硅按照重量比1:6加入到壳聚糖水溶液中，随后加入纳米二氧化硅总量10%的硅烷偶联剂、5%的硅溶胶，搅拌充分，得到复配纳米二氧化硅液；
S02：将3份葡萄糖醛酸内酯加入到15份乙醇溶剂中，随后再加入3份甲醛、0.4份过硫酸铵，搅拌充分，得到添加处理剂；
S03：添加处理剂按照重量比1:5加入到S01产物中，搅拌充分，最后水洗、干燥，得到导向协调剂。
本实施例的壳聚糖水溶液的质量分数为15%。
本实施例的硅烷偶联剂为偶联剂KH560。
本实施例的石墨烯改性剂的制备方法为：
S01：将石墨烯加入到5倍的质量分数为20%的海藻酸钠溶液中，然后加入石墨烯总量20%的十六烷基三甲基溴化铵、5%的草酸钠，搅拌均匀，最后水洗、干燥，得到预处理石墨烯；
S02：将预处理石墨烯按照重量比1:5加入到复配改性剂中，搅拌反应处理，反应结束，得到石墨烯改性剂。
本实施例的S02搅拌反应处理的搅拌温度为55℃，搅拌时间为40min，搅拌转速为500r/min。
本实施例的复配改性剂的制备方法为：
羟基磷灰石送入到5倍的氯化镧溶液中，然后加入羟基磷灰石总量10%的烷基磺酸钠、5%的盐酸溶液，搅拌充分，得到复配改性剂。
本实施例的盐酸溶液、氯化镧溶液的质量分数为10%、20%。
本实施例的一种阻燃聚烯烃复合材料的制备方法，包括以下步骤：将原料依次加入到密炼机中密炼，密炼10min，密炼结束，挤出、造粒，得到阻燃聚烯烃复合材料。
实施例3
本实施例的一种阻燃聚烯烃复合材料，所述复合材料包括聚烯烃、导向协调剂、树脂、石墨烯改性剂、阻燃剂，其中聚烯烃、导向协调剂、树脂、石墨烯改性剂、阻燃剂的物质质量比为4.5：2:7：3:2。
本实施例的聚烯烃为聚乙烯，所述树脂为热塑性聚氨酯、阻燃剂为氢氧化铝。
本实施例的导向协调剂的制备方法为：
S01：将纳米二氧化硅按照重量比1:6加入到壳聚糖水溶液中，随后加入纳米二氧化硅总量7.5%的硅烷偶联剂、3%的硅溶胶，搅拌充分，得到复配纳米二氧化硅液；
S02：将2份葡萄糖醛酸内酯加入到12.5份乙醇溶剂中，随后再加入2份甲醛、0.3份过硫酸铵，搅拌充分，得到添加处理剂；
S03：添加处理剂按照重量比1:5加入到S01产物中，搅拌充分，最后水洗、干燥，得到导向协调剂。
本实施例的壳聚糖水溶液的质量分数为12.5%。
本实施例的硅烷偶联剂为偶联剂KH560。
本实施例的石墨烯改性剂的制备方法为：
S01：将石墨烯加入到4倍的质量分数为15%的海藻酸钠溶液中，然后加入石墨烯总量15%的十六烷基三甲基溴化铵、3%的草酸钠，搅拌均匀，最后水洗、干燥，得到预处理石墨烯；
S02：将预处理石墨烯按照重量比1:5加入到复配改性剂中，搅拌反应处理，反应结束，得到石墨烯改性剂。
本实施例的S02搅拌反应处理的搅拌温度为50℃，搅拌时间为35min，搅拌转速为450r/min。
本实施例的复配改性剂的制备方法为：
羟基磷灰石送入到4倍的氯化镧溶液中，然后加入羟基磷灰石总量7.5%的烷基磺酸钠、3%的盐酸溶液，搅拌充分，得到复配改性剂。
本实施例的盐酸溶液、氯化镧溶液的质量分数为7.5%、15%。
本实施例的一种阻燃聚烯烃复合材料的制备方法，包括以下步骤：将原料依次加入到密炼机中密炼，密炼7.5min，密炼结束，挤出、造粒，得到阻燃聚烯烃复合材料。
对比例1
与实施例3不同是未添加导向协调剂。
对比例2
与实施例3不同是导向协调剂的制备中未加入添加处理剂。
对比例3
与实施例3不同是导向协调剂采用纳米二氧化硅代替。
对比例4
与实施例3不同是未添加石墨烯改性剂。
对比例5
与实施例3不同是石墨烯改性剂制备中未加入复配改性剂。
对比例6
与实施例3不同是复配改性剂采用羟基磷灰石代替。
实施例1-3及对比例1-6性能测量结果如下；
从实施例1-3及对比例1-6中得出，
实施例3的产品具有优异的阻燃和耐腐性能，未添加导向协调剂、未添加石墨烯改性剂，产品的耐腐条件下，阻燃性能显著降低，导向协调剂、石墨烯改性剂协同增效，共同增强产品的耐腐、阻燃性能，一体化协调改进；
导向协调剂的制备中未加入添加处理剂、导向协调剂采用纳米二氧化硅代替，石墨烯改性剂制备中未加入复配改性剂、复配改性剂采用羟基磷灰石代替，产品的性能均有变差，采用本发明的方法制备的导向协调剂、石墨烯改性剂效果最为显著，采用其他方法代替均不如本发明的效果显著。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (8)
1.一种阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于，所述复合材料包括聚烯烃、导向协调剂、树脂、石墨烯改性剂、阻燃剂，其中聚烯烃、导向协调剂、树脂、石墨烯改性剂、阻燃剂的物质质量比为（3-6）：（1-3）:7：（2-4）:2；
所述导向协调剂的制备方法为：
S01：将纳米二氧化硅按照重量比1:6加入到壳聚糖水溶液中，随后加入纳米二氧化硅总量5-10%的硅烷偶联剂、1-5%的硅溶胶，搅拌充分，得到复配纳米二氧化硅液；
S02：将1-3份葡萄糖醛酸内酯加入到10-15份乙醇溶剂中，随后再加入1-3份甲醛、0.2-0.4份过硫酸铵，搅拌充分，得到添加处理剂；
S03：添加处理剂按照重量比1:5加入到S01产物中，搅拌充分，最后水洗、干燥，得到导向协调剂；
石墨烯改性剂的制备方法为：
S01：将石墨烯加入到3-5倍的质量分数为10-20%的海藻酸钠溶液中，然后加入石墨烯总量10-20%的十六烷基三甲基溴化铵、1-5%的草酸钠，搅拌均匀，最后水洗、干燥，得到预处理石墨烯；
S02：将预处理石墨烯按照重量比1:5加入到复配改性剂中，搅拌反应处理，反应结束，得到石墨烯改性剂。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于，所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯中的一种，所述树脂为热塑性聚氨酯、阻燃剂为氢氧化铝、贝壳粉中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于，所述壳聚糖水溶液的质量分数为10-15%。
4.根据权利要求1所述的一种阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂为偶联剂KH560。
5.根据权利要求1所述的一种阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于，所述石墨烯改性剂的制备中S02搅拌反应处理的搅拌温度为45-55℃，搅拌时间为30-40min，搅拌转速为400-500r/min。
6.根据权利要求1所述的一种阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于，所述复配改性剂的制备方法为：
羟基磷灰石送入到3-5重量倍的氯化镧溶液中，然后加入羟基磷灰石总重量5-10%的烷基磺酸钠、1-5%的盐酸溶液，搅拌充分，得到复配改性剂。
7.根据权利要求6所述的一种阻燃聚烯烃复合材料，其特征在于，所述盐酸溶液、氯化镧溶液的质量分数为5-10%、10-20%。
8.一种如权利要求1-7任一项所述阻燃聚烯烃复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将聚烯烃、导向协调剂、树脂、石墨烯改性剂、阻燃剂按照物质质量比（3-6）：（1-3）:7：（2-4）:2进行原料称取；然后将原料依次加入到密炼机中密炼，密炼5-10min，密炼结束，挤出、造粒，得到阻燃聚烯烃复合材料。
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