CN107778663B - 一种蒙脱土复合阻燃材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蒙脱土复合阻燃材料及其制备方法，该蒙脱土复合阻燃材料，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂60‑80份、改性蒙脱土1‑3份、含磷阻燃剂2‑5份、阻燃协效剂1‑2份、相容剂1‑5份和抗氧剂0.1‑0.5份。本发明复合材料通过特定的组分组成，各组分之间协同发挥作用，其燃烧后不产生有毒有害气体，不危害人体，不污染环境，其制备工艺简便，成本低廉，可适用于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于复合阻燃材料技术领域，具体涉及一种蒙脱土复合阻燃材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(Polypropylene，缩写为PP)，作为一种质轻，无毒，价廉的通用塑料，具有来源广，密度低，力学性能好、绝缘性能优、耐应力、耐腐蚀及易加工成型等优点，广泛应用于电器、化工、机械、防治、食品包装等行业。由于聚丙烯属于碳氢类材料，其氧指数仅在17.4-18.5％，易燃且燃烧速度快，并在燃烧中产生大量熔滴，极易传播火焰，给人们的生产生活带来诸多隐患。为了克服这一缺点，人们往往在聚丙烯中添加各种阻燃剂。目前市场上的阻燃聚丙烯复合材料仍大量采用卤/锑阻燃体系，此类材料燃烧时会产生大量有毒烟雾，不仅造成仪器设备的腐蚀，还会阻碍救援人员及受灾人员的转移。除此之外，无机阻燃剂如氢氧化铝、氢氧化镁等也被大量应用，尽管此类阻燃剂无毒环保，但其添加量过大，影响了材料的力学性能。因此，目前阻燃剂开发的重点阻燃剂本身无毒环保，添加量少，且燃烧时不会产生烟雾、腐蚀气体及有害物质。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种蒙脱土复合阻燃材料及其制备方法，可有效解决现有的聚丙烯材料中添加阻燃剂，其添加量多，且制成的复合材料燃烧后会产生大量有毒烟雾，阻燃效果差，环境不友好的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种蒙脱土复合阻燃材料，包括以下重量份的组分：
聚丙烯树脂60-80份、改性蒙脱土1-3份、含磷阻燃剂2-5份、阻燃协效剂1-2份、相容剂1-5份和抗氧剂0.1-0.5份；
其中，改性蒙脱土通过以下方法制备得到：
将蒙脱土加入80-90℃水中，超声分散0.5-1h，制得浓度为5-10wt％的蒙脱土分散液，然后加入插层剂和质子化剂，控制温度为80-90℃，继续超声分散0.5-1h，然后过滤，得第一沉淀，将第一沉淀置于烧杯中，加入80-90℃水，搅拌0.5-1h，过滤，得第二沉淀，将第二沉淀置于烧杯中，加入80-90℃水，搅拌0.5-1h，过滤，得第三沉淀，将第三沉淀置于烧杯中，加入80-90℃水，搅拌0.5-1h，过滤，最后干燥，制得改性蒙脱土。
含磷阻燃剂为二苯基膦、二苯基膦氧、三苯基膦和1-氧基磷杂-4-羟甲基-2,6,7-三氧杂双环中的一种或几种混合。
进一步地，一种蒙脱土复合阻燃材料，包括以下重量份的组分：
聚丙烯树脂70份、改性蒙脱土2份、含磷阻燃剂3份、阻燃协效剂1份、相容剂2份和抗氧剂0.3份。
进一步地，插层剂为十六烷基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基溴化铵、二甲基十八烷基溴化铵、二甲基苯乙基十二烷基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基-苄基-二甲基氯化铵中的一种或几种混合。
进一步地，质子化剂为硫酸、盐酸、磷酸、间苯二酸和邻苯二酸中的一种或几种混合。
进一步地，蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为10-30:10-30:0.4-0.6。
进一步地，蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为25:20:0.5。
进一步地，阻燃协效剂为硼酸锌或氧化锌。
进一步地，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
进一步地，抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1024和抗氧剂300中的一种或几种混合。
上述蒙脱土复合阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为5-10:2-5混合，然后加入含磷阻燃剂，混合，在100-120℃条件下超声分散1-2h，再于50-60℃条件下干燥1-2h；
(2)将聚丙烯树脂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂和步骤(1)所得物混匀，经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料。
本发明提供的蒙脱土复合阻燃材料及其制备方法，具有以下有益效果：
(1)蒙脱土主要成分为蒙脱石，由两层Si-O四面体和一层Al-O八面体组成的层状硅酸盐晶体，具有很大的宽厚比，但蒙脱土与聚丙烯难以混合，蒙脱土的作用就难以发挥出来，经过对蒙脱土改性，可将其层间由亲水疏油变为亲油疏水，增强了与有机物的相容性，因此，蒙脱土能很好的分散于聚丙烯中发挥作用，起到良好的阻燃效果和抗滴落效果，又能增强抑烟效果。
(2)添加含磷阻燃剂，含磷阻燃剂和改性蒙脱土结合，进一步改善蒙脱土在聚丙烯中的分散性，同时还可以增强复合材料的阻燃性和力学性能。
(3)本发明制备的复合材料中还添加了无机阻燃协效剂，可进一步地与改性蒙脱土和含磷阻燃剂起到协同作用，在阻燃效果上性能更佳，同时还能进一步提高复合材料的力学性能。
(4)本发明复合材料通过特定的组分组成，各组分之间协同发挥作用，其燃烧后不产生有毒有害气体，不危害人体，不污染环境，其制备工艺简便，成本低廉，可适用于工业化生产。
具体实施方式
实施例1
一种蒙脱土复合阻燃材料，包括以下重量份的组分：
聚丙烯树脂60份、改性蒙脱土1份、含磷阻燃剂2份、阻燃协效剂1份、相容剂1份和抗氧剂0.1份。
其中，改性蒙脱土通过以下方法制备得到：
将蒙脱土加入90℃水中，超声分散0.5h，制得浓度为5wt％的蒙脱土分散液，然后加入插层剂和质子化剂，控制温度为90℃，继续超声分散0.5h，然后过滤，得第一沉淀，将第一沉淀置于烧杯中，加入90℃水，搅拌0.5h，过滤，得第二沉淀，将第二沉淀置于烧杯中，加入90℃水，搅拌0.5h，过滤，得第三沉淀，将第三沉淀置于烧杯中，加入90℃水，搅拌0.5h，过滤，最后干燥，制得改性蒙脱土；插层剂为十六烷基溴化铵；质子化剂为硫酸；蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为10:10:0.4。
含磷阻燃剂为二苯基膦；阻燃协效剂为硼酸锌；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；抗氧剂为抗氧剂1010。
上述蒙脱土复合阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为5:2混合，然后加入含磷阻燃剂，混合，在100℃条件下超声分散2h，再于50℃条件下干燥2h；
(2)将聚丙烯树脂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂和步骤(1)所得物混匀，经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料。
实施例2
一种蒙脱土复合阻燃材料，包括以下重量份的组分：
聚丙烯树脂80份、改性蒙脱土3份、含磷阻燃剂5份、阻燃协效剂2份、相容剂5份和抗氧剂0.5份。
其中，改性蒙脱土通过以下方法制备得到：
将蒙脱土加入80℃水中，超声分散1h，制得浓度为10wt％的蒙脱土分散液，然后加入插层剂和质子化剂，控制温度为80℃，继续超声分散1h，然后过滤，得第一沉淀，将第一沉淀置于烧杯中，加入80℃水，搅拌0.5h，过滤，得第二沉淀，将第二沉淀置于烧杯中，加入80℃水，搅拌0.5h，过滤，得第三沉淀，将第三沉淀置于烧杯中，加入80℃水，搅拌0.5h，过滤，最后干燥，制得改性蒙脱土；插层剂为十六烷基溴化铵；质子化剂为硫酸；蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为30:30:0.6。
含磷阻燃剂为二苯基膦氧；阻燃协效剂为氧化锌；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；抗氧剂为抗氧剂1076。
上述蒙脱土复合阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为10:5混合，然后加入含磷阻燃剂，混合，在120℃条件下超声分散1h，再于60℃条件下干燥1h；
(2)将聚丙烯树脂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂和步骤(1)所得物混匀，经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料。
实施例3
一种蒙脱土复合阻燃材料，包括以下重量份的组分：
聚丙烯树脂65份、改性蒙脱土1.5份、含磷阻燃剂3份、阻燃协效剂1.3份、相容剂2份和抗氧剂0.2份。
其中，改性蒙脱土通过以下方法制备得到：
将蒙脱土加入80℃水中，超声分散1h，制得浓度为6wt％的蒙脱土分散液，然后加入插层剂和质子化剂，控制温度为80℃，继续超声分散1h，然后过滤，得第一沉淀，将第一沉淀置于烧杯中，加入80℃水，搅拌0.5h，过滤，得第二沉淀，将第二沉淀置于烧杯中，加入80℃水，搅拌0.5h，过滤，得第三沉淀，将第三沉淀置于烧杯中，加入80℃水，搅拌0.5h，过滤，最后干燥，制得改性蒙脱土；插层剂为十六烷基溴化铵；质子化剂为硫酸；蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为15:15:0.45。
含磷阻燃剂为三苯基膦；阻燃协效剂为氧化锌；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；抗氧剂为抗氧剂1024。
上述蒙脱土复合阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为6:3混合，然后加入含磷阻燃剂，混合，在120℃条件下超声分散1h，再于60℃条件下干燥1h；
(2)将聚丙烯树脂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂和步骤(1)所得物混匀，经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料。
实施例4
一种蒙脱土复合阻燃材料，包括以下重量份的组分：
聚丙烯树脂75份、改性蒙脱土2.5份、含磷阻燃剂4份、阻燃协效剂1.8份、相容剂4份和抗氧剂0.4份。
其中，改性蒙脱土通过以下方法制备得到：
将蒙脱土加入80℃水中，超声分散1h，制得浓度为8wt％的蒙脱土分散液，然后加入插层剂和质子化剂，控制温度为80℃，继续超声分散1h，然后过滤，得第一沉淀，将第一沉淀置于烧杯中，加入80℃水，搅拌0.5h，过滤，得第二沉淀，将第二沉淀置于烧杯中，加入80℃水，搅拌0.5h，过滤，得第三沉淀，将第三沉淀置于烧杯中，加入80℃水，搅拌0.5h，过滤，最后干燥，制得改性蒙脱土；插层剂为十六烷基溴化铵；质子化剂为盐酸；蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为25:25:0.55。
含磷阻燃剂为1-氧基磷杂-4-羟甲基-2,6,7-三氧杂双环；阻燃协效剂为氧化锌；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；抗氧剂为抗氧剂300。
上述蒙脱土复合阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为8:4混合，然后加入含磷阻燃剂，混合，在120℃条件下超声分散1h，再于60℃条件下干燥1h；
(2)将聚丙烯树脂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂和步骤(1)所得物混匀，经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料。
实施例5
一种蒙脱土复合阻燃材料，包括以下重量份的组分：
聚丙烯树脂70份、改性蒙脱土2份、含磷阻燃剂3份、阻燃协效剂1份、相容剂2份和抗氧剂0.3份。
其中，改性蒙脱土通过以下方法制备得到：
将蒙脱土加入80℃水中，超声分散1h，制得浓度为8wt％的蒙脱土分散液，然后加入插层剂和质子化剂，控制温度为80℃，继续超声分散1h，然后过滤，得第一沉淀，将第一沉淀置于烧杯中，加入80℃水，搅拌0.5h，过滤，得第二沉淀，将第二沉淀置于烧杯中，加入80℃水，搅拌0.5h，过滤，得第三沉淀，将第三沉淀置于烧杯中，加入80℃水，搅拌0.5h，过滤，最后干燥，制得改性蒙脱土；插层剂为十六烷基溴化铵；质子化剂为盐酸；蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为25:20:0.5。
含磷阻燃剂为二苯基膦；阻燃协效剂为氧化锌；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；抗氧剂为抗氧剂1010。
上述蒙脱土复合阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为8:3混合，然后加入含磷阻燃剂，混合，在120℃条件下超声分散1h，再于60℃条件下干燥1h；
(2)将聚丙烯树脂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂和步骤(1)所得物混匀，经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料。
对比例1
对比例1与实施例5不同之处在于，组分中不含含磷阻燃剂，其余与实施例5相同。
对比例2
对比例2与实施例5不同之处在于，组分中不含阻燃协效剂，其余与实施例5相同。
对比例3
对比例3与实施例5不同之处在于，组分中不含含磷阻燃剂和阻燃协效剂，其余与实施例5相同。
对比例4
对比例4与实施例5不同之处在于，蒙脱土不进行改性，其余与实施例5相同。
对比例5
对比例5与实施例5不同之处在于，制备方法为将各组分混合，经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料，组分与实施例5相同。
对实施例1-5及对比例1-5制备的复合材料力学性能及阻燃性能的效果进行测定，按GB/T 1040-2006标准进行拉伸强度测试，按GB/T 9341-2008标准进行了弯曲性能的测试，按GB/T 1043-2008标准进行冲击性能测试，按GB/T 8924标准进行氧指数的测试，按ASTM标准进行垂直燃烧测试，测试结果见下表。
由上表可知，实施例1-5制备的复合材料其力学性能和阻燃性能均比对比例1-5要好，尤其是在阻燃性能方面实施例1-5明显比对比例1-5优异很多。本发明制备的复合材料燃烧后产生的烟雾很少，也不会产生大量熔滴，也没有毒性，不会给人们带来危害，对环境友好。由上表还可知，本发明各组分之间相互协同作用，在明显提高其阻燃性能的同时，在力学方面也得以提高。
Claims (9)
1.一种蒙脱土复合阻燃材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：
聚丙烯树脂60-80份、改性蒙脱土1-3份、含磷阻燃剂2-5份、氧化锌1-2份、相容剂1-5份和抗氧剂0.1-0.5份；
其中，改性蒙脱土通过以下方法制备得到：
将蒙脱土加入80-90℃水中，超声分散0.5-1h，制得浓度为5-10wt％的蒙脱土分散液，然后加入插层剂和质子化剂，控制温度为80-90℃，继续超声分散0.5-1h，然后过滤，得第一沉淀，将第一沉淀置于烧杯中，加入80-90℃水，搅拌0.5-1h，过滤，得第二沉淀，将第二沉淀置于烧杯中，加入80-90℃水，搅拌0.5-1h，过滤，得第三沉淀，将第三沉淀置于烧杯中，加入80-90℃水，搅拌0.5-1h，过滤，最后干燥，制得改性蒙脱土；
含磷阻燃剂为二苯基膦、二苯基膦氧、三苯基膦和1-氧基磷杂-4-羟甲基-2,6,7-三氧杂双环中的一种或几种混合。
2.根据权利要求1所述的蒙脱土复合阻燃材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：
聚丙烯树脂70份、改性蒙脱土2份、含磷阻燃剂3份、氧化锌1份、相容剂2份和抗氧剂0.3份。
3.根据权利要求1或2所述的蒙脱土复合阻燃材料，其特征在于，插层剂为十六烷基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基溴化铵、二甲基十八烷基溴化铵、二甲基苯乙基十二烷基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基-苄基-二甲基氯化铵中的一种或几种混合。
4.根据权利要求1或2所述的蒙脱土复合阻燃材料，其特征在于，质子化剂为硫酸、盐酸、磷酸、间苯二酸和邻苯二酸中的一种或几种混合。
5.根据权利要求1或2所述的蒙脱土复合阻燃材料，其特征在于，蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为10-30:10-30:0.4-0.6。
6.根据权利要求5所述的蒙脱土复合阻燃材料，其特征在于，蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为25:20:0.5。
7.根据权利要求1或2所述的蒙脱土复合阻燃材料，其特征在于，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
8.根据权利要求1或2所述的蒙脱土复合阻燃材料，其特征在于，抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1024和抗氧剂300中的一种或几种混合。
9.如权利要求1-8任一项所述的蒙脱土复合阻燃材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将改性蒙脱土和四氢呋喃按重量比为5-10:2-5混合，然后加入含磷阻燃剂，混合，在100-120℃条件下超声分散1-2h，再于50-60℃条件下干燥1-2h；
(2)将聚丙烯树脂、阻燃协效剂、相容剂、抗氧剂和步骤(1)所得物混匀，经螺杆挤出机挤出造粒制得蒙脱土复合阻燃材料。
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