本发明专利技术涉及一种聚合物／有机蒙脱土纳米复合阻燃母料及其制备方法和应用，以水为介质，在乳化剂存在的条件下，通过引发剂引发进入有机蒙脱土层间的丙烯酸酯类单体或苯乙烯等单体发生聚合，得到聚合物／有机蒙脱土纳米复合阻燃母料。所述纳米复合阻燃母料与丙烯腈－丁二烯－苯乙烯（ＡＢＳ）、高抗冲聚苯乙烯（ＨＩＰＳ）或聚丙稀（ＰＰ）熔融共混，可以制备具有良好阻燃性能和力学性能的阻燃塑料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及有机/无机纳米复合材料领域，具体是一种聚合物/有机蒙脱土纳米复合阻燃母料及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，随着人们环保意识的增强以及一些与阻燃材料相关的更加严格的环保法规的陆续出台，一些传统的含卤阻燃体系在高分子材料阻燃领域中的使用受到了越来越多的限制，因为含有这类阻燃体系的高分子材料在燃烧时会产生大量的有毒烟雾及腐蚀性气体，造成二次污染。二十世纪八十年代末兴起的聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料开辟了阻燃高分子材料的新途径。在聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料中，层状硅酸盐的添加量只需在5％(质量分数，下同)以内，就可以使聚合物材料的阻燃性能得到显著提高。近年来，国内外在聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料阻燃方面已经进行了较多的研究，并取得了可喜的进展，其中使用较多的层状硅酸盐是蒙脱土。发现蒙脱土含量为2％的聚苯乙烯/蒙脱土纳米复合材料的热释放速率峰值(PHRR)比纯聚苯乙烯下降了55％(Flammabillty of polystyrene layered silicate(clay)nanocompositescarbonaceous char formation.Fire and materials，2002，26247-253)；含有5％蒙脱土的ABS/蒙脱土纳米复合材料的PHRR比纯ABS下降了28％(Preparation andcharacterization of flame retardant ABS/montmonrillonite nanocomposite.Applied clayscience，2004，2549-55)；含有5％有机改性蒙脱土的聚氨酯/蒙脱土纳米复合材料的PHRR比纯聚氨酯下降了57％(Study on the properties of flame retardantpolyurethane/organoclay nanocomposite.Polymer degradation andstability，2005，87111-116)。聚合物/层状硅酸盐纳米复合材料之所以具有阻燃性能，是其在燃烧过程中，在聚合物基体中呈纳米级分散的层状硅酸盐片层会出现“自行坍塌”现象，在燃烧表面形成比聚合物基体中分布密度更大的层状硅酸盐分布区，这些层状硅酸盐片层与碳化的聚合物基体残留物紧密结合在一起，形成致密的阻隔层，起到隔热、隔氧以及阻止内部可燃性挥发物质向燃烧表面迁移等作用，从而起到阻止燃烧的作用。蒙脱土片层在聚合物中能否起到阻燃作用，关键是如何使蒙脱土片层在聚合物基体中达到纳米级分散。目前，聚合物/蒙脱土纳米复合材料的制备方法主要有熔融插层法、原位插层法和溶液插层法。熔融插层法是指聚合物在熔融状态下通过外力作用直接插层到蒙脱土片层间的方法，此法工艺简单，易于工业化；但是由于蒙脱土和聚合物基体之间的相容性问题，熔融插层法制得的复合材料中蒙脱土片层很难达到真正的纳米级分散，这一方面影响了阻燃性能，另一方面，由于聚合物与蒙脱土之间的相容性较差，可能影响到一些聚合物的力学性能，特别是像ABS等聚集态结构比较特殊的聚合物；另外，此法中蒙脱土片层的分散状态受加工工艺条件的影响很大，加工过程不易控制，同时由于蒙脱土直接以粉体形式加入，容易引起粉尘飞扬，不利于大规模工业化生产。原位插层法是通过进入蒙脱土层间的引发剂在层间直接引发单体聚合而制得聚合物/蒙脱土纳米复合材料，原位插层法能够确保蒙脱土片层在聚合物基体中达到纳米级分散，并且使用少量蒙脱土(＜5％，质量分数)，就可以大幅度的改善聚合物的各项性能指标，其缺点在于适用于该法的聚合物单体种类较少。溶液插层法由于溶剂的使用而对环境有一定的污染，另外，若直接使用聚合物进行溶液法插层，由于某些聚合物很难找到合适的溶剂而限制了该法的使用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提供一种对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、高抗冲聚苯乙烯(HIPS)、聚丙烯(PP)、等塑料具有良好阻燃作用、使用方便的聚合物/有机蒙脱土纳米复合阻燃母料。本专利技术的目的还在于提供所述聚合物/有机蒙脱土纳米复合阻燃母料的制备方法。本专利技术的目的还涉及所述聚合物/有机蒙脱土纳米复合阻燃母料在制备阻燃塑料中的应用，将这种纳米复合阻燃母料加入到ABS、HIPS、PP等树脂中，通过熔融共混，可以制得具有良好阻燃性能和力学性能的阻燃塑料。本专利技术所述聚合物/有机蒙脱土纳米复合阻燃母料的制备方法是以水为介质，在乳化剂存在的条件下，通过引发剂引发进入有机蒙脱土层间的单体发生聚合得到。所述单体包括丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯或苯乙烯单体，有机蒙脱土包括利用十六烷基三甲基氯化铵(C16)或十八烷基三甲基氯化铵(C18)对钠基蒙脱土进行有机改性得到的有机蒙脱土，乳化剂包括脂肪酸钠、十二烷基硫酸钠、烷基磺酸钠或松香皂，引发剂包括过硫酸钾或过硫酸铵。更具体地，本专利技术所述聚合物/有机蒙脱土纳米复合阻燃母料的制备方法包括如下步骤(1)将有机蒙脱土、乳化剂、引发剂加入水中，在30-60℃下搅拌4-6小时，形成均匀的水分散液；(2)升温到50-90℃，在搅拌条件下加入单体，并在50-90℃下聚合3-8小时；(3)将反应产物倒入容器中，加入一定量的蒸馏水，搅拌均匀，静置至反应物分层；(4)弃去容器中上层清水，将反应产物进行减压抽滤；(5)将抽滤所得产物在50-90℃下真空干燥至恒重，即制得聚合物/有机蒙脱土纳米复合阻燃母料。上述原料的重量份数如下单体 60 有机蒙脱土10-60乳化剂1-5引发剂1-3水200-700有机蒙脱土层间距为2.38纳米(nm)，上述方法制备的纳米复合阻燃母料中，蒙脱土片层的层间距达到3.77nm，表明形成了插层型纳米复合材料。所述纳米复合阻燃母料加入到ABS、HIPS、PP等树脂中，通过熔融共混，可以制备出具有优良力学性能的阻燃ABS、HIPS、PP塑料。例如，将有机蒙脱土含量为40％的聚丙烯酸丁酯/有机蒙脱土纳米复合阻燃母料加入到ABS中，在加入到ABS中的有机蒙脱土含量为3％时，阻燃ABS的PHRR和平均热释放速率(mHRR)比纯ABS分别下降了19％和36％，且保持了良好的力学性能。具体地，所述纳米复合阻燃母料在制备阻燃塑料中的应用包括如下步骤(1)在辊温为170-190℃的开放式热炼机上先加入ABS、HIPS或PP，熔融包辊后加入抗氧剂和所述聚合物/有机蒙脱土纳米复合阻燃母料；(2)混炼均匀出片，即制得蒙脱土纳米复合阻燃塑料；所述抗氧剂是本领域通用的抗氧剂，如1010、B215等。上述原料的重量份数如下ABS或HIPS或PP树脂100聚合物/有机蒙脱土纳米复合阻燃母料2-20抗氧剂 0.001-0.003。本专利技术与现有技术相比具有如下优点(1)本专利技术利用乳液聚合的方法，使丙烯酸酯类单体、苯乙烯等单体在有机蒙脱土层间发生聚合，制得聚合物/有机蒙脱土纳米复合阻燃母料，这种纳米复合阻燃母料中有机蒙脱土含量可高达50％以上。当把这种母料添加到其它树脂中制备阻燃塑料时，在最终有机蒙脱土需要量相同的条件下，母料添加量较少，可降低母料中的聚合物对阻燃塑料性能带来的不利影响。(2)本专利技术的聚合物/有机蒙脱土纳米复合本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种聚合物／有机蒙脱土纳米复合阻燃母料的制备方法，其特征在于：以水为介质，在乳化剂存在的条件下，通过引发剂引发进入有机蒙脱土层间的单体发生聚合得到；所述单体为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸丁酯或苯乙烯；所述有 机蒙脱土为利用十六烷基三甲基氯化铵（Ｃ１６）或十八烷基三甲基氯化铵（Ｃ１８）对钠基蒙脱土进行有机改性得到的有机蒙脱土；所述乳化剂为脂肪酸钠、十二烷基硫酸钠、烷基磺酸钠或松香皂；所述引发剂为过硫酸钾或过硫酸铵。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：曾幸荣，贺成，张远江，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]
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