[发明专利]羟基草酸铝阻燃聚乙烯复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种羟基草酸铝阻燃聚乙烯复合材料，还涉及采用高岭土作为阻燃增效剂的无卤阻燃聚乙烯复合材料。

技术背景

聚乙烯是目前塑料中用量最大的热塑性塑料，具有优良的电绝缘性、耐低温性、易加工成型和足够的力学性能以及优异的化学稳定性和介电性能，已被广泛应用于制作薄膜、日用制品、管材、电线电缆绝缘料与护套料。然而，聚乙烯的氧指数只有18％，属易燃材料，因此聚乙烯的阻燃得到人们的广泛关注。目前，以氢氧化镁(Mg(OH)₂)、氢氧化铝(Al(OH)₃)等无卤阻燃剂对高分子材料进行阻燃的方法，得到普遍重视。当遇火燃烧时，氢氧化物通过吸收热量，产生水与氧化物以抑制燃烧的进行，达到无卤、抑烟的目的。然而，普通无卤阻燃剂只有在高添加量下才能对材料实现实用的阻燃效能，而阻燃剂的高添加量又会使材料韧性变差，强度降低，难以获得阻燃性能好同时韧性好、强度高的聚乙烯无卤阻燃材料。此外，由于氢氧化物阻燃过程中仅通过分解生成水以稀释燃烧气体并带走热量，因此分解失重量较低会造成阻燃效率较低。针对不同高分子材料，提高无卤阻燃材料的失重温度和氧指数是该领域的研究重点之一。中国专利CN 1536000A“用于高分子材料的纳米无机复合阻燃剂”中通过将纳米结构改性后的氢氧化铝与微米氢氧化镁、硼酸锌复配，用于ABS树脂中，使其氧指数由19％提高到26.8％，但该专利中至少需要三种阻燃剂复配。

中国专利CN1247514C“羟基草酸铝及其制备方法、羟基草酸铝作为阻燃剂”提出一种失重温度在340℃，失重率达到51％的羟基草酸铝新型阻燃剂，通过生成51％的水和二氧化碳，提高了该阻燃剂的热吸收效率和可燃气稀释效率。但是由于该阻燃剂在实际应用分解后生成的氧化铝含量较低，造成复合材料所形成的炭层不成型，引起对热量、氧气和分解出的易燃气体的阻隔作用减弱，使得阻燃效率受到影响。因此需要针对不同的聚合物体系添加适合的阻燃增效剂促进炭层成型，以使复合材料达到实用的阻燃性能。

高岭土是以高岭石为主体，由多种黏土矿物组成的含水铝硅酸盐混合体。高岭石矿物晶体构造属1∶1型层状硅酸盐，构造单元层是由两片[(Si-Al)-O]四面体和中间一片[Al-(O，OH)]八面体组成，由于其特殊的结构，该材料不仅可以提高复合材料的力学性能，而且在阻燃方面可以同蒙脱土一样实现增效作用。中国专利2006100508550提出用纳米高岭土代替蒙脱土作为阻燃增效剂，得到高强度、低成本的电缆护套阻燃料。该复合阻燃剂采用微米级氢氧化镁、氢氧化铝及硼酸锌多种阻燃剂配合，在复合阻燃剂添加量为60％时，复合材料的氧指数达到35.8，垂直燃烧达到FV-0等级，然而复合材料的断裂伸长率低于220％，使其阻燃应用由于力学性能的原因受到约束。此外该专利中阻燃剂种类不少于三种，而且各组分的表面性质不尽相同，由此影响其加工中的混合效果。因此，在大批量生产中，为了防止由于混合不均而造成阻燃作用发挥不完全，加工前的预混程度成为影响复合材料性能的又一重要因素，进而繁琐了加工程序。

发明内容

本发明通过羟基草酸铝阻燃剂改性与纳米高岭土复配，克服了羟基草酸铝阻燃剂在实际应用中阻隔作用减弱的缺点，提出一种羟基草酸铝阻燃聚乙烯复合材料；该新型阻燃复合材料避免了多种阻燃剂复配，并且表面改性后的羟基草酸铝阻燃剂与聚合物具有良好的界面相容性，从而使复合材料在保证聚乙烯体系优异的力学性能的同时具有高阻燃效率和优化的阻燃性能。

本发明的主要技术方案：本发明的复合材料含有基体树脂、阻燃剂、增效阻燃剂、抗氧剂和润滑剂，基体树脂为聚乙烯、热塑性弹性体和界面相容剂的共混物，其特征在于，阻燃剂为用钛酸酯偶联剂表面改性后的纳米羟基草酸铝，阻燃增效剂为纳米高岭土，复合材料的各组分的质量份数如下：

基体树脂：         100

纳米羟基草酸铝     100～125

纳米高岭土         6～50

润滑剂             1～3

抗氧剂             1～5

所述的基体树脂中按质量份数计：聚乙烯50～100，热塑性弹性体0～30，界面相容剂0～20。

上述聚乙烯为低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯，其熔融指数为1～8g/10min。

上述热塑性弹性体为三元乙丙橡胶或聚烯烃弹性体，其主要是在无机纳米粒子与聚乙烯之间形成弹性过渡层，从而起到提高复合材料的韧性的作用。