一种复合阻燃塑料的制备方法与流程

1.本发明涉及涉及阻燃材料的技术领域，尤其涉及一种复合阻燃塑料的制备方法。


背景技术：

2.目前市场上无论是金属氢氧化物、硅系阻燃剂还是磷系阻燃剂，作为塑料阻燃添加剂使用时都存在各种各样的问题，比如虽然氢氧化物的研究比较成熟，但是其添加量比较大；卤系阻燃剂的阻燃效果好，但是会产生有毒气体；硅系阻燃剂一般不能单独使用；有机磷价格偏高挥发性大；无机磷相容性不好。近年来，随着纳米技术的不断发展，纳米技术及其复合作用原理被应用到阻燃领域，由于添加剂从宏观到微观的突变，属于在纳米尺度这一介观领域，它的物理和化学性能会出现一些纳米效应：如量子尺寸效应和表面效应等。


技术实现要素：

3.本发明旨在一定程度上解决上述技术问题。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种复合阻燃塑料的制备方法，该方法制得的阻燃塑料塑料阻燃效果好，对环境友好。
5.一种复合阻燃塑料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
6.a.制备阻燃剂基体，将离子液体与层状化合物按照配比为1:2-1:50的比例混合搅拌反应2小时-72小时，制得液体状复合阻燃剂基体；
7.b.制备阻燃复合剂，将a中制得的复合阻燃剂基体离心分离，用水和乙醇充分洗涤，在常温常压下进行真空干燥，制得粉末状复合阻燃剂；
8.c.制备改性阻燃剂，将硅烷偶联剂和低分子量聚乙烯加入步骤b中制得的粉末状复合阻燃剂中，并在常温下低速搅拌5～10分钟进行浸渍处理，然后在90～120℃烘干1～2小时，得到改性阻燃剂；
9.d.制备阻燃母粒，将步骤c制得的改性阻燃剂与塑料基体进行熔融、共混、挤出、造粒制得阻燃母粒；
10.e.制取阻燃塑料，按一定的配比将步骤d中制备的阻燃母粒与塑料基体共混、挤出成型制备阻燃塑料。
11.进一步，在步骤d中，改性阻燃剂、聚乙烯、抗氧剂以质量百分比为：10％：85％：5％加入到温度为180℃密炼机内，转子转速为25rpm，加压机械混合1.5h，待熔融混匀后取出。
12.进一步，在步骤d中将共混均匀的物料在双螺杆挤出机内进行造粒，双螺杆挤出机各区的温度为：一区175℃，二区180℃三区180℃四区185℃五区190℃机头195℃，挤出机转速为40rpm，得到所述阻燃塑料母粒。
13.进一步，在步骤e中，按质量百分比将阻燃塑料母粒5％，聚乙烯95％充分混合，熔融、挤出制得阻燃聚乙烯。
14.进一步，步骤a中的所述层状化合物可以为氧化石墨烯或二硫化钼。
15.进一步，所述抗氧化剂为受阻酚和受阻胺的一种。
16.进一步，所述离子液体为咪唑离子液体、吡啶离子液体、季铵盐离子液体、吡咯烷离子液体、季磷离子液体、玛琳离子液体中的一种，所述离子液体的纯度为99％，所述层状化合物为氧化石墨烯，在步骤a中，离子液体与go按照配比1：20的比例混合搅拌反应，反应时间为24小时。
17.进一步，步骤c中所述硅烷偶联剂添加量为5％-8％。
18.本发明的有益效果：本发明一种复合阻燃塑料的制备方法，本发明复合阻燃材料成功的将具有良好阻燃性能的离子液体的阳离子基团引入层状化合物层间；克服了单独使用一种无机阻燃剂阻燃性能的不足；在层状化合物之间引入较大的分子，降低层间距对反应物进出层件的阻碍，从而提高材料的阻燃效果。另外，离子液体用量具有可控性，是一种环境友好的阻燃材料，和有机材料的相容性好，可用于加工阻燃塑料、阻燃树脂等新型阻燃塑料。
具体实施方式
19.下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
20.根据本发明的具体实施例，一种复合阻燃塑料的制备方法，包括如下步骤：
21.a.制备阻燃剂基体，将离子液体与层状化合物按照配比为1:2-1:50的比例混合搅拌反应2小时-72小时，制得液体状复合阻燃剂基体；
22.b.制备阻燃复合剂，将a中制得的复合阻燃剂基体离心分离，用水和乙醇充分洗涤，在常温常压下进行真空干燥，制得粉末状复合阻燃剂；
23.c.制备改性阻燃复合剂，将硅烷偶联剂和低分子量聚乙烯加入步骤b中制得的粉末状复合阻燃剂中，并在常温下低速搅拌5～10分钟进行浸渍处理，然后在90～120℃烘干1～2小时，得到改性阻燃剂；
24.d.制备阻燃母粒，将步骤c制得的改性阻燃剂与塑料基体进行熔融、共混、挤出、造粒制得阻燃母粒；
25.e.制取阻燃塑料，按一定的配比将步骤d中制备的阻燃母粒与塑料基体共混、挤出成型制备阻燃塑料。
26.根据本发明的具体实施例，一种复合阻燃塑料的制备方法，在步骤d中，改性阻燃剂、聚乙烯、抗氧剂以质量百分比为：10％：85％：5％加入到温度为180℃密炼机内，转子转速为25rpm，加压机械混合1.5h，待熔融混匀后取出。
27.根据本发明的具体实施例，一种复合阻燃塑料的制备方法，在步骤d中将共混均匀的物料在双螺杆挤出机内进行造粒，双螺杆挤出机各区的温度为：一区175℃，二区180℃三区180℃四区185℃五区190℃机头195℃，挤出机转速为40rpm，得到阻燃塑料母粒。
28.根据本发明的具体实施例，一种复合阻燃塑料的制备方法，在步骤e中，按质量百分比将阻燃塑料母粒5％，聚乙烯95％充分混合，熔融、挤出制得阻燃聚乙烯。
29.根据本发明的具体实施例，一种复合阻燃塑料的制备方法，步骤a中的层状化合物可以为氧化石墨烯或二硫化钼，抗氧化剂为受阻酚和受阻胺的一种。
30.根据本发明的具体实施例，一种复合阻燃塑料的制备方法，层状化合物为氧化石墨烯，在步骤a中，离子液体与go按照配比1：20的比例混合搅拌反应，反应时间为24小时。
31.根据本发明的具体实施例，一种复合阻燃塑料的制备方法，离子液体为咪唑离子液体、吡啶离子液体、季铵盐离子液体、吡咯烷离子液体、季磷离子液体、玛琳离子液体中的一种，所述离子液体的纯度为99％，所述层状化合物为氧化石墨烯，在步骤a中，离子液体与go按照配比1：20的比例混合搅拌反应，反应时间为24小时。
32.根据本发明的具体实施例，一种复合阻燃塑料的制备方法，步骤c中所述硅烷偶联剂添加量为5％-8％。
33.根据本发明的具体实施例，按照上述方法步骤在下列条件下进行试验，选用溴化十六烷基三甲基咪唑(c16mimbr)离子液体，层状化合物选用氧化石墨烯，硅烷偶联剂的添加量为总体质量的6％，试验数据如下：
34.对比例1：将普通塑料基体pe6在不添加石墨烯粉末和离子液体的情况下，按照本发明提供的方法步骤制得塑料pe-0。
35.对比例2：将质量9份塑料基体pe6、1份石墨烯粉末在不添加离子液体的情况下，按照本发明的方法步骤制得塑料pe-1。
36.对比例3：将85份的塑料基体pe6、15份石墨烯粉末在不添加离子液体的情况下，按照本发明的方法步骤制得塑料pe-2。
37.实施例1：将85份的塑料基体pe6、14.5份石墨烯粉末和0.5份的离子液体的情况下，按照本发明的方法步骤制得塑料pe-3。
38.实施例2：将85份的塑料基体pe6、14份石墨烯粉末和1份的离子液体的情况下，按照本发明的方法步骤制得塑料pe-4。
39.实施例3：将85份的塑料基体pe6、13.5份石墨烯粉末和1.5份的离子液体的情况下，按照本发明的方法步骤制得塑料pe-5。
40.实施例4：将85份的塑料基体pe6、13份石墨烯粉末和2份的离子液体的情况下，按照本发明的方法步骤制得塑料pe-6。
41.实施例5：将85份的塑料基体pe6、12.5份石墨烯粉末和2.5份的离子液体的情况下，按照本发明的方法步骤制得塑料pe-7。
42.实施例6：将85份的塑料基体pe6、12份石墨烯粉末和2份的离子液体的情况下，按照本发明的方法步骤制得塑料pe-8。
[0043][0044]
将对比例2、对比例3和对比例1进行比较，对比例2和对比例3极限氧指数loi有一定提高，说明在塑料中添加氧化石墨烯具有阻燃功能，并且随着氧化石墨含量的增加，样品阻燃性能在提高。将实施例1、2、3、4、5和对比例3作比较，随着离子液体量的增加，氧化石墨烯含量在减少，而样品阻燃性能却在增加，说明在塑料中添加改性阻燃复合剂阻燃性能更好。将实施例6和实施例5进行比较，可以看到随着离子液体的量的增加而阻燃性能却在降低。说明离子液体量具有最优解。
[0045]
另外，上述实施例只是本发明涉及到的离子液体的一种，经多次试验验证咪唑离子液体、吡啶离子液体、季铵盐离子液体、吡咯烷离子液体、季磷离子液体、玛琳离子液体也同样具有类似规律，不再一一列举。
[0046]
本发明一种阻燃塑料的阻燃原理在于：层状化合物和水有着特殊的相互作用,这种相互作用既可以发生在层间,又可以发生在粘土粒子的表面,其原理是水分子与粘土层板上羟基的氢键和层间金属离子的水合作用。化合物层间的水分子在一定条件下可以被离子液体置换,离子液体的有机阳离子被引入层间,合成了离子液体插层层状黏土化合物复合阻燃剂。但是层状化合物层与层之间有很强的范德华力使之很容易发生团聚，因而不能在聚合物中很好的分散，影响其阻燃性能，通过插层组装将阻燃离子液插入层状化合物得到复合阻燃剂，硅烷偶联剂进行改性，提高阻燃剂在塑料中分散性，再将改性后阻燃剂与塑料基体进行熔融、共混、挤出、造粒制备阻燃母粒；再按一定的配比将阻燃母粒与塑料基体共混、挤出成型制备抗菌塑料。该复合抗菌塑料具有广谱抗菌、环境友好、热稳定性号，缓释效果好、力学性能改善。该阻燃塑料制备方法简单、有利于大规模生产。
[0047]
以上实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。