低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料及制备方法技术

本发明专利技术涉及一种低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料及制备方法，低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料按照重量份数，由超高分子量聚乙烯50～100份、复合阻燃剂5～100份、偶联剂0.01～3份、抑烟剂0.1～2份，润滑剂0.1～1份组成。与现有技术相比，本发明专利技术制得的阻燃超高分子量聚乙烯复合材料低烟低毒、不含卤素，阻燃效果好，能达到UL94V

【技术实现步骤摘要】
低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料及制备方法


[0001]本专利技术涉及阻燃材料
，尤其是涉及一种低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料及制备方法。

技术介绍

[0002]超高分子量聚乙烯(UHMWPE)是一种综合性能优异的新型热塑性工程塑料，它极高的分子量、高度缠绕的链段结构赋予其优异的力学性能，该材料的抗冲击性能居塑料之首，在
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80℃仍能保持韧性，且具有极高的耐磨性，优良的耐应力开裂性和耐腐蚀性，极低的磨擦因数和极佳的自润滑性能。这些优异性能使它在某些方面大大超过了目前所有工程塑料和一些金属材料，日益受到人们的重视，在造纸、食品饮料、矿山开采、交通运输、陶瓷、机械、纺织、水利电力等领域和岩土工程施工中都有广泛的应用前景。在国外，德、美、日、欧等发达国家和地区已经在上述领域普遍推广使用了UHMWPE。在我国，该材料也已逐步进入煤矿、选煤厂、电厂及其他工业领域，并日益显示出它的重要作用，被誉为“令人惊异的高效节能新材料”。
[0003]然而，UHMWPE具有与普通聚乙烯一样难以克服的缺陷，即阻燃性很差，它的极限氧指数(LOI)只有17.5％。氧指数小于21％的聚烯烃属于易燃塑料，因而UHMWPE的阻燃性大大限制了它的广泛应用和发展。而且在燃烧过程中发热量和生烟量大，还产生熔滴现象，从而造成二次火灾危害，因此对其进行阻燃改性具有十分重要的意义。
[0004]近年来，许多专家学者对聚乙烯等通用塑料的阻燃研究较多，但是涉及到UHMWPE的阻燃研究报道不多。常用的阻燃剂中，有机阻燃剂常常燃烧时发烟量大，释放出的气体有毒、有腐蚀性；而无机阻燃剂虽然有无毒无腐蚀等优点，但阻燃性差，大剂量的使用和相容性问题会导致材料的其他性能大幅度下降。并且阻燃剂的用量随聚合物种类的不同而有所不同，比如12％的含溴有机阻燃剂与6％的Sb2O3混合改性PE,可使PE的氧指数达到27％以上，而同样的阻燃剂用于UHMWPE，只能使其氧指数达到22.7％。

技术实现思路

[0005]基于现有技术中超高分子量聚乙烯阻燃性能差的问题，本专利技术提供一种低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料及制备方法。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术首先提供一种低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料，按照重量份数，由以下重量份含量的组分组成：
[0008][0009]在本专利技术的一些实施方式中，所述复合阻燃剂由以下重量份含量的组分组成：
[0010][0011]在本专利技术的一些实施方式中，所述复合阻燃剂的结构式如图1所示。
[0012]在本专利技术的一些实施方式中，所述低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料，按照重量份数，由以下重量份含量的组分组成：
[0013]超高分子量聚乙烯50～100份，无机金属化合物20～70份，石墨烯2～30份，协效阻燃剂2～10份、偶联剂0.01～3份、抑烟剂0.1～2份，润滑剂0.1～1份。
[0014]在本专利技术的一些实施方式中，所述超高分子量聚乙烯是粘均分子量为100万～1000万的超高分子量聚乙烯，更优选为粘均分子量800万～1000万的超高分子量聚乙烯。
[0015]在本专利技术的一些实施方式中，所述无机金属化合物选自氧化镁、碳酸镁、氧化铝、二氧化钛、氧化锌、氧化锆、磷酸镁、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或碳酸钙中的一种或几种的组合物。优选为碳酸镁、碳酸钙、氢氧化铝、氢氧化钙中的一种或几种组合物。更优选为氢氧化铝、氢氧化镁其中的一种或几种组合物，进一步优选为氢氧化镁。
[0016]在本专利技术的一些实施方式中，所述石墨烯层数为1～10层。
[0017]在本专利技术的一些实施方式中，所述协效阻燃剂为亚磷酸酯、磷酸酯、磷酸三甲苯酯、9,10
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二氢
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氧杂
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10
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磷杂菲
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10
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氧化物(DOPO)中的一种或几种组合物。更优选为DOPO。
[0018]在本专利技术的一些实施方式中，所述偶联剂为硅烷偶联剂、酞酸酯偶联剂或铝酸脂偶联剂中的一种或几种组合物。更优选为硅烷偶联剂。进一步地，所述硅烷偶联剂优选为带乙烯基的硅烷偶联剂。
[0019]在本专利技术的一些实施方式中，所述抑烟剂为二硫化钼、勃姆石、无水硼酸锌、锡酸锌、三氧化钼中的一种或几种组合物。更优选为二硫化钼、无水硼酸锌中的一种或几种组合物。
[0020]在本专利技术的一些实施方式中，所述润滑剂为天然石蜡、液体石蜡、微晶石蜡、聚乙烯蜡、硬脂酸丁酯中的一种或几种组合物。
[0021]本专利技术进一步提供低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0022]1)按重量份将所述的石墨烯、无机金属化合物、协效阻燃剂分别与所述偶联剂进
行反应，分别得到具有较多活性反应基团的偶联产物；
[0023]2)按重量份将步骤1)所得偶联产物分散于溶剂中，搅拌反应一定时间，使得偶联产物之间化学键相互交联而形成三维网络状结构，得到具备一定的反应活性的复合阻燃剂；
[0024]3)按重量份将所述的硅烷偶联剂、抑烟剂、润滑剂与所述的超高分子量聚乙烯加入高速混合机中混合均匀；
[0025]4)将步骤2)所述的复合阻燃剂加入步骤3)所述的高速混合机中并混合均匀，得到混合物；
[0026]5)把步骤4)所得的混合物通过热压成型的方法制得低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料。
[0027]需要说明的是，上面制备方法中，步骤1)与步骤3)均涉及到添加偶联剂，步骤1)中的偶联剂是用于制备复合阻燃剂的偶联剂，其用量满足“所述复合阻燃剂由以下重量份含量的组分组成：无机金属化合物1～70份、石墨烯1～30份、协效阻燃剂1～70份、偶联剂0.01～3份”这一条件，步骤3)中的偶联剂是用于制备低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料的偶联剂，其用量满足“低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料，按照重量份数，由以下重量份含量的组分组成：超高分子量聚乙烯50～100份、复合阻燃剂5
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100份、偶联剂0.01～3份、抑烟剂0.1～2份、润滑剂0.1～1份”这一条件。
[0028]在本专利技术的一些实施方式中，步骤5)中，压制温度为200℃～250℃，压制压力为2MPa～8MPa，保压时间为10min～60min。
[0029]与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下有益效果：
[0030]1)本专利技术先采用偶联剂对单一组分的阻燃添加剂进行活化处理，通过活性基团将无机阻燃剂(无机金属化合物)、石墨烯以及有机阻燃剂(协效阻燃剂)相互接枝反应，形成交联的网络状结构，形成协效阻燃效应，在燃烧过程中促使生成的碳层具有更高的强度和更好的密度，显著提升了超高分子量聚乙烯材料的阻燃性，降低了烟密度。
[0031]2)本专利技术添加了石墨烯作为阻燃剂，利用石墨烯高比表面积吸附及高本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于，按照重量份数，由以下重量份含量的组分组成：所述复合阻燃剂由以下重量份含量的组分组成：2.根据权利要求1所述的一种低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于，所述低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料，按照重量份数，由以下重量份含量的组分组成：超高分子量聚乙烯50～100份，无机金属化合物20～70份，石墨烯2～30份，协效阻燃剂2～10份、偶联剂0.01～3份、抑烟剂0.1～2份，润滑剂0.1～1份。3.根据权利要求1或2所述的一种低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于，所述超高分子量聚乙烯是粘均分子量为100万～1000万的超高分子量聚乙烯。4.根据权利要求1或2所述的一种低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于，所述无机金属化合物选自氧化镁、碳酸镁、氧化铝、二氧化钛、氧化锌、氧化锆、磷酸镁、氢氧化铝、氢氧化镁、氢氧化钙或碳酸钙中的一种或几种的组合；所述石墨烯层数为1～10层；所述协效阻燃剂为亚磷酸酯、磷酸酯、磷酸三甲苯酯、9,10
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二氢
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氧杂
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磷杂菲
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10
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氧化物中的一种或几种组合物。5.根据权利要求4所述的一种低烟低毒无卤阻燃超高分子量聚乙烯复合材料，其特征在于，所述无机金属化合物为氢氧化铝、氢氧化镁其中的一种或几种组合物；所述协效阻燃剂为9,10
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二氢
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氧杂
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【专利技术属性】
技术研发人员：聂婭，张小海，金石磊，张伟东，李小慧，郑俊，
申请(专利权)人：上海海迅机电工程有限公司，
类型：发明
国别省市：