一种复合阻燃高分子材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及阻燃高分子材料，公开一种复合阻燃高分子材料及其制备方法，按照重量份包括：聚磷酸铵15～30份；季戊四醇5～10份；改性沸石3～15份；聚烯烃48～76份；所述改性沸石制备过程包括：将天然沸石置于氢氧化钠水溶液中浸泡，经过滤、洗涤、烘干，再置于饱和氯化铵水溶液中浸泡，经过滤、洗涤、干燥得到所述改性沸石。本发明专利技术采用依次经氢氧化钠、饱和氯化铵水溶液中浸泡的天然沸石作为协效剂，其孔道内吸附适当的铵根离子，配合聚磷酸铵和季戊四醇，大幅度提升材料的阻燃性能，得到兼具优异力学性能和阻燃性能的复合材料。性能和阻燃性能的复合材料。

【技术实现步骤摘要】
一种复合阻燃高分子材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及阻燃高分子材料，具体涉及一种复合阻燃高分子材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚烯烃(聚乙烯、聚丙烯等)具有优良的耐化学稳定性、绝缘性和冲击韧性，是一类工业上广泛应用的通用塑料。但这类材料的闪燃点和氧指数等技术指标较低，在空气中容易发生燃烧。为赋予聚烯烃阻燃特性，常用的方法是在聚烯烃中添加卤系或无卤阻燃剂，卤系阻燃剂属于非环保类阻燃剂，已逐渐被淘汰；而无卤阻燃剂应用范围在不断的拓展。在无卤阻燃剂中，膨胀型阻燃剂因其独特的凝聚相阻燃机制而备受关注，该阻燃剂利用其组分中的酸源和碳源促进聚烯烃受热时脱水成碳，同时气源释放出的不可燃气体将碳层发泡，形成一个固相隔热膨胀碳层，以保护下层的聚烯烃材料免受外来火焰、氧气的侵袭而续燃。
[0003]为使膨胀型阻燃剂对聚烯烃有更好的阻燃效果，关键是需进一步提升碳层的致密性和对不燃性气体的阻隔性。有研究表明，在膨胀型阻燃剂中加入沸石等一些无机粉体，可以降低生成的无定形碳数量，改善碳层的强度，促进碳层致密且结构稳定；另一方面为增加碳层内不燃性气体的含量而提升其阻隔性，可以在原有的阻燃体系中再额外增加气源(如三聚氰胺)。气源产生的不燃性气体在发泡膨胀碳层的过程中，需平衡好发泡和结碳这两者之间的作用形式，如果气体产生量过大过快，结碳过程较为困难且使其致密程度下降；如果气体产生不及时，容易导致后期产生的气体冲破碳层而破坏阻隔效果。
[0004]CN101481475A公开了一种紫外光交联膨胀型阻燃聚烯烃电缆绝缘护套料及其制备方法，其中提及沸石可作为阻燃增效剂使用，但与其他二氧化硅、硼酸锌等均作为常规的助剂添加，并无特殊作用或效果。
[0005]CN114574026 A公开了一种改性沸石及基于改性沸石的水性膨胀型防火涂料，将沸石颗粒浸渍于含镍离子溶液中进行第一搅拌反应，随后经烘干、焙烧，得到负载NiO的沸石；向Tris
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多巴胺盐酸盐溶液中加入负载NiO的沸石，进行第二搅拌反应，随后洗涤至中性、烘干，得到NiO@Z@PDA。其公开表示将改性后沸石作为增效剂用于防火涂料中，改善了其在基质中的团聚作用，且其与膨胀阻燃体系能产生协同作用，可提升涂料的阻燃性能和抑烟性能。但采用的改性方法太复杂，镍成本也相对较高，工业推广困难。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对膨胀型阻燃剂的碳层不够稳定，阻燃效果不够理想的问题，依次采用碱液、氯化铵饱和溶液对天然沸石进行改性处理，再将改性沸石、聚磷酸铵、季戊四醇及聚合物进行熔融共混制备复合阻燃高分子材料，利用膨胀型阻燃剂和吸附铵根离子的改性沸石的协同作用，得到具有优异阻燃性能和力学性能的高分子材料。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0008]一种复合阻燃高分子材料，按照重量份包括：
[0009][0010]所述改性沸石制备过程包括：将天然沸石置于氢氧化钠水溶液中浸泡，经过滤、洗涤、烘干，再置于饱和氯化铵水溶液中浸泡，经过滤、洗涤、干燥得到所述改性沸石。
[0011]天然沸石是一种金属铝硅酸盐矿物，具有独特的孔道结构，外界的阳离子可以通过这些孔道与内部的金属阳离子进行交换。为打通封闭的孔道，降低硅铝比，提升沸石的吸附性能和阳离子交换容量，需要对天然沸石进行改性。一定浓度的氢氧化钠溶液是天然沸石良好的改性剂，通过氢氧化钠水溶液处理后可对其孔道进行清理和打通。
[0012]经过碱液改性后的沸石因具有较高的离子交换容量和较宽的孔道结构，本专利技术中首次将其与饱和氯化铵溶液接触后吸附铵根离子，并利用吸附了饱满的铵根离子的改性沸石与传统的膨胀型阻燃剂协同作用。改性沸石孔道内的铵根离子在燃烧时经热分解后能产生不燃性气体氨气，为阻燃高分子材料提供额外充足气源；其中聚磷酸铵受热分解产生磷酸和氨气，磷酸在碳源季戊四醇的协同作用促使基层聚烯烃材料熔融后脱水成碳，改性沸石内铵根离子受热产生的氨气和聚磷酸铵产生的氨气使得碳层迅速发泡，改性沸石受热产生的氨气主要分布在膨胀碳层中沸石颗粒的周围，膨胀碳层内的气体含量较单一使用聚磷酸铵时更为丰富，可以高效阻隔氧气和热量；同时另一方面沸石作为分散相材料进一步增强碳层结构强度，防止大量氨气在迅速产生过程中冲破碳层。经协效作用后可直接大幅度提升聚烯烃等聚合物的阻燃性能。
[0013]氢氧化钠的浓度和浸泡时间决定了沸石孔道尺寸和形貌。浓度过低，浸泡时间延长且新孔道狭窄；浓度过高，则孔道结构不易控制，易出现孔道尺寸过大，比表面积降低，结构强度下降。优选地，所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量浓度为5～200g/L，天然沸石在氢氧化钠水溶液中浸泡时间为1～6h；温度为5～40℃。
[0014]进一步优选地，所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量浓度为100～200g/L，天然沸石在氢氧化钠水溶液中浸泡时间为0.5～2.5h；进一步优选氢氧化钠浓度为120～200g/L，浸泡时间为1～2h；温度为5～40℃。该条件下的改性沸石的孔道尺寸较为合适，能够有效吸附铵根离子的同时起到增强碳层的效果。
[0015]天然沸石与氢氧化钠水溶液的质量比不高于1：10，沸石含量过多，改性效果变差，后续对氯化铵的吸附容量下降，降低其阻燃效果。
[0016]天然沸石在饱和氯化铵中浸泡时间为3～24h，温度为5～40℃，沸石内孔道吸附更多的铵根离子为宜。过长时间的浸泡并不能增加吸附量，反而浪费时间成本。
[0017]天然沸石与饱和氯化铵水溶液的质量比不高于1：3，天然沸石投入量过多可能会使铵根离子的离子交换效能下降，氯化铵吸附容量不足。
[0018]优选地，所述天然沸石包括斜发沸石、中沸石、丝光沸石的一种，粒径为250～1000目。粒径过大，原沸石比表面积小，改性后能够吸附的铵根离子数量相对减少；另一方面，不利于稳定阻燃高分子材料膨胀碳层的结构。粒径过小，沸石在基体材料中易团聚，也会造成
材料燃烧后膨胀碳层的结构缺陷。
[0019]所述聚烯烃包括聚乙烯和/或聚丙烯的新料、回料或改性料。所述聚烯烃包括高密度聚乙烯、低密度聚乙烯等常见聚烯烃材料。
[0020]所述的聚磷酸铵的粒径为200～500目，季戊四醇的粒径为500～2000目。该尺寸更有利于实现在聚烯烃基体内均匀分散，协同阻燃效果更佳。
[0021]本专利技术还提供所述的复合阻燃高分子材料的制备方法，包括步骤：
[0022]将聚磷酸铵、季戊四醇、改性沸石和聚烯烃45～70℃下预混，再经熔融挤出造粒，得到所述复合阻燃高分子材料。粒料可经注塑、模压等制成其他所需尺寸的材料。
[0023]优选地，熔融挤出温度为160～220℃，通常预混10～30min。
[0024]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0025]本专利技术采用经过改性的天然沸石作为协效阻燃剂，将其依次氢氧化钠、饱和氯化铵水溶液中浸泡，使孔道内吸附适当的铵根离子，配合聚磷酸铵和季戊四醇，能够在受热燃烧时释放大量的不燃气体氨气，并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合阻燃高分子材料，其特征在于，按照重量份包括：所述改性沸石制备过程包括：将天然沸石置于氢氧化钠水溶液中浸泡，经过滤、洗涤、烘干，再置于饱和氯化铵水溶液中浸泡，经过滤、洗涤、干燥得到所述改性沸石。2.根据权利要求1所述的复合阻燃高分子材料，其特征在于，所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量浓度为5～200g/L，天然沸石在氢氧化钠水溶液中浸泡时间为1～6h；温度为5～40℃。3.根据权利要求1或2所述的复合阻燃高分子材料，其特征在于，所述氢氧化钠溶液中氢氧化钠的质量浓度为100～200g/L，天然沸石在氢氧化钠水溶液中浸泡时间为1～2.5h；温度为5～40℃。4.根据权利要求1所述的复合阻燃高分子材料，其特征在于，天然沸石在饱和氯化铵中浸泡时间为3～24h，温度为5～40℃。5.根据权利要求1所述的复合阻燃高分子材料，其特征在于，天然沸石与氢氧化钠水溶液的质量...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晓宇，周箭，
申请(专利权)人：浙江昕宇新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：