[发明专利]一种超高分子量阻燃型聚乙烯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚合物复合材料及其制备技术领域，特别涉及高性能超高分子量阻燃聚乙烯及其制备方法。

背景技术

超高分子量聚乙烯是一种具有优异综合性能的热塑性工程塑料，具有摩擦系数小、磨耗低、耐化学药品、耐冲击等优良性能，具有十分重要的实用价值。其中摩擦系数小、磨耗低、抗应力开裂性能在UHMWPE应用中最为重要。这些优良性能使其广泛应用于煤炭、军事、体育、建筑、医疗、化工、纺织、造纸、农业等领域。然而在应用中存在阻燃性能较差的缺点，因此，有必要改善其阻燃性能。

红磷又称赤磷，是一种目前广泛使用的无机阻燃剂。红磷外观为紫红色粉末，不溶于水、稀酸及有机溶剂，微溶于无水乙醇，能溶于氢氧化钠水溶液和三溴化磷。红磷的活性较黄磷低，在空气中不自燃，在常温及干燥条件下能非常稳定的存在。红磷在受热时会氧化，在有水条件下氧化磷会迅速转化为生成H₃PO₂、H₃PO₃、H₃PO₄等，这些混磷酸覆盖在高聚物的表面，能够形成隔离层，起到屏蔽氧气的作用。同时，在高温条件下，上述混磷酸能够使高聚物脱水炭化，从而在高聚物的表面形成玻璃炭化层，既隔断了与空气中氧气的接触，又能够在较高温度下保持稳定，起到了很好的阻燃作用。

但是，红磷作为阻燃剂使用也存在着一些缺点，如：红磷具有较强的吸湿性，在空气中容易吸收水分生成H₃PO₂、H₃PO₃、H₃PO₄等物质，导致红磷变粘失去流动性，而生成的磷酸吸湿性更强，长期放置后红磷会腐蚀被阻燃基材表面，使其失去原有光泽和性能，红磷的吸湿性和表面的不稳定性会对塑料制品的物理性能产生消极影响。另外，与聚合物材料相容性较差，难以分散，影响材料最终性能。以上缺点极大的限制了红磷的使用，因而需对红磷进行处理，来增加它的稳定性和相容性，改善缺点，增加其应用范围。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：红磷存在的容易吸湿、与聚合物材料相容性差的缺点，为解决这一技术问题，本发明采用聚硅氧烷对红磷进行包覆制备微胶囊红磷，并将其添加到超高分子量聚乙烯中以改善其阻燃性能，具体技术方案为：

提供一种超高分子量阻燃型聚乙烯复合材料，复合材料中各组分按重量百分数计算为：

其中，阻燃剂为聚硅氧烷包覆红磷的微胶囊和碳纳米管的混合物，两者质量比为1:9～9:1；抗氧剂为1010、168；成核剂为硬脂酸锌。

本发明还提供了一种上述复合材料的制备方法，具体步骤为：

(1)采用水解缩合法制备出聚硅氧烷包覆红磷的微胶囊：

将正硅酸乙酯、酸、无水乙醇和水按一定比例加入反应釜中，65℃下水解30～60min后加入封端剂单体和红磷，继续反应4～5h后得到聚硅氧烷包覆红磷的微胶囊阻燃剂，25℃真空烘箱烘干待用，

其中，封端剂单体为KH570，酸作为水解促进剂，具体选自盐酸、乙酸或者盐酸和乙酸的混合物，

上述正硅酸乙酯和封端剂单体的摩尔比为0.6～0.8，

作为优选：本步骤中，在反应体系内加入的是红磷微粉，在不影响聚硅氧烷的缩合反应的同时，在聚硅氧烷的缩聚反应过程中对红磷形成微胶囊包覆；

(2)按重量百分比将阻燃剂、抗氧剂、成核剂、PP-g-MAH、超高分子量聚乙烯加入到密炼机中加工混合混匀，得到改性UHMWPE，

密炼机中的加工温度190℃，加工时间为5min。

本发明的有益效果在于：聚硅氧烷包覆红磷后，在燃烧时会产生协同阻燃效果，可以更好地提高阻燃性能：由于红磷的阻燃机理主要是需要在高温下首先夺取周围的O元素进而反应生成含氧磷酸(主要是偏磷酸)来实现的，但超高分子量聚乙烯这类聚合物中没有氧元素，因此在超高分子量聚乙烯中单独加入红磷阻燃效果较差；而采用聚硅氧烷进行包覆红磷后，充分利用了聚硅氧烷中含有的O元素与红磷生成磷酸，起到阻燃效果。

本发明中所制备的超高分子量阻燃改性聚乙烯的氧指数为22～27，拉伸强度为30～50MPa，克服了红磷容易吸湿、与聚合物材料相容性差的缺点，提高了超高分子量聚乙烯的阻燃性能，以及保障使用的安全性。

附图说明