一种聚乙烯改性专用阻燃增效功能母粒及其制备方法技术

本发明专利技术涉及塑料改性加工技术领域，尤其是一种聚乙烯改性专用阻燃增效功能母粒及其制备方法；所述功能母粒以多重复合包覆的十溴二苯乙烷为主体阻燃剂，所述功能母粒的质量百分比组成如下：多重复合包覆十溴二苯乙烷55.0～70.0 wt.%、三氧化二锑15.0～30.0 wt.%、乙烯－辛烯共聚物9.0～13.0 wt.%、苯乙烯～丙烯腈共聚物包覆聚四氟乙烯1.0～2.0 wt.%、分散剂0.5～1.0 wt.%、润滑剂0.3～0.5 wt.%；本发明专利技术所制备的功能母粒与传统阻燃功能母粒相比，显著提高了溴系阻燃剂的热稳定性，有效减少了热机械加工过程中出现的材料黄变现象，增强了国产溴系阻燃剂对聚乙烯的阻燃效果。

A special flame retardant and synergistic masterbatch for polyethylene modification and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种聚乙烯改性专用阻燃增效功能母粒及其制备方法
本专利技术涉及塑料改性加工
，尤其是一种聚乙烯改性专用阻燃增效功能母粒及其制备方法。
技术介绍
聚乙烯是一种应用极其广泛的通用塑料，其应用遍及日用杂品、家用电器、工业电子电器、汽车、轨道交通等领域。然而，聚乙烯的极限氧指数仅17.6vol.%，属于极易燃烧的高分子材料。当聚乙烯被应用于电子电器及交通运输工具领域时，往往需要实施阻燃改性来提高其使用安全性。聚乙烯的阻燃改性可通过加入阻燃剂并经过双螺杆挤出机的熔融共混来实现。所用阻燃剂按阻燃元素类别分类，通常可分为卤系（卤系又分为氯系和溴系）、磷系、锑系、镁系、硼系、钼系等等。这些阻燃剂虽然能够有效阻止聚乙烯被引燃并抑制火焰传播，提高聚乙烯的抗燃烧性能，但聚乙烯所特有的碳氢链分子结构特征，使其很难实现高等及的阻燃水平。虽然可应用于聚乙烯阻燃改性的阻燃剂种类繁多，但是大多数阻燃剂的阻燃效果有限，添加量大，不但严重影响聚乙烯阻燃改性产品的综合力学性能，且很难实现UL94V0级的高等级阻燃。目前，所公认的聚乙烯阻燃改性最有效的阻燃剂为十溴二苯乙烷。十溴二苯乙烷作为一种聚乙烯常用的新型、广谱、高效、环保的添加型溴系阻燃剂，国内外生产技术水平差距很大，目前高效高品质十溴二苯乙烷的先进生产技术仍然为发达国家所掌控，国内外高端十溴二苯乙烷产品仍被欧美等发达国家的跨国公司所垄断，而国内十溴二苯乙烷的生产厂商由于其生产技术与发达国家存在明显差距，阻燃剂产品存在热稳定性差、分子中溴原子不稳定等缺陷，无法与国外产品竞争。当前国产十溴二苯乙烷应用于对聚乙烯阻燃改性加工中时，普遍存在热机械加工易分解、易黄变、流动性差、阻燃效果不及进口产品等缺陷明显。随着国外贸易纠纷及高关税的影响，从发达国家进口十溴二苯乙烷的经济性越来越差，且增加了使用企业的生产成本，导致所制造产品的竞争力下降。因此，开发高品质的国产十溴二苯乙烷迫在眉睫。然而，十溴二苯乙烷的合成过程较复杂，以目前国内企业的技术水平，很难在短时间内研发出先进的生产技术，从而在产品质量上赶上发达国家的溴系阻燃剂制造水平。因此，需要寻找简单而便捷的途径来有效改性国产十溴二苯乙烷存在的缺陷。除上述问题外，在包括聚乙烯在内的塑料阻燃改性及加工技术实施过程中，还存在一些共性问题，即阻燃剂及阻燃协效剂往往是粉体，且添加量较大，直接采用双螺杆挤出机进行熔融挤出共混时，由于物料在挤出机的机筒内的停留时间有限，很难将聚合物熔融与阻燃剂充分混合。此外，由于共混挤出过程中大量阻燃剂粉体相互间机械摩擦产生内热，会引发溴系阻燃剂分解和溴素脱落，不仅导致阻燃效果受损、材料发生黄变，还会造成改性塑料的物理机械性能下降。
技术实现思路
针对采用国产十溴二苯乙烷阻燃剂对聚乙烯实施阻燃改性技术实施过程中存在的品质和加工问题，本专利技术提出一条全新的解决思路：采用多层次高致密度阻燃增效材料对十溴二苯乙烷进行包覆，然后再将所包覆的十溴二苯乙烷与阻燃协效剂、载体树脂和其它助剂复合制备阻燃功能母粒，双管齐下解决国产十溴二苯乙烷热稳定性差、加工过程中易分解、易黄变、流动性差、分散不均匀、阻燃效果受损等缺陷问题。本专利技术的目的是：针对采用国产十溴二苯乙烷对聚乙烯实施阻燃改性技术实施过程中存在的品质和加工问题，提供一种聚乙烯改性专用阻燃增效功能母粒，该阻燃增效功能母粒与传统塑料阻燃功能母粒相比，提高了国产十溴二苯乙烷阻燃剂的热稳定性和流动分散性，从而提升阻燃效率，能够以更少的母粒添加量取得与传统阻燃功能母粒相同的阻燃效果，并可有效降低改性聚乙烯复合阻燃复合物的力学性能损失；本专利技术首先采用锌离子掺杂的铝溶胶为原料对十溴二苯乙烷颗粒进行包覆，由于十溴二苯乙烷的Zeta电位为负值，铝溶胶的Zeta电位为正值，可通过溶胶－凝胶反应自然形成以锌离子掺杂氢氧化铝为壳、十溴二苯乙烷为核的“核－壳”结构微胶囊颗粒；然后利用植酸（又名：肌醇六磷酸，一个含六个磷酸基团的环状化合物）极易与二价和三价金属离子反应形成难溶物的特点，采用植酸与该微胶囊壳层中的锌／铝离子发生钝化反应，形成坚硬致密的包覆层；接着加入磷酸氢锆［Zr(HPO4)2·H2O，一种具有介孔结构的片状无机纳米材料］，其分子中的锆离子同样会与植酸发生钝化反应，其表面羟基官能团与植酸中的羧基官能团还能进行置换，形成化学键结合体，从而实现对十溴二苯乙烷的多重复合包覆。将所包覆的十溴二苯乙烷与阻燃协效剂、载体、分散剂等助剂混合，最后通过密炼机串联单螺杆挤出机制备成聚乙烯阻燃改性专用的阻燃功能母粒。为解决上述技术问题，本专利技术采用的具体技术方案如下：本专利技术中的一种聚乙烯改性专用阻燃增效功能母粒，所述功能母粒以多重复合包覆的十溴二苯乙烷为主体阻燃剂，所述功能母粒的质量百分比组成如下：多重复合包覆十溴二苯乙烷55.0～70.0wt.%、三氧化二锑15.0～30.0wt.%、乙烯－辛烯共聚物（POE）9.0～13.0wt.%、苯乙烯–丙烯腈共聚物包覆聚四氟乙烯1.0～2.0wt.%、分散剂0.5～1.0wt.%、润滑剂0.3～0.5wt.%。进一步的，所述分散剂为硬酯酸、硬酯酸钙、硬酯酸锌、油酸酰胺、介酸酰胺中的一种，其中优选硬酯酸锌。进一步的，所述润滑剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺和聚二甲基硅氧烷中的一种，其中优选聚乙烯蜡。进一步的，所述多重复合包覆十溴二苯乙烷为磷酸氢锆粉体、植酸和锌离子掺杂氢氧化铝包覆的十溴二苯乙烷。进一步的，所述多重复合包覆十溴二苯乙烷的制备方法如下：（1）将十溴二苯乙烷、铝溶胶和氧化锌溶胶分散在无水乙醇中，加热搅拌，滴加氨水调节反应液的pH为碱性，滴加完成后，继续搅拌一段时间后结束反应，然后洗涤过滤，滤出物干燥得到锌离子掺杂氢氧化铝包覆十溴二苯乙烷；（2）将步骤（1）中的锌离子掺杂氢氧化铝包覆十溴二苯乙烷分散到醇类有机溶剂中得到悬浮液，将植酸溶于去离子水中，形成植酸溶液，并将其滴加到锌离子掺杂氢氧化铝包覆十溴二苯乙烷的悬浮液中，加热搅拌一段时间后，加入磷酸氢锆粉体，在相同温度下继续搅拌一段时间后停止反应，然后用清水洗涤、过滤，烘干得到多重复合无机材料包覆十溴二苯乙烷。由于在对国产十溴二苯乙烷进行包覆时采用了阻燃增效材料，可有明显提升十溴二苯乙烷的阻燃效果，在达到所需阻燃级别的情况下，减少了十溴二苯乙烷的使用量，节约了原料成本，同时提高了阻燃改性塑料的物理机械性能。基于此思路所开发的技术同样可应用于国外高品质十溴二苯乙烷，经多层次高致密度阻燃增效材料包覆后的高品质十溴二苯乙烷，其热稳定性、耐黄变性、流动性和阻燃效果得到更进一步提升。进一步的，所述步骤（1）中加热搅拌温度为35～40℃，氨水滴加为匀速滴加，氨水的质量分数为10.0～12.5wt.%，反应液pH值控制为7.5～8.5，滴加完成后，继续搅拌3～4h后结束反应；然后用清水洗涤、过滤，在110～120℃烘箱内干燥8～10h，得到锌离子掺杂氢氧化铝包覆十溴二苯乙烷。进一步的，所述步骤（2）中的醇类有机溶剂为异丙醇、正丙醇、异丁醇或正丁醇中的一种，其中优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚乙烯改性专用阻燃增效功能母粒，其特征在于：所述功能母粒以多重复合包覆的十溴二苯乙烷为主体阻燃剂，所述功能母粒的质量百分比组成如下：多重复合包覆十溴二苯乙烷55.0～70.0 wt.%、三氧化二锑15.0～30.0 wt.%、乙烯－辛烯共聚物（POE）9.0～13.0 wt.%、苯乙烯–丙烯腈共聚物包覆聚四氟乙烯1.0～2.0 wt.%、分散剂0.5～1.0wt.%、润滑剂0.3～0.5 wt.%。/n

【技术特征摘要】
1.一种聚乙烯改性专用阻燃增效功能母粒，其特征在于：所述功能母粒以多重复合包覆的十溴二苯乙烷为主体阻燃剂，所述功能母粒的质量百分比组成如下：多重复合包覆十溴二苯乙烷55.0～70.0wt.%、三氧化二锑15.0～30.0wt.%、乙烯－辛烯共聚物（POE）9.0～13.0wt.%、苯乙烯–丙烯腈共聚物包覆聚四氟乙烯1.0～2.0wt.%、分散剂0.5～1.0wt.%、润滑剂0.3～0.5wt.%。


2.根据权利要求1所述一种聚乙烯改性专用阻燃增效功能母粒，其特征在于：所述分散剂为硬酯酸、硬酯酸钙、硬酯酸锌、油酸酰胺、介酸酰胺中的一种。


3.根据权利要求1所述一种聚乙烯改性专用阻燃增效功能母粒，其特征在于：所述润滑剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺和聚二甲基硅氧烷中的一种。


4.根据权利要求1所述一种聚乙烯改性专用阻燃增效功能母粒，其特征在于：所述多重复合包覆十溴二苯乙烷为磷酸氢锆粉体、植酸和锌离子掺杂氢氧化铝包覆的十溴二苯乙烷。


5.根据权利要求1所述一种聚乙烯改性专用阻燃增效功能母粒，其特征在于：所述多重复合包覆十溴二苯乙烷的制备方法如下：
（1）将十溴二苯乙烷、铝溶胶和氧化锌溶胶分散在无水乙醇中，加热搅拌，滴加氨水调节反应液的pH为碱性，滴加完成后，继续搅拌一段时间后结束反应，然后洗涤过滤，滤出物干燥得到锌离子掺杂氢氧化铝包覆十溴二苯乙烷；
（2）将步骤（1）中的锌离子掺杂氢氧化铝包覆十溴二苯乙烷分散到醇类有机溶剂中得到悬浮液，将植酸溶于去离子水中，形成植酸溶液，并将其滴加到锌离子掺杂氢氧化铝包覆十溴二苯乙烷的悬浮液中，加热搅拌一段时间后，加入磷酸氢锆粉体，在相同温度下继续搅拌一段时间后停止反应，然后用清水洗涤、过滤，烘干得到多重复合无机材料包覆十溴二苯乙烷。


6.根据权利要求5所述的一种聚乙烯改性专用阻燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：李翰卿，汪晓东，
申请(专利权)人：江苏万纳普新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32