一种无卤阻燃尼龙复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及阻燃尼龙制备技术领域，尤其涉及一种无卤阻燃尼龙复合材料及其制备方法和应用。按重量份计，所述复合材料的原料组成包括：尼龙15‑84.8份、改性阻燃剂10‑70份、增韧剂5‑10份、润滑剂0.1‑3份、抗氧剂0.1‑2份；所述改性阻燃剂经过等离子体气体放电处理，即：将阻燃剂置于等离子体反应装置中，通入一种或者几种等离子体气体的混合物，利用等离子体对阻燃剂进行表面功能化处理。本发明专利技术利用低温等离子体技术对无卤阻燃剂进行表面处理，提高了阻燃剂与尼龙基体的相容性，有利于提高阻燃剂在尼龙中的分散性，这不仅可以提高尼龙材料的阻燃性能，而且有利于减少阻燃剂的加入对材料力学性能的恶化。

A halogen free flame retardant nylon composite and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
一种无卤阻燃尼龙复合材料及其制备方法和应用
本专利技术涉及阻燃尼龙制备
，尤其涉及一种无卤阻燃尼龙复合材料及其制备方法和应用。
技术介绍
本专利技术
技术介绍
中公开的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。尼龙是一种用途最广、种类最多的工程塑料，该材料具有良好的力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学溶剂性、自润滑性，同时该材料加工性能优良，可一体化成型复杂的结构部件，被广泛用于汽车、电子电器、机械、轨道交通、体育器械等领域。但是尼龙属于可燃性塑料，在许多领域，如电子、电器、轨道交通等，对材料的阻燃性能提出了很高的要求，这就限制了尼龙材料的应用范围。通过加入阻燃剂可以显著提高尼龙材料的阻燃等级，许多含卤素的阻燃剂(如溴系化合物)可以显著提高尼龙材料的阻燃性能。随着人们对安全和环境问题的重视，传统的卤素阻燃剂逐渐被无卤阻燃剂所替代，如氢氧化物、氮系、磷系阻燃剂。无卤阻燃剂虽然具有环境友好的优点，但是与溴系阻燃剂相比添加量显著提高，如要达到UL94标准V0的阻燃等级，氢氧化物的添加量往往超过50份，其它类型无卤阻燃剂的添加量也要大于20份。如何将这种高添加量的阻燃剂很好的分散到尼龙基体中是一个很大的挑战。专利文献CN104017356A公开了一种阻燃尼龙材料的制备方法，称取尼龙58.79-72.56份、三聚氰胺12.61-18.92份、磷酸11.53-17.29份、成炭剂3-5份，混合均匀后挤出造粒，制备的尼龙材料阻燃等级为V0。专利文献CN105392841A公开了一种阻燃高温尼龙的制备方法，称取尼龙20-80份、聚磷酸酯10-40份、聚苯醚10-40份、聚四氟乙烯0-3份，混合均匀后挤出造粒，制备的尼龙材料阻燃等级为V0。专利文献CN107129679A公开了一种增韧改性阻燃尼龙波纹管及其制备方法，将尼龙100份、增韧剂5-10份、阻燃剂10-20份、助剂5-15份混合后经特殊设备高温挤出成型，波纹管阻燃等级为V2。专利文献CN107057346A公开了一种阻燃型尼龙组合物的制备方法，称取尼龙66树脂60-93份、有机硅阻燃剂1-15份、氮系或者磷系阻燃剂5-25份，混合均匀后挤出造粒，使用复合阻燃剂制备的尼龙材料极限氧指数大于31。罗鸿鑫等(期刊文章：《表面改性对尼龙6/氢氧化镁阻燃性能的影响》,绝缘材料，2005，38(6):34-38)以偶联剂处理的Mg(OH)2为阻燃剂制备了阻燃尼龙6复合材料，发现当Mg(OH)2用量为40％时，材料氧指数可达30％以上，垂直燃烧等级为V0。吕昕冉等(期刊文章：《复合改性纳米氢氧化镁阻燃尼龙6的制备及性能》,绝缘材料，2013，46(6):36-40)以硬脂酸/硬脂酸钙处理的Mg(OH)2为阻燃剂制备了阻燃尼龙6复合材料，发现当Mg(OH)2用量为45％时，材料氧指数可达27％以上。然而，本专利技术人从以上述阻燃尼龙复合材料为代表的文献中研究发现：将尼龙、阻燃剂及其它助剂混合造粒之前没有对配方中的阻燃剂进行表面处理，由于阻燃剂多为无机物或者小分子化合物，与尼龙基体相容性差，高含量阻燃剂难以有效的分散到尼龙基体中，造成复合材料力学性能显著下降。有的研究者对阻燃剂表面进行处理时，采用湿化学的方式，需要采用多步化学反应，操作复杂，不利于规模化生产。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术提供一种无卤阻燃尼龙复合材料及其制备方法和应用；本专利技术利用低温等离子体对阻燃剂进行改性(表面功能化)，有效改善了阻燃剂在尼龙中的分散性，提高了无卤阻燃尼龙的性能。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术手段为：首先，本专利技术公开一种无卤阻燃尼龙复合材料，按重量份计，其原料组成包括：尼龙15-84.8份、改性阻燃剂10-70份、增韧剂5-10份、润滑剂0.1-3份、抗氧剂0.1-2份，所述改性阻燃剂即经过等离子体放电处理的阻燃剂，具体为：将阻燃剂置于等离子体反应装置中，通入一种或者几种气体的混合物，利用等离子体对阻燃剂进行表面功能化处理，使其表面产生羟基、羧基、胺基等极性基团，即得。其次，本专利技术公开上述无卤阻燃尼龙复合材料的制备方法，包括如下步骤：将尼龙、改性阻燃剂、增韧剂、润滑剂、抗氧剂混合后进行挤出，挤出物经过牵引、冷却、干燥、切粒，即得。本专利技术无卤阻燃尼龙复合材料的特点是：利用低温等离子体技术对不同类型的无卤阻燃剂进行表面改性，在阻燃剂表面产生羟基、羧基、胺基等基团，这些基团在挤出过程中与尼龙末端的羧基和胺基发生缩合反应，在阻燃剂表面形成了尼龙链段接枝物，这些接枝物与尼龙基体有良好的相容性，可以显著提高阻燃剂在尼龙基体中的分散性。另外，与专利文献CN201711263708.6中采用的方法相比，本专利技术是为了使阻燃剂表面产生羟基、羧基、胺基等基团在挤出过程中与尼龙末端的羧基和胺基发生缩合反应，在阻燃剂表面形成和尼龙具有良好相容性的尼龙链段接枝物。而上述专利文献为了将碳微球能够分散到聚酯基体中,首先通过等离子技术在碳微球表面产生羟基和羧基,为了提高共混物的阻燃性能,又在碳微球表面接枝磷酸二氢胍的羟基和羧基，由于聚酯聚合物中没有尼龙链段的氨基、羧基等活泼基团,为了将上述碳微球更好的分散到聚酯中,专利技术人又在微球表面进行聚酯单体原位聚合。可以看到，专利文献CN201711263708.6为了实现碳微球的分散以及聚酯阻燃的目的，采用了等离子处理、微球表面接枝阻燃剂、微球表面原位聚酯单体聚合三种处理过程，不仅与本专利技术技术思路不同，而且操作过程繁琐，不利于工业化生产。本专利技术利用尼龙链段的氨基、羧基等活泼基团，直接通过阻燃剂等离子体处理得到表面具有羟基、羧基、氨基等基团的阻燃剂，可以直接在挤出机中实现阻燃剂的良好分散，而且这种方法具有操作过程简便，利于实现工业化的优点。与现有技术相比，本专利技术取得了以下有益效果：(1)本专利技术利用低温等离子体技术对无卤阻燃剂进行表面处理，提高了阻燃剂与尼龙基体的相容性，有利于提高阻燃剂在尼龙中的分散性，这不仅可以提高尼龙材料的阻燃性能，而且有利于减少阻燃剂的加入对材料力学性能的恶化。(2)本专利技术采用的低温等离子处理方式具有操作简便、不采用化学溶剂、环境友好、利于大规模生产等优点。具体实施方式应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。正如前文所述，由于阻燃剂多为无机物或者小分子化合物，与尼龙基体相容性差，高含量阻燃剂难以有效的分散到尼本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于，按重量份计，原料组成包括：尼龙15-84.8份、改性阻燃剂10-70份、增韧剂5-10份、润滑剂0.1-3份、抗氧剂0.1-2份；所述改性阻燃剂经过等离子体气体放电处理。/n

【技术特征摘要】
1.一种无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于，按重量份计，原料组成包括：尼龙15-84.8份、改性阻燃剂10-70份、增韧剂5-10份、润滑剂0.1-3份、抗氧剂0.1-2份；所述改性阻燃剂经过等离子体气体放电处理。


2.如权利要求1所述的无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于，所述改性阻燃剂的处理方法为：将阻燃剂置于等离子体反应装置中，通入一种或者几种等离子体气体的混合物，利用等离子体对阻燃剂进行表面功能化处理，即得。


3.如权利要求2所述的无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于，所述等离子体反应气体为空气、氧气、氮气、二氧化碳、氩气、氦气、氨气中的一种或几种的混合物；优选的，所述等离子体反应气体为二氧化碳或氨气；
优选地，所述等离子体处理阻燃剂粉末的条件为：气体压强5-500Pa、放电功率10-800W、放电时间5-60min；
优选地，所述等离子体反应装置为低温等离子体反应装置，放电方式包括辉光放电、电晕放电、介质阻挡放电、射频放电和微波放电中的任意一种。


4.如权利要求1-3任一项所述的无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于，所述尼龙为尼龙6、尼龙66、尼龙46、尼龙610、尼龙612、尼龙9、尼龙11、尼龙12、尼龙1010、尼龙1012、尼龙1212中的任意一种或几种的混合物。


5.如权利要求1-3任一项所述的无卤阻燃尼龙复合材料，其特征在于，所述增韧剂为马来酸酐聚烯烃接枝物：马来酸酐接枝聚烯烃包括马来酸酐接枝低密度聚乙烯、马来酸酐接枝高密度聚乙烯、马来酸酐接枝线性低密度聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝乙烯丙烯共聚物、马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶中的任意一种或几种的混合物。


6.如权利要求1-3任一项所述的无卤阻燃尼龙复合材料，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋波，蔡飞鹏，姜桂林，王波，秦显忠，高金华，
申请(专利权)人：山东省科学院能源研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37