CN114591557B - 一种阻燃低密度聚乙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种阻燃低密度聚乙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114591557B
CN114591557B CN202210421751.5A CN202210421751A CN114591557B CN 114591557 B CN114591557 B CN 114591557B CN 202210421751 A CN202210421751 A CN 202210421751A CN 114591557 B CN114591557 B CN 114591557B
Authority
CN
China
Prior art keywords
density polyethylene
low
silicon dioxide
flame
composite material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210421751.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114591557A (zh
Inventor
郭生伟
董庭轩
刘渊
李丹
韩凤兰
周鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
North Minzu University
Original Assignee
North Minzu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by North Minzu University filed Critical North Minzu University
Priority to CN202210421751.5A priority Critical patent/CN114591557B/zh
Publication of CN114591557A publication Critical patent/CN114591557A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114591557B publication Critical patent/CN114591557B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00Use of pretreated ingredients
    • C08K9/10Encapsulated ingredients
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/32Phosphorus-containing compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/34Silicon-containing compounds
    • C08K3/36Silica
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/04Oxygen-containing compounds
    • C08K5/06Ethers; Acetals; Ketals; Ortho-esters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K5/00Use of organic ingredients
    • C08K5/16Nitrogen-containing compounds
    • C08K5/34Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring
    • C08K5/3467Heterocyclic compounds having nitrogen in the ring having more than two nitrogen atoms in the ring
    • C08K5/3477Six-membered rings
    • C08K5/3492Triazines
    • C08K5/34928Salts
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K9/00Use of pretreated ingredients
    • C08K9/04Ingredients treated with organic substances
    • C08K9/06Ingredients treated with organic substances with silicon-containing compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08KUse of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
    • C08K3/00Use of inorganic substances as compounding ingredients
    • C08K3/32Phosphorus-containing compounds
    • C08K2003/321Phosphates
    • C08K2003/322Ammonium phosphate
    • C08K2003/323Ammonium polyphosphate
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L2201/00Properties
    • C08L2201/02Flame or fire retardant/resistant
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种阻燃低密度聚乙烯复合材料,所述阻燃低密度聚乙烯复合材料的原料包括以质量百分比计50‑60%的低密度聚乙烯,15‑30%的二氧化硅包覆聚磷酸铵,5‑20%的双季戊四醇和1‑5%的二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐。本发明利用二氧化硅包覆聚磷酸铵作酸源兼少量气源、双季戊四醇作碳源、二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐作主要气源构成膨胀阻燃体系,经熔融共混制备改性膨胀阻燃低密度聚乙烯复合材料。该产品氧指数可达到难燃要求并减少烟气释放量,同时,产品的机械性能远优于同类产品。

Description

一种阻燃低密度聚乙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及材料领域,特别涉及一种阻燃低密度聚乙烯复合材料及其制备方法。
背景技术:
低密度聚乙烯(LDPE)是一种树脂材料,同时也是复合材料的重要组成部分。因为LDPE具备价格低廉,机械和加工性能好,物理化学性能好而且对人类以及环境造成的危害较小,易于重复使用的工程热塑性塑料的特点,被广泛应用于工业、农业和日常生活中。然而,聚乙烯因为在较低温度下易燃烧并且会产生大量可燃性熔滴,严重限制了它的应用,特别是具有高阻燃要求的产品,如电缆。因此,对其进行阻燃改性已逐渐成为众多学者的研究热点。
提高LDPE阻燃性最简单的方法之一是添加阻燃剂。而最常见的阻燃剂便是卤素基阻燃、无机阻燃剂或膨胀式阻燃剂。卤素基阻燃剂具有优异的阻燃性能,但是在燃烧时会产生毒性较大的气体,现在不被环境所接受。无机阻燃剂具有稳定性好、毒性低、无毒、无腐蚀性气体、长期阻燃作用等特点,然而,为了能够使LDPE具有较高的难燃性,就必须加大无机阻燃剂的添加量。由于无机填料与有机材料的不相容性,无机阻燃剂的的大量加入虽然可以保证LDPE的难燃性,但是LDPE的机械性能就会大幅度降低。传统的膨胀阻燃剂(Intumescent Flame Retardant,IFR)以P、N、C为核心成分,其受热分解后能在聚合物表面形成一层膨胀多孔的保护炭层,抑制热量和氧传递,降低可燃物产量,并能抑制聚合物熔滴,实现聚合物的有效阻燃,但加入后会降低聚合物的力学性能。
因鉴于此,特提出此发明。
发明内容
本发明旨在提供一种改性膨胀阻燃低密度聚乙烯复合材料及其制备方法,在保障尽量不牺牲低密度聚乙烯的拉伸强度的前提下提高低密度聚乙烯的阻燃性能,解决燃烧时熔滴严重滴落的问题。
为了实现上述目的,本发明提供了一种阻燃低密度聚乙烯复合材料,所述阻燃低密度聚乙烯复合材料的原料包括以质量百分比计50-60%的低密度聚乙烯,15-30%的二氧化硅包覆聚磷酸铵,5-20%的双季戊四醇和1-5%的二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐。
优选地或可选地,所述原料中的二氧化硅包覆聚磷酸铵按下述步骤制备:
将聚磷酸铵、乙醇和去离子水混合,以氨溶液调节pH至碱性,添加OP-10,在40℃下保温搅拌,添加硅酸酯继续保温搅拌反应,添加带有乙烯基的硅烷偶联剂,加热至60℃,保温搅拌反应1h,过滤取固体产物并用乙醇洗涤,即得。
优选地或可选地,所述硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯中的任意一种。
优选地或可选地,所述带有乙烯基的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、KH570、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲基硅烷中的任意一种。
优选地或可选地,所述原料中的二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐按下述步骤制备:
将三聚氰胺尿酸盐、乙醇和去离子水混合,以氨溶液调节pH至碱性,添加OP-10,在40℃下保温搅拌,添加硅酸酯继续保温搅拌反应,添加带有乙烯基的硅烷偶联剂,加热至60℃,保温搅拌反应1h,过滤取固体产物并用乙醇洗涤,即得。
优选地或可选地,所述硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯中的任意一种。
优选地或可选地,所述带有乙烯基的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、KH570、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲基硅烷中的任意一种。
另一方面,本发明提供了一种上述的阻燃低密度聚乙烯复合材料的制备方法,所述制备方法按下述步骤进行:
S1、密炼机预热,投入低密度聚乙烯;
S2、投入二氧化硅包覆聚磷酸铵、双季戊四醇和二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐的混合物;
S3、混合10–15min,即得。
优选地或可选地,密炼机的预热温度为155-165℃。
本发明利用二氧化硅包覆聚磷酸铵作酸源兼少量气源双季戊四醇作碳源,二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐作主要气源构成膨胀阻燃体系,经熔融共混制备改性膨胀阻燃低密度聚乙烯复合材料。该产品氧指数可达到难燃要求并减少烟气的释放量,同时解决了现有技术添加阻燃剂会大幅度降低材料机械性能的问题。本发明制备的改性膨胀阻燃低密度聚乙烯复合材料产品的机械性能要远优于阻燃性能与本产品近似的同类产品。
附图说明
图1为聚磷酸铵和二氧化硅包覆聚磷酸铵的傅里叶红外光谱(FTIR)图;
图2为聚磷酸铵和二氧化硅包覆聚磷酸铵的X射线衍射(XRD)图;
图3为三聚氰胺尿酸盐和二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐的FTIR图;
图4为三聚氰胺尿酸盐和二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐的XRD图。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法。
下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
本发明中所述的低密度聚乙烯(LDPE),为一类密度为0.91-0.93g/cm3的聚乙烯树脂材料。
实施例1
本发明实施例提供了一种阻燃低密度聚乙烯复合材料。
所述阻燃低密度聚乙烯复合材料的原料包括以重量百分比计58%的低密度聚乙烯、30%的二氧化硅包覆聚磷酸铵、10%的双季戊四醇和2%的二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐。
原料中二氧化硅包覆聚磷酸铵以下述方式制备:
将50g聚磷酸铵、100mL乙醇和50mL去离子水加入500mL三颈圆底烧瓶中。用氨溶液调整上述溶液的pH值至10.0,再加入1g OP-10。以500r/min的速度将烧瓶中的溶液在水浴锅中机械搅拌至40℃。再经过10min搅拌后加入10g TEOS,然后在40℃下继续搅拌4小时。加入1g YDH-151,同时将温度升高至60℃,继续搅拌反应1h。过滤取固体产物,用乙醇洗涤,真空干燥得到二氧化硅包覆聚磷酸铵。
原料中二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐以下述方式制备:
将50g三聚氰胺尿酸盐、100mL乙醇和50mL去离子水加入500mL三颈圆底烧瓶中。用氨溶液调整上述溶液的pH值至10.0,再加入1g OP-10。以500r/min的速度将烧瓶中的溶液在水浴锅中机械搅拌至40℃。再经过10min搅拌后加入10g TEOS,然后在40℃下继续搅拌4h。加入1g YDH-151,同时将温度升高至60℃,继续搅拌反应1h。过滤取固体产物,用乙醇洗涤,真空干燥得到二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐。
所述阻燃低密度聚乙烯复合材料以下述方法制备:
将作为原料的低密度聚乙烯、二氧化硅包覆聚磷酸铵、双季戊四醇和二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐置于60℃的烘箱内12h,干燥除水;
将密炼机预热至155℃,待温度稳定后,先缓慢投入低密度聚乙烯,低密度聚乙烯投料完成后,再缓慢加入二氧化硅包覆聚磷酸铵、双季戊四醇和二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐的混合物,使各原料在密炼机中经充分挤压剪切混合均匀。混合10min后,即得阻燃低密度聚乙烯复合材料产品。
实施例2
本发明实施例提供了一种阻燃低密度聚乙烯复合材料。
所述阻燃低密度聚乙烯复合材料的原料包括以重量百分比计50%的低密度聚乙烯、30%的二氧化硅包覆聚磷酸铵、10%的双季戊四醇和10%的二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐。
原料中二氧化硅包覆聚磷酸铵的制备方法与实施例1中相同。
原料中二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐的制备方法与实施例1中相同。
所述阻燃低密度聚乙烯复合材料以下述方法制备:
将作为原料的低密度聚乙烯、二氧化硅包覆聚磷酸铵、双季戊四醇和二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐置于60℃的烘箱内12h,干燥除水;
将密炼机预热至155℃,待温度稳定后,先缓慢投入低密度聚乙烯,低密度聚乙烯投料完成后,再缓慢加入二氧化硅包覆聚磷酸铵、双季戊四醇和二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐的混合物,使各原料在密炼机中经充分挤压剪切混合均匀。混合10min后,即得阻燃低密度聚乙烯复合材料产品。
实施例3
本发明实施例提供了一种阻燃低密度聚乙烯复合材料。
所述阻燃低密度聚乙烯复合材料的原料包括以重量百分比计55%的低密度聚乙烯、30%的二氧化硅包覆聚磷酸铵、10%的双季戊四醇和5%的二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐。
原料中二氧化硅包覆聚磷酸铵的制备方法与实施例1中相同。
原料中二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐的制备方法与实施例1中相同。
所述阻燃低密度聚乙烯复合材料以下述方法制备:
将作为原料的低密度聚乙烯、二氧化硅包覆聚磷酸铵、双季戊四醇和二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐置于60℃的烘箱内12h,干燥除水;
将密炼机预热至155℃,待温度稳定后,先缓慢投入低密度聚乙烯,低密度聚乙烯投料完成后,再缓慢加入二氧化硅包覆聚磷酸铵、双季戊四醇和二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐的混合物,使各原料在密炼机中经充分挤压剪切混合均匀。混合10min后,即得阻燃低密度聚乙烯复合材料产品。
对比例1
本对比例提供了一种阻燃低密度聚乙烯复合材料。
所述阻燃低密度聚乙烯复合材料的原料包括以重量百分比计60%的低密度聚乙烯、30%的聚磷酸铵和10%的双季戊四醇。
将作为原料的低密度聚乙烯、聚磷酸铵和双季戊四醇置于60℃的烘箱内12h,干燥除水;
将密炼机预热至155℃,待温度稳定后,先缓慢投入低密度聚乙烯,低密度聚乙烯投料完成后,再缓慢加入聚磷酸铵和双季戊四醇的混合物,使各原料在密炼机中经充分挤压剪切混合均匀。混合10min后,即得阻燃低密度聚乙烯复合材料产品。
对比例2
本对比例提供了一种阻燃低密度聚乙烯复合材料。
所述阻燃低密度聚乙烯复合材料的原料包括以重量百分比计58%的低密度聚乙烯、30%的二氧化硅包覆聚磷酸铵、10%的双季戊四醇和2%的三聚氰胺尿酸盐。
其中,原料中的二氧化硅包覆聚磷酸铵与实施例2中的二氧化硅包覆聚磷酸铵的制备方法相同。
所述阻燃低密度聚乙烯复合材料以下述方法制备:
将作为原料的低密度聚乙烯、二氧化硅包覆聚磷酸铵、双季戊四醇和三聚氰胺尿酸盐置于60℃的烘箱内12h,干燥除水;
将密炼机预热至155℃,待温度稳定后,先缓慢投入低密度聚乙烯,低密度聚乙烯投料完成后,再缓慢加入二氧化硅包覆聚磷酸铵、双季戊四醇和三聚氰胺尿酸盐的混合物,使各原料在密炼机中经充分挤压剪切混合均匀。混合10min后,即得阻燃低密度聚乙烯复合材料产品。
对比例3
本对比例提供了一种阻燃低密度聚乙烯复合材料。
所述阻燃低密度聚乙烯复合材料的原料包括以重量百分比计60%的低密度聚乙烯和40%的聚磷酸铵。
将作为原料的低密度聚乙烯和聚磷酸铵置于60℃的烘箱内12h,干燥除水;
将密炼机预热至155℃,待温度稳定后,先缓慢投入低密度聚乙烯,低密度聚乙烯投料完成后,再缓慢加入聚磷酸铵,使各原料在密炼机中经充分挤压剪切混合均匀。混合10min后,即得阻燃低密度聚乙烯复合材料产品。
对比例4
本对比例提供了一种阻燃低密度聚乙烯复合材料。
所述阻燃低密度聚乙烯复合材料的原料包括以重量百分比计60%的低密度聚乙烯和40%的二氧化硅包覆聚磷酸铵。
其中,原料中的二氧化硅包覆聚磷酸铵与实施例1中的二氧化硅包覆聚磷酸铵的制备方法相同。
将作为原料的低密度聚乙烯和二氧化硅包覆聚磷酸铵置于60℃的烘箱内12h,干燥除水;
将密炼机预热至155℃,待温度稳定后,先缓慢投入低密度聚乙烯,低密度聚乙烯投料完成后,再缓慢加入二氧化硅包覆聚磷酸铵,使各原料在密炼机中经充分挤压剪切混合均匀。混合10min后,即得阻燃低密度聚乙烯复合材料产品。
对比例5
本发明实施例提供了一种阻燃低密度聚乙烯复合材料。
所述阻燃低密度聚乙烯复合材料的原料包括以重量百分比计60%的低密度聚乙烯、30%的二氧化硅包覆聚磷酸铵和10%的双季戊四醇。
原料中二氧化硅包覆聚磷酸铵以下述方式制备:
原料中二氧化硅包覆聚磷酸铵的制备方法与实施例1中相同。
所述阻燃低密度聚乙烯复合材料以下述方法制备:
将作为原料的低密度聚乙烯、二氧化硅包覆聚磷酸铵和双季戊四醇置于60℃的烘箱内12h,干燥除水;
将密炼机预热至155℃,待温度稳定后,先缓慢投入低密度聚乙烯,低密度聚乙烯投料完成后,再缓慢加入二氧化硅包覆聚磷酸铵和双季戊四醇的混合物,使各原料在密炼机中经充分挤压剪切混合均匀。混合10min后,即得阻燃低密度聚乙烯复合材料产品。
效果实施例1
将实施例2中制备的二氧化硅包覆聚磷酸铵、二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐与聚磷酸铵和三聚氰胺尿酸盐分别进行FTIR和XRD测定,结果如图1-4所示。
图1为聚磷酸铵和二氧化硅包覆聚磷酸铵的FTIR图,从图中可以看出聚磷酸铵的典型特征峰有3431cm-1处的N-H特征峰,1020cm-1处的PO2和PO3对称振动峰,1253cm-1处的P=O键和1079cm-1处的P-O键的对称伸缩振动峰,886cm-1处的P-O键和802cm-1处的P-O-P键的非对称伸缩振动峰。而二氧化硅包覆聚磷酸铵的吸收峰除了典型的聚磷酸铵特征峰外,在1440cm-1处还显示了C=C的特征峰。同时,在1106cm-1和1250cm-1处出现了Si-O-Si和Si-O-C的特征峰,并被1079cm-1和1253cm-1处聚磷酸铵的特征峰的强吸收峰所覆盖。这表明实施例2成功的制备出了一种壳层含有乙烯基的硅凝胶包裹的聚磷酸铵。
图2为聚磷酸铵和二氧化硅包覆聚磷酸铵的XRD图。由图可知,对于衍射角2θ为14.57°,15.42°,20.06°,22.8°处为聚磷酸铵特征吸收峰。随着TEOS和YDH-15的引入,二氧化硅包覆聚磷酸铵的峰值均无明显变化,说明聚磷酸铵晶体结构稳定。而二氧化硅包覆聚磷酸铵在22.8°的峰值有所增强,这是由于TEOS和YDH-151中含有硅元素。XRD的结果证实,实施例2成功的制备出了一种壳层含有乙烯基的硅凝胶包裹的聚磷酸铵,这与FTIR图的结果一致。
图3为三聚氰胺尿酸盐和二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐的FTIR图,由图可知3389cm-1,3230cm-1,1780cm-1,1736cm-1,1662cm-1,1536cm-1,1450cm-1和1203cm-1处出现了三聚氰胺尿酸盐的特征峰。二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐的吸收峰除了典型的三聚氰胺尿酸盐特征峰外,在1087cm-1附近出现了Si-O-Si非对称伸缩振动吸收峰,970cm-1处Si-OH的弯曲振动吸收峰消失,表明可能有部分Si-OH与三聚氰胺尿酸盐发生反应,与此同时在804cm-1处出现Si-O的伸缩振动吸收峰,表明SiO2溶胶可能接在MCA上。这表明实施例2成功的制备出了一种壳层含有乙烯基的硅凝胶包裹的三聚氰胺尿酸盐。
图4为三聚氰胺尿酸盐和二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐的XRD图,由图可知对于衍射角2θ为11.03°,11.96°,21.95°,28.05°和33.18°处为三聚氰胺尿酸盐的特征吸收峰。随着TEOS和YDH-15的引入,二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐的峰值发生了偏移,但变化并不明显,说明三聚氰胺尿酸盐的晶体结构稳定。而二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐中SiO2的峰与三聚氰胺尿酸盐的22.08°的峰相近,因此SiO2在22.8°的峰并没有表现出来,而二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐在28.05°的峰值有所增强,这是由于TEOS和YDH-151中含有硅元素。XRD的结果证实,实施例2成功的制备出了一种壳层含有乙烯基的硅凝胶包裹的三聚氰胺尿酸盐,这与FTIR图的结果一致。
效果实施例2
将实施例1-3及对比例1-5制得的阻燃低密度聚乙烯复合材料进行垂直燃烧、极限氧指数、拉伸强度和断裂伸长率的相关测试,测试结果如表1所示。
表1实施例和对比例阻燃性能测试结果
测试项目 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
垂直燃烧 V-0 V-0 V-0 V-2 V-0 NR NR V-0
极限氧指数(%) 30.3 29.2 29.8 22.6 27.2 17.2 19.3 25.9
其中,垂直燃烧实验根据美国国家标准UL-94(ANSI/ASTMD635-77)进行,每个试样的尺寸为125×12.5×3.2mm。评价等级中,V-0表明垂直试样在10s内停止燃烧,且不允许有液滴;V-1表明垂直试样在30s内停止燃烧,且不允许有液滴;V-2表明垂直试样在30s内停止燃烧,且允许有燃烧物滴下。
极限氧指数则采用氧指数仪并根据美国国家标准LOI(ASTM D2863-97)进行测定,每个试样尺寸为120×6.5×3.2mm。该项目测试的是个材料刚好维持平衡燃烧时的最低氧浓度,对于阻燃材料而言,该指数越高越好。
由表1可以看出,本发明通过二氧化硅包覆聚磷酸铵作酸源兼少量气源双季戊四醇作碳源,二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐作主要气源构成膨胀阻燃体系,经熔融共混制备改性膨胀阻燃低密度聚乙烯复合材料。使制备出的改性膨胀阻燃低密度聚乙烯复合材料具备良好的阻燃性能,并解决了熔滴的问题。对于阻燃材料而言,极限氧指数大于27%即可以称为阻燃材料,因此,本申请实施例1-3制备的改性膨胀阻燃低密度聚乙烯复合材料均可被称为阻燃材料,且阻燃性能要远优于其他同类产品。
效果实施例3
将实施例1及对比例1-5制得的阻燃低密度聚乙烯复合材料进行拉伸强度和断裂伸长率的相关测试,测试结果如表2所示。
拉伸强度和断裂伸长率测试则采用通用材料试验机参考国家标准GB/T 1040.2-2006进行,在室温下的拉伸率为20±2mm/min,各试样尺寸为2×4mm的哑铃形,每种试样均测定5次取平均值。试样的拉伸强度越高、断裂伸长率越大,说明该试样的机械强度越好。
表2实施例和对比例机械性能测试结果
测试项目 实施例1 对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5
拉伸强度(MPa) 13.52 10.56 12.92 12.51 12.62 12.45
断裂伸长率(%) 14.65 12.50 13.33 13.20 13.60 13.60
由表2可以看出,本发明通过对组分的改进,使制备出的改性膨胀阻燃低密度聚乙烯复合材料产品的机械性能也优于同类产品,解决了现有技术在低密度聚乙烯材料中添加阻燃剂会大幅度降低产品机械性能的技术问题。
综上所述,本发明利用二氧化硅包覆聚磷酸铵作酸源兼少量气源双季戊四醇作碳源,二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐作主要气源构成膨胀阻燃体系,经熔融共混制备改性膨胀阻燃低密度聚乙烯复合材料。该产品氧指数可达到难燃要求并减少烟气的释放量,同时解决了现有技术添加阻燃剂会大幅度降低材料机械性能的问题。本发明制备的改性膨胀阻燃低密度聚乙烯复合材料产品的机械性能要远优于阻燃性能与本产品近似的同类产品。
以上详细描述了本发明的优选实施方式,但是,本发明并不限于上述实施方式中的具体细节,在本发明的技术构思范围内,可以对本发明的技术方案进行多种简单变型,这些简单变型均属于本发明的保护范围。
此外,本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合,只要其不违背本发明的思想,其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (4)

1.一种阻燃低密度聚乙烯复合材料,其特征在于,所述阻燃低密度聚乙烯复合材料的原料由以质量百分比计50-60%的低密度聚乙烯,15-30%的二氧化硅包覆聚磷酸铵,5-20%的双季戊四醇和1-5%的二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐组成;
所述原料中的二氧化硅包覆聚磷酸铵按下述步骤制备:
将30-50g聚磷酸铵、50.0-100mL乙醇和10-50mL去离子水混合,以氨溶液调节pH至碱性,添加1-3g OP-10,在25℃-40℃下保温搅拌,添加10-13g硅酸酯继续保温搅拌反应,添加1-3g带有乙烯基的硅烷偶联剂,加热至40℃-60℃,保温搅拌反应1-1.5h,过滤取固体产物并用乙醇洗涤即得;
所述原料中的二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐按下述步骤制备:
将30-50g三聚氰胺尿酸盐、50-100mL乙醇和10-50mL去离子水混合,以氨溶液调节pH至碱性,添加1-3g OP-10,在25℃-40℃下保温搅拌,添加10-13g硅酸酯继续保温搅拌反应,添加1-3g带有乙烯基的硅烷偶联剂,加热至40℃-60℃,保温搅拌反应1-1.5h,过滤取固体产物并用乙醇洗涤即得;
所述硅酸酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的低密度聚乙烯复合材料,其特征在于,所述带有乙烯基的硅烷偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、KH570、乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基三甲基硅烷中的任意一种。
3.一种根据权利要求1-2任一所述的阻燃低密度聚乙烯复合材料的制备方法,其特征在于,所述制备方法按下述步骤进行:
S1、密炼机预热,投入低密度聚乙烯;
S2、投入二氧化硅包覆聚磷酸铵、双季戊四醇和二氧化硅包覆三聚氰胺尿酸盐的混合物;
S3、混合10-15min,即得。
4.根据权利要求3所述的阻燃低密度聚乙烯复合材料的制备方法,其特征在于,密炼机的预热温度为155-165℃。
CN202210421751.5A 2022-04-21 2022-04-21 一种阻燃低密度聚乙烯复合材料及其制备方法 Active CN114591557B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210421751.5A CN114591557B (zh) 2022-04-21 2022-04-21 一种阻燃低密度聚乙烯复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210421751.5A CN114591557B (zh) 2022-04-21 2022-04-21 一种阻燃低密度聚乙烯复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114591557A CN114591557A (zh) 2022-06-07
CN114591557B true CN114591557B (zh) 2023-06-16

Family

ID=81812604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210421751.5A Active CN114591557B (zh) 2022-04-21 2022-04-21 一种阻燃低密度聚乙烯复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114591557B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114874534B (zh) * 2022-06-20 2023-07-14 中国科学技术大学 一种耐久型抗氧化阻燃聚合物复合材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015131631A1 (zh) * 2014-03-06 2015-09-11 福州大学 一种无卤阻燃聚烯烃复合泡沫材料及其制备方法
CN107383613A (zh) * 2017-08-22 2017-11-24 南宁学院 一种阻燃聚丙烯复合材料及制备方法
CN112111094A (zh) * 2020-09-25 2020-12-22 常州大学 树脂包覆二乙基次磷酸铝阻燃低密度聚乙烯及其制备方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101481475B (zh) * 2008-07-17 2011-11-02 黑龙江沃尔德电缆有限公司 紫外光交联膨胀型阻燃聚烯烃电缆绝缘护套料及制备方法
CN101760049B (zh) * 2009-12-09 2013-01-23 衢州卫凯化工有限公司 核壳型二氧化硅包覆聚磷酸铵的制备方法
CN102719022B (zh) * 2012-07-06 2015-06-03 上海日之升新技术发展有限公司 一种抗老化无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法
CN104693485A (zh) * 2015-03-18 2015-06-10 苏州安鸿泰新材料有限公司 一种无卤膨胀型复配阻燃剂及其在高密度聚乙烯中的应用
CN106750263B (zh) * 2016-11-22 2019-04-02 广东聚航新材料研究院有限公司 一种无卤阻燃超韧尼龙6复合材料的制备方法
CN107022147A (zh) * 2017-05-19 2017-08-08 天津职业技术师范大学 一种纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法
CN108219253A (zh) * 2018-01-19 2018-06-29 广西大学 一种阻燃低密度聚乙烯的膨胀型阻燃剂
CN112898666A (zh) * 2021-01-27 2021-06-04 常州大学 一种改性半硅氧烷协同膨胀阻燃低密度聚乙烯及其制备方法
CN113929992B (zh) * 2021-12-02 2023-03-21 东莞市墨田科技实业有限公司 一种无卤阻燃cr泡棉及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015131631A1 (zh) * 2014-03-06 2015-09-11 福州大学 一种无卤阻燃聚烯烃复合泡沫材料及其制备方法
CN107383613A (zh) * 2017-08-22 2017-11-24 南宁学院 一种阻燃聚丙烯复合材料及制备方法
CN112111094A (zh) * 2020-09-25 2020-12-22 常州大学 树脂包覆二乙基次磷酸铝阻燃低密度聚乙烯及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN114591557A (zh) 2022-06-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11634641B2 (en) Aerogel compositions for high temperature applications
CN103740231B (zh) 一种水性膨胀型电缆用纳米防火涂料及其制备方法
Liu et al. Effect of surface-modified ammonium polyphosphate with KH550 and silicon resin on the flame retardancy, water resistance, mechanical and thermal properties of intumescent flame retardant polypropylene
CN106633189B (zh) 一种高效耐水性膨胀阻燃剂及其在聚丙烯中的应用
Shen et al. Preparation, characterization of microencapsulated ammonium polyphosphate and its flame retardancy in polyurethane composites
CN106832813B (zh) 一种阻燃型聚对苯二甲酸乙二醇酯树脂组合物
CN107057346B (zh) 一种阻燃型尼龙组合物
CN114591557B (zh) 一种阻燃低密度聚乙烯复合材料及其制备方法
TW200904909A (en) Modified expansible graphite by silane modifying agent and producing method thereof
Xu et al. Investigation of novel intumescent flame retardant low‐density polyethylene based on SiO2@ MAPP and double pentaerythritol
Wang et al. The encapsulation of intumescent flame retardants by poly-siloxane for thermoplastic polyolefin: Fire safety and water resistance
CN106832414B (zh) 一种纳米二氧化硅改性多聚磷酸铵的制备方法及其应用
CN112876947B (zh) 一种用于钢结构的膨胀型涂料
WO2017082639A1 (ko) 발포성 내화도료 조성물
CN102643463B (zh) 一种阻燃聚烯烃/改性磷酸盐玻璃杂化材料及其制备方法
CN106832416B (zh) 一种含硅聚磷酸铵的制备方法
CN110183644A (zh) 一种氧化石墨烯改性阻燃多元醇的制备方法
KR101579478B1 (ko) 난연효율이 우수한 고분자수지용 무기수산화물―실리카하이브리드 복합 난연제의 제조방법 및 이 방법에 의해 제조된 복합난연제
CN110903546A (zh) 一种阻燃型高分子材料及其制备方法和应用
CN113502055A (zh) 一种高阻燃高阻尼有机硅泡沫材料及其制备方法和应用
CN117736508A (zh) 一种阻燃低密度聚乙烯复合材料及其制备方法
CN116948283A (zh) 一种阻燃ldpe复合材料及其制备方法
CN104449219A (zh) 一种耐热阻燃改性环氧树脂涂料
CN108250386A (zh) 一种阻燃聚氨酯泡沫材料及其制备方法与应用
KR20130012489A (ko) 선박용 보온단열재 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant