[发明专利]一种纳米无卤阻燃聚烯烃材料及其制备方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及纳米无卤阻燃聚烯烃复合材料技术领域，具体地说，是一种纳米无卤阻燃聚烯烃材料及其制备方法。

【背景技术】

聚烯烃是以烯烃为主的所有均聚物、共聚物及其混合物的总称。聚烯烃由于质轻、无毒、价格低廉，加工性好，被广泛用于电器、化工、食品、机械、交通等行业，成为国民经济中不可缺少的化工产品之一。但由于聚烯烃是易燃材料，氧指数小于18，且燃烧发烟量大，产生大量的熔滴，极易传播火焰，使其应用受到很大的限制。对聚烯烃阻燃改性是拓宽其领域的重要手段。传统的阻燃聚烯烃的阻燃剂是卤素阻燃剂，并与三氧化二锑配合使用，另外还有无机含水化合物以及磷系阻燃剂，如氢氧化铝、氢氧化镁、红磷等。众所周知，卤系阻燃剂在燃烧时会放出有毒的气体，某些溴系阻燃剂会形成有毒致癌的PBDD及PBDF，这对人体和环境的危害远远大于火灾本身；无机含水化合物(如氢氧化铝)的填充量常常大于50％才能达到阻燃效果，但高的填充量破坏了材料的力学性能；磷系的阻燃剂主要用于含氧高聚物的阻燃，磷系阻燃剂中的红磷由于颜色重，不适合颜色要求高的产品中。

膨胀型阻燃剂是一种环保的绿色阻燃剂，不含卤素，也不采用氧化锑为协同剂，其体系自身具有协同的效果。含膨胀型阻燃剂的材料在燃烧时表面生成炭质泡沫层，起到隔热、隔氧、抑烟、防熔滴的功效，具有优良的阻燃性能，且低烟、低毒、无腐蚀性气体产生，符合未来阻燃剂的研究开发方向。膨胀型阻燃剂已经成为近年来国内外最为活跃的阻燃剂研究领域之一。中国专利公开号CN101508809A公开了一种无卤膨胀型阻燃聚烯烃复合材料，再添加15～25％的阻燃剂的情况下，氧指数达到33左右。但是，由于阻燃剂添加量大，对所阻燃的聚烯烃材料会造成力学性能的下降，中国专利CN100365051C公开了一种增强增韧的阻燃聚烯烃材料制备方法，使用有机蒙脱土和溴系阻燃剂，其力学性能和阻燃性能均达到较好效果，但使用的含卤素的阻燃剂，易产生有毒的烟气。

【发明内容】

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种纳米无卤阻燃聚烯烃材料及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种纳米无卤阻燃聚烯烃材料，由聚烯烃、纳米粒子、膨胀性阻燃剂、分散剂组成，其组分重量分数为：

所述的膨胀型阻燃剂是多组分的膨胀型阻燃剂或是单组份的膨胀型阻燃剂。多组分的膨胀型阻燃剂是由含酸源、气源、碳源物质的两种及两种以上组成的。其中酸源是无机酸或是加热条件下产生无机酸的物质，如磷酸、硫酸、硼酸、磷酸铵、聚磷酸铵、脲磷酸盐、磷酸三苯酯、芳基磷酸酯等；碳源是富碳的多羟基物质，如淀粉、山梨醇、季戊四醇及其双聚多聚体、酚醛树脂等；气源是一些加热产生不燃性气体的物质，如，脲、脲醛树脂、双氰胺、三聚氰胺、聚磷酸铵等。单组份的阻燃剂是将酸源、气源、碳源为一体的大分子膨胀型阻燃剂。

所述的纳米粒子是指纳米二氧化硅、纳米氧化铝、纳米氧化锌、纳米碳酸钙、有机改性层状蒙脱土、纳米二氧化锰、纳米二氧化钛、层状双氢氧化物、碳纳米管、纳米分子筛等。

所述的分散剂是指液体石蜡、聚乙烯蜡、微晶石蜡、乙烯-醋酸乙烯共聚物、硬脂酸及其盐类。

一种纳米无卤阻燃聚烯烃材料的制备方法，包括以下步骤：

将聚烯烃、膨胀型阻燃剂、纳米粒子真空干燥后，将聚烯烃、膨胀型阻燃剂、纳米粒子、分散剂在高速混合机中混合均匀，经过螺杆挤出机混合塑化并造粒，挤出混炼温度为120～300℃；最后在100～300℃下经挤出或注塑或模压成型，得到纳米无卤阻燃聚烯烃材料。

膨胀型阻燃剂是由酸源、碳源、气源三组分组成的。膨胀炭层有以下步骤形成：①在温度较低时酸源分解产生能酯化多元醇和可作为脱水剂的无机酸；②在稍高释放无机酸的温度下，无机酸与碳源进行酯化反应，体系中的胺作为酯化反应的催化剂使酯化反应加速进行；③体系在酯化反应前或酯化过程中熔化；④反应过程产生的水蒸气和气源分解产生的惰性气体使处于熔融状态的体系膨胀发泡，与此同时，多元醇和酯脱水炭化，形成无机物及炭残余物，且体系进一步膨胀发泡；⑤反应接近完成时，体系胶化和固化，最后形成多孔泡沫炭层。这泡沫炭层阻隔了热量的传递和氧气的扩散，有效地阻止聚合物熔融滴落行为，防止了挥发性可燃成分的产生，从而起到中断聚合物燃烧的目的。