CN111548597A - 一种无卤阻燃abs复合材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种无卤阻燃ABS复合材料及制备方法，该复合材料的制备原料包括ABS、无卤阻燃剂、改性蒙脱土和抗氧剂，上述原料中，通过对制备原料中的蒙脱土进行改性，增大了蒙脱土的层间距，改善了蒙脱土在高聚物中的相容性，从而使蒙脱土在基体材料中的分散更加，达到充分发挥阻燃及提高力学性能的效果，使得复合材料的阻燃性能优异，力学性能良好，市场应用前景广阔。

Description

一种无卤阻燃ABS复合材料及制备方法
技术领域
本发明属于高分子工程塑料技术领域，具体涉及一种无卤阻燃ABS复合材料及制备方法。
背景技术
ABS是指丙烯腈、丁二烯、苯乙烯的三元共聚物，其广泛应用于汽车、家电和办公设备等领域的热塑性工程塑料中。由于ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成，使得ABS具备这三种单体的特殊性能，其中包括丙烯腈的高强度、耐化学稳定性，丁二烯的抗冲击性以及苯乙烯的易加工性。但ABS也有缺点，例如易燃烧，其极限氧指数为19％左右，燃烧时伴有浓烟产生，这大大限制了ABS树脂更广范围的应用。
为了提高ABS树脂的阻燃性能，需要在ABS树脂中添加阻燃剂。阻燃剂可以分为两大类，一类为卤系阻燃剂，其用量少、力学性能良好且阻燃效果明显，但阻燃的同时会产生卤化氢气体，危害人体健康。随着对环保的要求越来越高，很多卤系阻燃剂已被禁止使用。另一类为无卤阻燃剂，其环保、低烟、低毒，但是在保证阻燃性能的同时力学性能损失较大，因此很难兼顾到材料的阻燃性和力学性能。
虽然关于ABS的无卤阻燃的研究已经有很多年，但无卤阻燃剂添加量大、与基体树脂相容性差、会降低材料力学性能等缺点一直阻碍了其在市场上的广泛应用，因此仍需开发一种力学性能优异、高效阻燃且无卤环保的ABS复合材料。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明实施例提出一种无卤阻燃ABS复合材料及制备方法，该复合材料力学性能优异且具有高效的阻燃性。
根据本发明第一方面实施例的一种无卤阻燃ABS复合材料，包括以下重量份计的制备原料：
ABS：60～70份，
无卤阻燃剂：24～30份，
改性蒙脱土：0.5～5份，
抗氧剂：0.5～1份。
根据本发明实施例的无卤阻燃ABS复合材料，至少具有如下技术效果：
本发明实施例的无卤阻燃ABS复合材料，通过对制备原料中的蒙脱土进行改性，增大了蒙脱土的层间距，改善了蒙脱土在高聚物中的相容性，从而使蒙脱土在基体材料中的分散更加，达到充分发挥阻燃及提高力学性能的效果，使得复合材料的阻燃性能优异，力学性能良好，市场应用前景广阔。
根据本发明的一些实施例，所述无卤阻燃剂由质量比为(2～5)：1的聚磷酸铵与双季戊四醇复配而得。优选3:1。
聚磷酸铵是一种优良的无卤阻燃剂，具有无毒无味、热稳定性高、受热分解不产生腐蚀性气体等优点。双季戊四醇可燃，但易与有机酸发生酯化反应。一般，聚磷酸铵充当酸源和气源与双季戊四醇一同组成膨胀阻燃体系对聚合物进行阻燃。聚磷酸铵受热分解产生的氨气稀释聚合物受热分解产生的可燃气体在气相阻燃，同时聚磷酸铵受热分解产生的聚磷酸与双季戊四醇脱水发生酯化反应成碳，氨气使碳层膨胀阻止空气进入聚合物表面，从而达到阻燃的效果。
根据本发明的一些实施例，所述聚磷酸铵的聚合度为1000～2000。优选1500～2000。
根据本发明的一些实施例，所述改性蒙脱土的制备方法包括以下步骤：
(1)将钠基蒙脱土在溶剂中分散后，得到钠基蒙脱土分散液；
(2)将三氯化铁溶于溶剂中，得到三氯化铁溶液；
(3)将步骤(2)得到的三氯化铁溶液加到步骤(1)得到的蒙脱土分散液中，加热反应后即得所述的改性蒙脱土。
根据本发明的一些实施例，所述溶剂为去离子水和无水乙醇按体积比为2:1的混合。
根据本发明的一些实施例，钠基蒙脱土的离子交换能力为100mmol/100g。
根据本发明的一些实施例，步骤(1)中，钠基蒙脱土的质量与溶剂的体积比为1g：(20～40)ml。
步骤(1)中，钠基蒙脱土在溶剂中的分散为超声分散，分散时间大于15min。
根据本发明的一些实施例，步骤(2)中，三氯化铁的质量与溶剂的体积比为1g：(20～40)ml。
根据本发明的一些实施例，步骤(3)中，加热反应的温度为40～60℃，加热反应的时间为12～14h。加热反应后离心洗涤干燥，研磨过筛。
上述改性蒙脱土的制备方法通过使蒙脱土层间距的增大，使极性增强，从而能提高其疏水性，用较少量的三氯化铁溶液能取得较好的改性效果。
根据本发明的一些实施例，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
受阻酚类抗氧剂为抗氧剂1010和抗氧剂1076中的至少一种。
根据本发明第二方面实施例的无卤阻燃ABS复合材料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将ABS、无卤阻燃剂、改性蒙脱土和抗氧剂混匀后挤出造粒，得到无卤阻燃ABS颗粒；
S2：将步骤S1得到的无卤阻燃ABS颗粒注塑成型，即得所述的无卤阻燃ABS复合材料。
步骤S1中，采用非对称双螺杆挤出机进行挤出造粒，其中非对称双螺杆挤出机的螺杆转速为60～180r/min，温度控制为150～210℃。
更具体的，非对称双螺杆挤出机的各区段的温度控制为：第一段150～170℃，第二段160～180℃，第三段170～200℃，第四段170～200℃，第五段180～210℃，第六段180～210℃，第七段180～210℃，第八段180～210℃，第九段180～210℃，第十段180～210℃，机头170～200℃。
步骤S2中，采用注塑成型进行注塑成型，注塑机的温度控制为150～190℃。
更具体的，注塑机的温度控制为第一段160～190℃，第二段160～190℃，第三段150～190℃。
附图说明
图1是钠基蒙脱土的微观形貌检测结果。
图2是改性蒙脱土的微观形貌检测结果。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，并结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例
本例实际制备了一种无卤阻燃ABS复合材料，无卤阻燃ABS复合材料，包括以下重量份计的制备原料：
ABS：70份，无卤阻燃剂：24份，改性蒙脱土：5份，抗氧剂1010：1份。
其中，无卤阻燃剂由质量比为3：1的聚磷酸铵与双季戊四醇复配而得。
聚磷酸铵的聚合度为1000～2000。
改性蒙脱土的制备方法包括以下步骤：
(1)将钠基蒙脱土在溶剂中分散后，得到钠基蒙脱土分散液；
(2)将三氯化铁溶于溶剂中，得到三氯化铁溶液；
(3)将步骤(2)得到的三氯化铁溶液加到步骤(1)得到的蒙脱土分散液中，加热反应后即得的改性蒙脱土。
溶剂为去离子水和无水乙醇按体积比为2:1的混合。
钠基蒙脱土的离子交换能力为100mmol/100g。
步骤(1)中，钠基蒙脱土的质量与溶剂的体积比为1g：30ml。钠基蒙脱土在溶剂中的分散为超声分散，分散时间大于15min。
步骤(2)中，三氯化铁的质量与溶剂的体积比为1g：30ml。
步骤(3)中，加热反应的温度为40℃，加热反应的时间为14h。加热反应后离心洗涤干燥，研磨过筛。
ABS复合材料的制备方法包括以下步骤：
S1：将ABS、无卤阻燃剂、改性蒙脱土和抗氧剂混匀后挤出造粒，得到无卤阻燃ABS颗粒；
S2：将步骤S1得到的无卤阻燃ABS颗粒注塑成型，即得的无卤阻燃ABS复合材料。
步骤S1中，采用非对称双螺杆挤出机进行挤出造粒，其中非对称双螺杆挤出机的螺杆转速为60～180r/min，温度控制为150～210℃。非对称双螺杆挤出机的各区段的温度控制为：第一段150～170℃，第二段160～180℃，第三段170～200℃，第四段170～200℃，第五段180～210℃，第六段180～210℃，第七段180～210℃，第八段180～210℃，第九段180～210℃，第十段180～210℃，机头170～200℃。
步骤S2中，采用注塑成型进行注塑成型，注塑机的温度控制为150～190℃。具体为第一段160～190℃，第二段160～190℃，第三段150～190℃。
钠基蒙脱土的微观形貌如图1所示，改性蒙脱土的微观形貌如图2所示。
对比例1
本例实际制备了一种无卤阻燃ABS复合材料，与实施例3的区别在于，制备原料中的蒙脱土未经改性，是钠基蒙脱土。
对比例2
本例实际制备了一种无卤阻燃ABS复合材料，与实施例3的区别在于，制备原料中不含蒙脱土。
检测例
本例检测了实施例和对比例1～2制备的复合材料的力学性能，其中，拉伸性能参照GB/T1040.2-2006的规定进行测试，冲击强度参照GB/T1843-2008的规定进行测试，样条缺口为A型氧指数参照GB/T2406.2-2009的规定进行测试，垂直燃烧性能参照GB/T2408-2008的规定进行测试。结果如表1所示。
表1无卤阻燃ABS复合材料性能测试结果
Figure BDA0002501853930000051
Figure BDA0002501853930000061

Claims (10)

1.一种无卤阻燃ABS复合材料，其特征在于，包括以下重量份计的制备原料：
ABS：60～70份，
无卤阻燃剂：24～30份，
改性蒙脱土：0.5～5份，
抗氧剂：0.5～1份。
2.根据权利要求1所述的无卤阻燃ABS复合材料，其特征在于，所述无卤阻燃剂由质量比为(2～5)：1的聚磷酸铵与双季戊四醇复配而得。
3.根据权利要求2所述的无卤阻燃ABS复合材料，其特征在于，所述聚磷酸铵的聚合度为1000～2000。
4.根据权利要求1所述的无卤阻燃ABS复合材料，其特征在于，所述改性蒙脱土的制备方法包括以下步骤：
(1)将钠基蒙脱土在溶剂中分散后，得到钠基蒙脱土分散液；
(2)将三氯化铁溶于溶剂中，得到三氯化铁溶液；
(3)将步骤(2)得到的三氯化铁溶液加到步骤(1)得到的蒙脱土分散液中，加热反应后即得所述的改性蒙脱土。
5.根据权利要求4所述的无卤阻燃ABS复合材料，其特征在于，所述溶剂为去离子水和无水乙醇按体积比为2:1的混合。
6.根据权利要求4所述的无卤阻燃ABS复合材料，其特征在于，步骤(1)中，钠基蒙脱土的质量与溶剂的体积比为1g：(20～40)ml。
7.根据权利要求4所述的无卤阻燃ABS复合材料，其特征在于，步骤(2)中，三氯化铁的质量与溶剂的体积比为1g：(20～40)ml。
8.根据权利要求4所述的无卤阻燃ABS复合材料，其特征在于，步骤(3)中，加热反应的温度为40～60℃，加热反应的时间为12～14h。
9.根据权利要求1所述的无卤阻燃ABS复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂。
10.根据权利要求1～9任一项所述的无卤阻燃ABS复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：将ABS、无卤阻燃剂、改性蒙脱土和抗氧剂混匀后挤出造粒，得到无卤阻燃ABS颗粒；
S2：将步骤S1得到的无卤阻燃ABS颗粒注塑成型，即得所述的无卤阻燃ABS复合材料。
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