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聚乙烯阻燃材料及其制備方法

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聚乙烯阻燃材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機(jī)高分子材料領(lǐng)域,具體涉及一種阻燃的聚乙烯材料及其制備方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚乙烯為典型的熱塑性塑料,分子是長(zhǎng)鏈線(xiàn)型結(jié)構(gòu)或支結(jié)構(gòu),為典型的結(jié)晶聚合 物,是無(wú)臭、無(wú)味、無(wú)毒的可燃性白色粉末。成型加工的PE樹(shù)脂均是經(jīng)擠出造粒的蠟狀顆粒 料,外觀(guān)呈乳白色。其分子量在1萬(wàn)一Ioa萬(wàn)范圍內(nèi)。分子量超過(guò)10萬(wàn)的則為超高分子量 聚乙烯fUHMWPE3。分子量越高,其物理力學(xué)性能越好,越接近工程材料的要求水平。但分子 量越高,其加工的難度也隨之增大。聚乙烯熔點(diǎn)為10-130C?其耐低溫性能優(yōu)良。在-60°C 下仍可保持良好的力學(xué)性能,但使用溫度在80?IKTC。聚乙烯化學(xué)穩(wěn)定性較好用途廣泛 用于吹塑、擠出、制造薄膜、、纖維和日用雜品其次是管材、電線(xiàn)包裹層、注射成型制品及、工 程塑料等。
[0003] 不足之處PE為易燃品,遇到高溫極易燃燒起火,火災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)成為煙氣毒氣及熱能的 發(fā)生源與傳播媒介。這樣不但給人民的安全生活質(zhì)量及財(cái)產(chǎn)帶來(lái)極大的火災(zāi)隱患也極大限 制了在防火等級(jí)要求較高特殊領(lǐng)域的應(yīng)用(如公共場(chǎng)所、商業(yè)場(chǎng)所、娛樂(lè)、教育場(chǎng)所等人員 密集型場(chǎng)所家具板材)。如北京石景山家居商城大火就是由于家具材料能夠自燃遇火迅速 燃燒使小范圍火場(chǎng)很快蔓延成大范圍的火災(zāi)直到最后失去控制造成人員的傷亡與國(guó)家人 民特大經(jīng)濟(jì)損失。綜上所述目前PE材料急待解決的問(wèn)題是防火等級(jí)的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為滿(mǎn)足市場(chǎng)上需求,本發(fā)明提出一種聚乙烯阻燃材料。
[0005] 本發(fā)明的另一目的是提出所述一種聚乙烯阻燃材料的制備方法。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的,具體技術(shù)方案為:
[0007] -種聚乙烯阻燃材料,由如下質(zhì)量份的成分制備而成:
[0008] 聚乙烯(PE) 70-100,成炭劑10-15,滑石粉8-12份,硼砂10-15,穩(wěn)定劑0? 01-0. 5, 六溴環(huán)十二烷10-30,助溶劑4-10,硼酸鋅15-25,色母0. 1-3,氫氧化物20-40,三氧化二銻 1-10,阻燃聚醚15-20,偶聯(lián)劑0. 05-0. 5,可膨脹石墨10-20,木粉8-15,氫氧化鋁10-20,鈦 白粉5-10,蔗糖5-10,三氧化鉬1-5。
[0009] 其中,所述成炭劑為季戊四醇、丙三醇、乙二醇中的一種或多種;所述穩(wěn)定劑為硬 酯酸鋇、硬脂酸鉛、硬脂酸鈣中的一種或多種;所述溶劑為鄰苯二甲酸二(2-乙基已)酯或 鄰苯二甲酸二(2-丙基庚基)酯,所述氫氧化物為氫氧化鎂和/或氫氧化鋁。
[0010] 優(yōu)選地,所述氫氧化物為氫氧化鎂和氫氧化鋁,二者質(zhì)量比例為1 :〇. 9-1. 1。
[0011] 優(yōu)選地,所述鈦白粉為金紅石型鈦白粉;所述可膨脹石墨顆粒大小為1000目。所 述滑石粉為1250目-2500目大小的顆粒。
[0012] 其中,所述阻燃聚醚采用以下方法制備而得:質(zhì)量份數(shù)分別為1_2、0. 5-0. 8、 I. 4-2. 3、I. 5-3的氟化物、環(huán)氧丁烷、催化劑、聚四氟乙烯、在溫度為500-700、壓力為50? 80MPa、電壓1. 2-2. 0萬(wàn)伏反應(yīng)條件下,經(jīng)過(guò)2-4小時(shí)反應(yīng)得到;
[0013] 其中,所述溴化物為溴化鑭、溴化鈉、溴化稀土、溴化鈰、溴化銪中的一種或多種; 所述催化劑為甲醇〇. 6-0. 8質(zhì)量份、硅油0. 4-0. 7質(zhì)量份、硅酸鈉0. 3-0. 5質(zhì)量份、碳酸氫 鈉0. 1-0. 3質(zhì)量份的混合物。
[0014] 其中,制備阻燃聚醚的反應(yīng)在密閉的反應(yīng)容器中進(jìn)行,所述反應(yīng)容器充以非氧化 性氣體,所述非氧化性氣體為100份氮?dú)饣驓鍤夂?-3份二氧化碳的混合物;
[0015] 所述反應(yīng)容器內(nèi)設(shè)置有頻率為80GHz-140GHz的微波發(fā)生器。
[0016] 阻燃聚醚的制備可以在密閉的反應(yīng)容器中進(jìn)行,在反應(yīng)容器中設(shè)置電弧發(fā)生器, 微波發(fā)生器設(shè)置在反應(yīng)器壁上。在反應(yīng)開(kāi)始之前,先抽真空、然后用非氧化性氣體充滿(mǎn)容 器,使容器內(nèi)壓力為50?80MPa。
[0017] 其中,所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑,選自乙烯基三乙氧基硅烷(KH550)、KH570、乙烯 基三氯硅烷(A-150)、乙烯基三(0-甲氧乙氧基)硅烷(A-172硅烷)、y-縮水甘油丙 基-三甲氧基硅烷(KH560)中的一種。
[0018] 優(yōu)選地,所述木粉為經(jīng)過(guò)氧化處理的木粉,所述氧化處理是將木粉浸泡在重鉻酸 鉀10%水溶液中,經(jīng)過(guò)10-20小時(shí)后干燥即可;所述木粉的顆粒大小為1250-2000目。
[0019] 進(jìn)一步地,所述的聚酰胺樹(shù)脂A級(jí)防火材料由如下質(zhì)量份的成分制備而成:
[0020] 聚酰胺PA70-80,成炭劑10-12,硼砂10-13,滑石粉10-12份,穩(wěn)定劑0. 02-0. 08, 六溴環(huán)十二烷20-22,助溶劑5-6,硼酸鋅20-22,色母0. 5-2,氫氧化物30-35,三氧化二銻 4-6,阻燃聚醚15-16,偶聯(lián)劑0. 1-0. 2,可膨脹石墨16-18,木粉10-12,氫氧化鋁14-16,鈦白 粉6-7,蔗糖9-10,三氧化鉬2-3。
[0021] 本發(fā)明所述的聚乙烯阻燃材料的制備方法,包括步驟:
[0022] 1)將六溴環(huán)十二烷、三氧化二銻、可膨脹石墨、硼酸鋅、氫氧化物、偶聯(lián)劑、穩(wěn)定劑 一起放入高速混料機(jī)中混料攪拌3分鐘,混料溫度控制在60- 80度之間;
[0023] 2)將阻燃聚醚與木粉在加溫混拌機(jī)中混拌,溫度95-120度,時(shí)間10分鐘;然后用 冷風(fēng)降溫至80度以下;
[0024] 3)將步驟1)和步驟2)所得混合物在混料機(jī)內(nèi)攪拌2分鐘,然后加入成炭劑、硼 砂、色母、鈦白粉、蔗糖,攪拌5分鐘;
[0025] 4)將步驟3)所得混合物與聚乙烯混勻再加注溶劑,攪拌均勻。雙螺桿擠出得顆粒 料。
[0026] 其中,所述步驟4)攪拌時(shí)溫度控制在60-80°C。
[0027] 本發(fā)明的有益效果為:
[0028] 本發(fā)明運(yùn)用了可膨脹石墨在溫度200°C以上時(shí)迅速膨脹100-200倍,在聚乙烯(此 時(shí)表面體積膨脹3-5倍)表面形成不燃、隔熱、阻氧的多孔保護(hù)層,經(jīng)過(guò)特殊氧化處理的木 粉也迅速碳化形成阻燃、隔熱、阻氧的碳化層。同時(shí)季戊四醇310°C分解碳化帶走大量的熱 能減緩PE分解的速度,碳化物附著在石墨層、木炭層空洞周?chē)庸塘吮Wo(hù)層的密度。有效 的阻隔了外部熱量向聚合物內(nèi)部的傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射。硼砂、氫氧化鋁、氫氧化鎂分解釋放 結(jié)晶水吸收大量的熱能使得熱分解不易進(jìn)行。同時(shí)也起到了稀釋可燃?xì)怏w濃度的作用。
[0029] 本發(fā)明提出的自制阻燃聚醚是由溴化物、聚醚、催化劑在微波的環(huán)境下經(jīng)高溫、高 氣壓、高電壓環(huán)境反應(yīng)3小時(shí)制成的。高溫時(shí)半游離狀態(tài)溴離子捕捉高溫分解活性基H+、OIT生成穩(wěn)定的基團(tuán),這種反應(yīng)一直伴隨PE高聚物分解完畢。有效地降低了可燃?xì)怏w的濃 度,從而達(dá)到抑制明火生成的目的。
[0030] 實(shí)驗(yàn)表明利用膨脹法、氣象法、物象法、化學(xué)法組合制備阻燃PE高聚物做到A級(jí)防 火材料,操作簡(jiǎn)單;產(chǎn)
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