一种聚烯烃阻燃复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种聚烯烃阻燃复合材料及其制备方法，属于聚烯烃阻燃复合材料技术领域。本发明专利技术的聚烯烃阻燃复合材料，主要由以下重量份数的组分组成：磷掺杂石墨烯0.1～5份、有机蒙脱土0.1～25份、聚烯烃100份。本发明专利技术的聚烯烃阻燃复合材料，在聚烯烃中混入磷掺杂石墨烯和有机蒙脱土，由于石墨烯片层和蒙脱土片层的物理隔绝作用，能够显著抑制氧气与聚烯烃的接触，从而有较好的阻燃效果；石墨烯片层上的磷可以促进成碳，因而磷掺杂石墨烯和有机蒙脱土的引入，对聚烯烃的阻燃性能有良好的提升。此外，本发明专利技术的聚烯烃阻燃复合材料低毒低烟，符合环保要求，具有良好的开发前景。

【技术实现步骤摘要】
一种聚烯烃阻燃复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种聚烯烃阻燃复合材料及其制备方法，属于聚烯烃阻燃复合材料

技术介绍
聚烯烃由于其优异的力学性能、化学稳定性和易加工性被广泛应用于在生活的各个方面，但由于聚烯烃由碳、氢两种元素组成，这种化学结构使得其很容易燃烧，且释放出大量的有毒气体和浓烟。如低密度聚乙烯(LDPE)以其良好的热加工性能而广泛应用于材料加工领域，但纯LDPE材料易燃烧，燃烧过程中产生大量热和熔滴，并且火焰传播速度快，不易熄灭。以LDPE为代表的聚烯烃的易燃性使其应用受限，因此，提高聚烯烃的阻燃性能成为扩展其应用的必经之路。目前LDPE类聚烯烃仍通过添加卤素类阻燃剂来提高其阻燃性能，尽管阻燃效果较好，但阻燃过程中会释放出大量含毒气体。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种低毒聚烯烃阻燃复合材料。本专利技术还提供了一种上述聚烯烃阻燃复合材料的制备方法。为了实现以上目的，本专利技术的聚烯烃阻燃复合材料所采用的技术方案是：一种聚烯烃阻燃复合材料，主要由以下重量份数的组分组成：磷掺杂石墨烯0.1～5份、有机蒙脱土0.1～25份、聚烯烃100份。本专利技术的聚烯烃阻燃复合材料，在聚烯烃中混入磷掺杂石墨烯和有机蒙脱土，由于蒙脱土和石墨烯片层的物理隔绝作用，能够显著地抑制氧气与聚烯烃的接触，从而具有较好的阻燃效果；石墨烯片层上的磷可以促进成碳，磷掺杂石墨烯和有机蒙脱土对聚烯烃的阻燃性能有良好的提升。此外，本专利技术的聚烯烃阻燃复合材料低毒低烟，符合环保要求，具有良好的开发前景。优选的，所述聚烯烃阻燃复合材料主要由以下重量份数的组分组成：磷掺杂石墨烯1～5份、有机蒙脱土5～25份、聚烯烃100份。优选的，有机蒙脱土的质量为磷掺杂石墨烯的质量的1～5倍。优选的，所述聚烯烃为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯中的至少一种。优选的，上述聚烯烃阻燃复合材料还包括相容剂和抗氧化剂；相容剂、抗氧化剂和聚烯烃的质量比为2～4:0.5～2:100。优选的，所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯中的至少一种。相容剂的种类可根据聚烯烃进行优选，如聚烯烃为聚乙烯，相容剂就是马来酸酐接枝聚乙烯，如果聚烯烃为聚丙烯就是马来酸酐接枝聚丙烯。优选的，所述抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧化剂、多元受阻酚型抗氧剂中的至少一种。优选的，所述磷掺杂石墨烯采用包括如下步骤的方法制备：将氧化石墨烯海绵分散于浓磷酸中，超声处理，然后在80～100℃保温，固液分离，将所得固相洗涤后置于保护气氛中在350～450℃进行保温处理，即得。优选的，固液分离前，在80～100℃保温后所得体系中加水进行洗涤。加水进行洗涤时，可以分批加水。分批次加入蒸馏水就是为了少量多次加入蒸馏水可以增大洗涤效果。加水洗涤并进行固液分离可以去除未反应的磷酸。氧化石墨烯海绵相比较于氧化石墨烯粉末等更容易超声剥离分散，从而更有利于制备单层磷掺杂石墨烯。优选的，每1g氧化石墨烯海绵采用的浓磷酸的体积为200～600mL。可选的，所述浓磷酸的质量分数为80～86％。上述磷掺杂石墨烯的制备方法中，在80～100℃保温处理后得到的是表面吸附磷酸的氧化石墨烯；将固相在保护气氛中进行保温处理能够去除氧化石墨烯中的含氧基团并获得磷掺杂石墨烯。本专利技术以氧化石墨烯海绵为原料制备的磷掺杂石墨烯表面引入了磷原子，由于磷的促进成碳作用，可以促进复合材料在高温燃烧时成碳，从而提高阻燃效果。优选的，所述超声处理的时间为30～60min。优选的，在80～100℃进行保温的时间为4～12h。优选的，所述保护气氛为氮气。优选的，在350～450℃进行保温处理的时间为2～6h。本专利技术的聚烯烃阻燃复合材料的制备方法所采用的技术方案为：一种上述的聚烯烃阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：提供磷掺杂石墨烯、有机蒙脱土和聚烯烃在有机溶剂中的混合分散液，然后将所述混合分散液进行浇注，干燥，即得。本专利技术的聚烯烃阻燃复合材料的制备方法，采用溶剂分散的方法，实现了掺杂石墨烯和有机蒙脱土在聚烯烃基体中的均匀分散，大大提高了聚烯烃复合材料的阻燃性能。优选的，所述有机溶剂为二甲苯、三氯苯中的至少一种。以二甲苯作为有机溶剂相较于其他溶剂具有低毒的有益效果。优选的，所述干燥的温度为40～60℃。优选的，所述混合分散液的制备方法，包括：先将磷掺杂石墨烯和有机蒙脱土在有机溶剂中分散均匀，然后超声处理，再加入聚烯烃溶解，即得。上述混合分散液的制备方法中，超声处理的作用是促进磷掺杂石墨烯和有机蒙脱土在溶剂中的剥离分散。将磷掺杂石墨烯和有机蒙脱土在有机溶剂中分散均匀是将磷掺杂石墨烯和有机蒙脱土加入有机溶剂中以100～300r/min的转速机械搅拌2～4h。在制备混合分散液时，超声处理的时间为30～60min。在制备混合分散液时，为了使聚烯烃在体系中能够分散均匀，可以在加入聚烯烃后对体系进行加热。所述加热是使体系温度升至120～140℃保温30～60min。优选的，对体系进行加热的同时不断进行搅拌。附图说明图1为实施例1中的聚烯烃阻燃复合材料的SEM图。具体实施方式以下结合具体实施方式对本专利技术的技术方案做进一步的说明。具体实施方式中采用的有机蒙脱土牌号为DK-1N，为原土经十六烷基三甲基溴化铵处理后得到，浙江丰虹黏土化工有限公司。实施例1本实施例的聚烯烃阻燃复合材料由以下重量份数的组分组成：磷掺杂石墨烯1份、有机蒙脱土5份、相容剂3份、抗氧化剂1份、聚烯烃100份；聚烯烃为低密度聚乙烯(LDPE)，密度为0.92g/cm3；所采用的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯；抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧化剂。本实施例的聚烯烃阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)磷掺杂石墨烯的制备：取1g经冷冻干燥的氧化石墨烯海绵添加入单口烧瓶中，然后加入200mL85％的浓磷酸，超声分散30min，再在磁力搅拌下升温至80℃，保温并磁力搅拌12h；然后将产物体系转移到大烧杯中，加入1L蒸馏水洗涤，再采用孔径为0.22μm滤膜抽滤除去未反应的磷酸，将滤饼置于马沸炉中，通入氮气，然后将马沸炉的温度升至350℃，反应6h，得到磷掺杂石墨烯；2)向200mL二甲苯中加入步骤1)中制备得到的磷掺杂石墨烯0.1g、有机蒙脱土0.5g，以100r/min的转速磁力搅拌4h后超声分散30min，然后加入10g低密度聚乙烯和马来酸酐接枝聚乙烯0.3g、亚磷酸酯类抗氧化剂0.1g，升温至120℃搅拌30min得到混合分散液；3)将步骤2)所得的混合分散液浇注到模具中，置于烘箱中在40℃烘干，即得。将本实施例的聚烯烃阻燃复合材料进行SEM测试，所得的SEM图见图1，由图1可知纳米阻燃剂磷掺杂石墨烯和有机蒙脱土均匀分散于聚烯烃体系，没有发现石墨烯和蒙脱土片层的团聚现象，从而有利于复合材料阻燃效果的提升。实施例2本实施例的聚烯烃阻燃复合材料，由以下重量份数的组分组成：磷掺杂石墨烯3份、有机蒙脱土15份、相容剂3份、抗氧化剂1份，聚烯烃100份；聚烯烃为低密度聚乙烯(LDPE)，密度为0.92g/cm3；所采用的相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯；抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧化剂。本实施例的聚烯烃阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)磷掺杂石墨烯的制备：取1g经冷冻干燥的氧化石墨烯海绵添加入单口烧瓶中，然后加入30本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚烯烃阻燃复合材料，其特征在于：主要由以下重量份数的组分组成：磷掺杂石墨烯0.1～5份、有机蒙脱土0.1～25份、聚烯烃100份。

【技术特征摘要】
1.一种聚烯烃阻燃复合材料，其特征在于：主要由以下重量份数的组分组成：磷掺杂石墨烯0.1～5份、有机蒙脱土0.1～25份、聚烯烃100份。2.根据权利要求1所述的聚烯烃阻燃复合材料，其特征在于：主要由以下重量份数的组分组成：磷掺杂石墨烯1～5份、有机蒙脱土5～25份、聚烯烃100份。3.根据权利要求1所述的聚烯烃阻燃复合材料，其特征在于：有机蒙脱土的质量为磷掺杂石墨烯的质量的1～5倍。4.根据权利要求1所述的聚烯烃阻燃复合材料，其特征在于：所述聚烯烃为低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、聚丙烯中的至少一种。5.根据权利要求1所述的聚烯烃阻燃复合材料，其特征在于：还包括相容剂和抗氧化剂；相容剂、抗氧化剂和聚烯烃的质量比为2～4:0.5～2:100。6.根据权利要求5所述的聚烯烃阻燃复合材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯中的至少一种；所述抗氧化剂为...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红宇，台玉萍，牛睿琪，林虎，李逢雨，高晓丹，张兆晨，牛青山，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南,41