一种微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，属于高分子材料技术领域。该方法首先制备有机层状纳米硅酸盐的前驱液，将其置于微波反应器中，然后分两阶段进行微波处理得到微波剥离的有机层状纳米硅酸盐；将所得有机层状纳米硅酸盐、膨胀阻燃剂、硅烷偶联剂和聚丙烯按比例均匀混合，再通过双螺杆挤出机挤出造粒，最终制备出所述微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料。本发明专利技术所提供的微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料可以在降低膨胀阻燃剂用量的前提下，有效地提高聚丙烯的阻燃性能，拓展聚丙烯的应用范围。

【技术实现步骤摘要】
一种微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料的制备方法
本专利技术涉及高分子材料
，具体涉及一种微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料的制备方法。
技术介绍
聚丙烯是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，是五大通用的塑料之一，具有耐热性好、耐腐蚀、易加工等优良性能。因此聚丙烯在电器产业、电线电缆工业、交通运输等领域被广泛应用。但聚丙烯热稳定性差，属于易燃物质，且在燃烧时成炭率低，易产生熔滴和熔滴起火现象，同时聚丙烯是非极性聚合材料，与很多极性物质相容性很差。膨胀型阻燃剂是一种以氮、磷为主要组成的复合阻燃剂，它不含卤素，能在受热时发泡膨胀，故称为膨胀型阻燃剂。它是一种低毒的环保型阻燃剂。20世纪90年代后，膨胀型阻燃剂的研究逐渐开始活跃。尽管它被公认为是实现阻燃剂无卤化的有效途径之一，但目前市场上真正阻燃效率高的膨胀阻燃剂并不多。目前膨胀阻燃剂存在热稳定性差、相容性较差、添加量要远大于卤系阻燃剂等问题。层状硅酸盐是层状硅酸盐类矿物的聚合体，具有无序过渡结构的微粒质点含水层状硅酸盐矿物。在我国东部以蒙脱土、水滑石、膨润土、高岭土以及海泡石等为主。其结构多为二维平面层状，层间含有的Ca2+、Na+、H+、Li+等阳离子可以与溶液中的有机阳离子或无机阳离子发生离子交换反应，即硅酸盐层间引入新的阳离子进而对原硅酸盐进行改性。经过改性后的层状硅酸盐可作为阻燃协同剂。尽管我国的层状硅酸盐含量较多，但由于其纳米层状结构难以剥离而不能发挥其纳米效应，并且即便剥离开，其在使用过程中也往往会发生团聚现象，影响协同阻燃聚丙烯的效果。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足之处，本专利技术的目的在于提供一种微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，该方法采用微波剥离方法首先制备了剥离效果良好的有机层状纳米硅酸盐，并进一步有效地提高该类有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料的阻燃性能。为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，是以聚丙烯、膨胀阻燃剂、层状硅酸盐、有机插层剂和硅烷偶联剂为原料进行，具体包括如下步骤：(1)制备有机层状纳米硅酸盐的前驱液：将所述层状硅酸盐分散到去离子水中，经高速搅拌分散均匀后制成层状硅酸盐的悬浊液；静置后，再在层状硅酸盐的悬浊液中加入有机插层剂和去离子水，得到有机层状纳米硅酸盐的前驱液；(2)微波剥离制备有机层状纳米硅酸盐：将步骤(1)制备的有机层状纳米硅酸盐的前驱液置于微波反应器中，然后分两阶段进行微波处理；第一阶段以恒功率Ⅰ将悬浊液升温至温度T1，在温度T1恒温保持时间t1后，自然冷却至室温；第二阶段以恒功率Ⅱ将悬浊液升温至温度T2，在温度T2恒温保持时间t2后，自然冷却至室温，再置于冷冻柜冷冻；待完全冷冻后置于真空冷冻干燥机中进行干燥，干燥完成取出，即得到微波剥离的有机层状纳米硅酸盐；(3)将步骤(2)所得的有机层状纳米硅酸盐、膨胀阻燃剂、硅烷偶联剂和聚丙烯按比例均匀混合，再通过双螺杆挤出机挤出造粒，最终制备出所述微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料。上述步骤(1)中，所述层状硅酸盐为蒙脱土、水滑石、蛭石、粘土和高岭土中的一种或几种，所述有机插层剂为十八烷基三甲基溴化铵或十二烷基磺酸钠；所述十八烷基三甲基溴化铵的纯度≥99.5％。上述步骤(1)中，所述有机插层剂与层状硅酸盐的重量比例为1：2～2：1，优选为1:(0.8～1.5)。上述步骤(1)中，在层状硅酸盐的悬浊液中加入有机插层剂和去离子水时，如果层状硅酸盐为蒙脱土、高岭土、粘土或蛭石，则加入的有机插层剂为十八烷基三甲基溴化铵；如果层状硅酸盐为水滑石，则加入的有机插层剂为十二烷基磺酸钠；上述步骤(1)中共加入两次去离子水，所述层状硅酸盐与第一次使用的去离子水的重量比例为1:(3～7)；第二次加入的去离子水与第一次添加的去离子水的重量比例为1:(3～5)。上述步骤(1)中，所述高速搅拌的搅拌速度为1000r/min～1500r/min，所述静置的时间为12～18小时。上述步骤(2)中，所述第一阶段中，当微波的恒功率Ⅰ为500W～800W、温度T1在45℃～70℃之间(不含端点)时，时间t1范围为15min～20min；当微波的恒功率Ⅰ为500W～800W、温度T1为70℃～85℃时(含端点)，时间t1范围为5min～20min；上述步骤(2)中，所述第二阶段中，微波的恒功率Ⅱ范围为200W～260W，温度T2范围为65-75℃，微波作用时间t2范围为1min～4min。上述步骤(3)中，在冷冻柜中冷冻的时间为12～24h，冷冻温度为-45℃～-35℃；在真空冷冻干燥机中进行干燥的时间为20～24h，干燥温度为-25℃～-15℃；所制备的微波剥离的有机层状纳米硅酸盐为有机层状纳米蒙脱土、有机层状纳米水滑石、有机层状纳米高岭土、有机层状纳米粘土和有机层状纳米蛭石中的一种或几种。上述步骤(3)中，所述有机层状纳米硅酸盐、膨胀阻燃剂与聚丙烯的重量比例为(1～6):(24～35):(60～80)；步骤(3)中，所述有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂的重量之和与硅烷偶联剂重量的比例范围为100：(0.4～1.5)；所述膨胀阻燃剂由高聚磷酸铵、季戊四醇与三聚氰胺按照(20～40):(10～18):(10～15)的重量比例混合而成，所述三聚氰胺的纯度≥99.8％。上述步骤(3)中，所述双螺杆挤出机的出口温度为170～220℃，所述双螺杆挤出机螺杆转速为140-160r/min。本专利技术的优点和有益效果如下：1、本专利技术采用微波剥离技术制备了有机层状纳米硅酸盐，而且有效地提高该类有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料的阻燃性能。其中，通过在有机层状纳米硅酸盐和聚丙烯复合材料制备时严格控制各原料配比，以控制最终产品阻燃性能。2、本专利技术在进行微波剥离制备有机层状纳米硅酸盐时，对两阶段微波参数的要求极其严格，微波参数略有偏差，则剥离效果不好，将导致最终所得阻燃聚丙烯复合材料的阻燃性能较差。具体实施方式为了进一步理解本专利技术，以下结合实例对本专利技术进行描述，但实例仅为对本专利技术的特点和优点做进一步阐述，而不是对本专利技术权利要求的限制。实施例1：一种微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将40g未有机插层改性的蒙脱土分散到200ml去离子水中，以1200r/min转速搅拌20min使其分散均匀，制成悬浊液，静置24h，再加入32g十八烷基三甲基溴化铵和50ml去离子水，以1200r/min的转速搅拌5min使其充分混合均匀。(2)将步骤(1)制作的悬浊液置于微波反应器中，第一阶段以600W的恒功率将悬浊本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：该方法是以聚丙烯、膨胀阻燃剂、层状硅酸盐、有机插层剂和硅烷偶联剂为原料，具体包括如下步骤：/n(1)制备有机层状纳米硅酸盐的前驱液：/n将所述层状硅酸盐分散到去离子水中，经高速搅拌分散均匀后制成层状硅酸盐的悬浊液；静置后，再在层状硅酸盐的悬浊液中加入有机插层剂和去离子水，得到有机层状纳米硅酸盐的前驱液；/n(2)微波剥离制备有机层状纳米硅酸盐：/n将步骤(1)制备的有机层状纳米硅酸盐的前驱液置于微波反应器中，然后分两阶段进行微波处理；第一阶段以恒功率Ⅰ将悬浊液升温至温度T1，在温度T1恒温保持时间t1后，自然冷却至室温；第二阶段以恒功率Ⅱ将悬浊液升温至温度T2，在温度T2恒温保持时间t2后，自然冷却至室温，再置于冷冻柜冷冻；待完全冷冻后置于真空冷冻干燥机中进行干燥，干燥完成取出，即得到微波剥离的有机层状纳米硅酸盐；/n(3)将步骤(2)所得的有机层状纳米硅酸盐、膨胀阻燃剂、硅烷偶联剂和聚丙烯按比例均匀混合，再通过双螺杆挤出机挤出造粒，最终制备出所述微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料。/n...

【技术特征摘要】
1.一种微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：该方法是以聚丙烯、膨胀阻燃剂、层状硅酸盐、有机插层剂和硅烷偶联剂为原料，具体包括如下步骤：
(1)制备有机层状纳米硅酸盐的前驱液：
将所述层状硅酸盐分散到去离子水中，经高速搅拌分散均匀后制成层状硅酸盐的悬浊液；静置后，再在层状硅酸盐的悬浊液中加入有机插层剂和去离子水，得到有机层状纳米硅酸盐的前驱液；
(2)微波剥离制备有机层状纳米硅酸盐：
将步骤(1)制备的有机层状纳米硅酸盐的前驱液置于微波反应器中，然后分两阶段进行微波处理；第一阶段以恒功率Ⅰ将悬浊液升温至温度T1，在温度T1恒温保持时间t1后，自然冷却至室温；第二阶段以恒功率Ⅱ将悬浊液升温至温度T2，在温度T2恒温保持时间t2后，自然冷却至室温，再置于冷冻柜冷冻；待完全冷冻后置于真空冷冻干燥机中进行干燥，干燥完成取出，即得到微波剥离的有机层状纳米硅酸盐；
(3)将步骤(2)所得的有机层状纳米硅酸盐、膨胀阻燃剂、硅烷偶联剂和聚丙烯按比例均匀混合，再通过双螺杆挤出机挤出造粒，最终制备出所述微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料。


2.根据权利要求1所述的微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述层状硅酸盐为蒙脱土、水滑石、蛭石、粘土和高岭土中的一种或几种，所述有机插层剂为十八烷基三甲基溴化铵或十二烷基磺酸钠；所述十八烷基三甲基溴化铵的纯度≥99.5％。


3.根据权利要求1所述的微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述有机插层剂与层状硅酸盐的重量比例为1：2～2：1，优选为1:(0.8～1.5)。


4.根据权利要求1所述的微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，在层状硅酸盐的悬浊液中加入有机插层剂和去离子水时，如果层状硅酸盐为蒙脱土、高岭土、粘土或蛭石，则加入的有机插层剂为十八烷基三甲基溴化铵；如果层状硅酸盐为水滑石，则加入的有机插层剂为十二烷基磺酸钠。


5.根据权利要求1所述的微波剥离的有机层状纳米硅酸盐与膨胀阻燃剂协同阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中共加入两...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴正环，杜晋，范其香，王权，杜开辉，郭俊鑫，
申请(专利权)人：天津职业技术师范大学中国职业培训指导教师进修中心，
类型：发明
国别省市：天津;12