一种聚烯烃-微胶囊阻燃复合材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种聚烯烃‑微胶囊阻燃复合材料的制备方法，先以DOPO混合溶液为芯材、脲醛树脂为壁材制备出DOPO‑UF微胶囊，再将聚烯烃、DOPO‑UF和石墨烯混合均匀后，采用三段式单螺杆挤出机进行混炼造粒，即得聚烯烃‑微胶囊复合材料。本发明专利技术通过将DOPO阻燃剂的负面效应“隐藏”在DOPO‑UF微胶囊之中，与石墨烯协同用于聚烯烃改性后，可以明显地改善聚烯烃的阻燃性，使聚烯烃从易燃材料转变为难燃材料；与此同时，还能使基体树脂的强度、韧性以及加工性能得到明显改善。

【技术实现步骤摘要】
一种聚烯烃-微胶囊阻燃复合材料的制备方法
本专利技术涉及化工助剂
，具体涉及一种聚烯烃-微胶囊阻燃复合材料的制备方法。
技术介绍
高分子材料的使用几乎涵盖人们工作生活的方方面面，尤其是聚烯烃类塑料的用量非常大，但聚烯烃的极限氧指数(LOI)仅为17左右，属于易燃材料。上世纪60-70年代起，卤素化合物被广泛引用于高分子材料的阻燃。含卤阻燃剂具有其他阻燃剂无可比拟的高效性，但却对环境和人体有危害，随着人们安全环保意识的觉醒，含卤阻燃剂已经渐渐退出舞台，无卤、无烟、低毒的阻燃剂成为研发的目标。于是，磷系、硅系、氢氧化物、双羟基氢氧化物以及碳系阻燃剂，成为聚合物阻燃的主要突破口：磷系阻燃剂具有同时发挥气相和凝聚相阻燃机理的特征，阻燃效率高，但依然有毒性；硅系阻燃剂具有无卤、低烟、低毒等优点的同时，还能改善基体的加工性能、力学性能等，但硅系阻燃剂通常需要较大的添加量才能达到理想的阻燃效果，这往往会改变基体材料的属性；氢氧化物和双氢氧化物阻燃剂阻燃过程不释放有害气体，是一种环境友好型阻燃剂，但该类阻燃剂也同样需要较大的添加量；碳系阻燃剂是利用单质碳阻隔氧气和可燃物的传递来实现阻燃，阻燃效率高，且基本无毒无害，但其与基体树脂存在相容性问题，用量较大时不易分散。在磷系阻燃剂中，9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)由于其特殊的结构，具有优良的阻燃能力。但DOPO熔点低、有一定的毒性、易溶解析出，不能直接用于高分子材料的阻燃改性。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种以DOPO混合溶液为芯材、脲醛树脂为壁材，制备了DOPO-UF微胶囊，并将其与少量的石墨烯协同用于聚烯烃的阻燃改性，以制得阻燃性能较好的聚烯烃-微胶囊阻燃复合材料的聚烯烃-微胶囊阻燃复合材料的制备方法。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种聚烯烃-微胶囊阻燃复合材料的制备方法,包括以下步骤：S1在50～60℃条件下，分别将DOPO溶于氯仿，EP溶于二甲苯，然后将DOPO的氯仿溶液、EP的二甲苯溶液和乙醇搅拌混合均匀；其中，所述DOPO、氯仿、EP、二甲苯和乙醇的质量份分别为100份、40～50份、40～50份、20～30份和2～3份；S2在步骤S1所得溶液中加入正辛醇和浓度为1％的十二烷基苯磺酸钠水溶液，混合均匀后在30℃、500～800rpm条件下持续搅拌25～30min，形成水包油的芯材乳液；其中，所述正辛醇和十二烷基苯磺酸钠水溶液的质量份分别为2～3份和180～200份；正辛醇为消泡剂，十二烷基苯磺酸钠为乳化剂，增加油/水界面稳定性。S3将脲醛树脂与步骤S2所得的芯材乳液混合并搅拌，加入稀H2SO4调节pH＝3～4，并在50℃、500～800rpm条件下反应2～2.5h，用滤纸滤除溶液，将所得溶质用乙醇和蒸馏水反复冲洗各3次并烘干后即为DOPO-UF微胶囊；搅拌速度越大，得到的DOPO-UF微胶囊的粒径越小。因为DOPO-UF微胶囊是以DOPO混合溶液为芯材、脲醛树脂为壁材，将DOPO“隐藏”在脲醛树脂中形成DOPO-UF微胶囊，只在基体材料被引燃时才发挥作用，从而规避了DOPO具有毒性、易溶于有机溶剂的不足。而且DOPO-UF微胶囊因为以UF为外壳，还与树脂基体具有很好的相容性。S4将聚烯烃、步骤S3所得的DOPO-UF微胶囊和石墨烯混合均匀后，采用三段式单螺杆挤出机进行混炼造粒，即得聚烯烃-微胶囊复合材料；其中聚烯烃、DOPO-UF微胶囊和石墨烯的质量份分别为100份、8～10份和0.5～0.6份；所述三段式单螺杆挤出机的螺杆的三段温度和模头温度分别为160～175℃、195～205℃、185～195℃、185～195℃；所述三段式单螺杆挤出机的螺杆转速为15～25r/min。为防止DOPO-UF微胶囊在高温和剪切作用下发生破裂，三段式单螺杆挤出机的料桶温度和螺杆转速不宜太高。进一步，所述步骤S3中，所述脲醛树脂的制备过程如下：将脲素和甲醛溶液混合均匀后，加入三乙醇胺调节pH＝7.5～8，在65～75℃的条件下，搅拌反应1h后得到脲醛树脂预聚体；其中，所述脲素和甲醛的质量比为10:18～22。再进一步，所述步骤S4中，所述聚烯烃包括聚丙烯、聚乙烯、聚1-丁烯和EVA中的一种或几种。聚丙烯、聚乙烯、聚1-丁烯、EVA是熔融加工温度相对较低的聚合物，避免因熔融加工温度过高而提高设备压力。本专利技术的有益技术效果：1、DOPO-UF微胶囊的制备可以将DOPO阻燃剂的负面效应“隐藏”在微胶囊之中，与石墨烯协同用于聚烯烃改性后，可以明显地改善聚烯烃的阻燃性，使聚烯烃从易燃材料转变为难燃材料；与此同时，还能使基体树脂的强度、韧性以及加工性能得到明显改善；2、DOPO-UF微胶囊的热稳定性和耐剪切能力较好，完全满足聚烯烃的加工要求，不会对聚烯烃的加工和使用造成不良影响。附图说明图1为DOPO-UF微胶囊的SEM图；图2为聚丙烯-微胶囊阻燃复合材料拉伸断面的扫描电镜图。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围并不限于本实施例。实施例1在本实施例中，以聚丙烯为树脂基体材料。一种聚烯烃-微胶囊阻燃复合材料的制备方法,包括以下步骤：S1在50℃条件下，分别将DOPO溶于氯仿，EP溶于二甲苯，然后将DOPO的氯仿溶液、EP的二甲苯溶液和乙醇搅拌混合均匀；其中，所述DOPO、氯仿、EP、二甲苯和乙醇的质量份分别为100份、40份、50份、20份和2份；S2在步骤S1所得溶液中加入正辛醇和浓度为1％的十二烷基苯磺酸钠水溶液，混合均匀后在30℃、500rpm条件下持续搅拌30min，形成水包油的芯材乳液；其中，所述正辛醇和十二烷基苯磺酸钠水溶液的质量份分别为2份和180份；S3将脲醛树脂与步骤S2所得的芯材乳液混合并搅拌，加入稀H2SO4调节pH＝3，并在50℃、500rpm条件下反应2.5h，用滤纸滤除溶液，将所得溶质用乙醇和蒸馏水冲洗各3次并烘干后即为DOPO-UF微胶囊；S4将聚丙烯、步骤S3所得的DOPO-UF微胶囊和石墨烯混合均匀后，采用三段式单螺杆挤出机进行混炼造粒，即得聚丙烯-微胶囊复合材料；其中聚丙烯、DOPO-UF微胶囊和石墨烯的质量份分别为100份、6份和0.5份；所述三段式单螺杆挤出机的螺杆的三段温度和模头温度分别为170℃、200℃、190℃、190℃；所述三段式单螺杆挤出机的螺杆转速为15r/min。为防止DOPO-UF微胶囊在高温和剪切作用下发生破裂，三段式单螺杆挤出机的料桶温度和螺杆转速不宜太高。在本实施例中，添加DOPO-UF微胶囊和石墨烯两种阻燃剂，使体系可以同时发挥气相阻燃、凝聚相阻燃等多种阻燃机理，极大提升了复合材料阻燃效果和稳定性。进一步，所述步骤S3中，所述脲醛树脂的制备过程如下：将脲素和甲醛溶液混合均匀后，加入三乙醇胺调节pH＝7.5，在65℃的条件下，搅拌反应1h后得到脲醛树脂预聚体；其中，所述所述三段式单螺杆挤出机的螺杆转速为15r/min；脲素和甲醛的质量比为10:18。当反应温度为65℃和脲素和甲醛的质量比为10:18时，得到的脲醛树脂预聚体的产率大于75％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚烯烃‑微胶囊阻燃复合材料的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：S1在50～60℃条件下，分别将DOPO溶于氯仿，EP溶于二甲苯，然后将DOPO的氯仿溶液、EP的二甲苯溶液和乙醇搅拌混合均匀；其中，所述DOPO、氯仿、EP、二甲苯和乙醇的质量份分别为100份、40～50份、40～50份、20～30份和2～3份；S2在步骤S1所得溶液中加入正辛醇和浓度为1％的十二烷基苯磺酸钠水溶液，混合均匀后在30℃、500～800rpm条件下持续搅拌25～30min，形成水包油的芯材乳液；其中，所述正辛醇和十二烷基苯磺酸钠水溶液的质量份分别为2～3份和180～200份；S3将脲醛树脂与步骤S2所得的芯材乳液混合并搅拌，加入稀H2SO4调节pH＝3～4，并在50℃、500～800rpm条件下反应2～2.5h，用滤纸滤除溶液，将所得溶质用乙醇和蒸馏水反复冲洗并烘干后即为DOPO‑UF微胶囊；S4将聚烯烃、步骤S3所得的DOPO‑UF微胶囊和石墨烯混合均匀后，采用三段式单螺杆挤出机进行混炼造粒，即得聚烯烃‑微胶囊复合材料；其中聚烯烃、DOPO‑UF微胶囊和石墨烯的质量份分别为100份、8～10份和0.5～0.6份；所述三段式单螺杆挤出机的螺杆的三段温度和模头温度分别为160～175℃、195～205℃、185～195℃、185～195℃；所述三段式单螺杆挤出机的螺杆转速为15～25r/min。...

【技术特征摘要】
1.一种聚烯烃-微胶囊阻燃复合材料的制备方法,其特征在于，包括以下步骤：S1在50～60℃条件下，分别将DOPO溶于氯仿，EP溶于二甲苯，然后将DOPO的氯仿溶液、EP的二甲苯溶液和乙醇搅拌混合均匀；其中，所述DOPO、氯仿、EP、二甲苯和乙醇的质量份分别为100份、40～50份、40～50份、20～30份和2～3份；S2在步骤S1所得溶液中加入正辛醇和浓度为1％的十二烷基苯磺酸钠水溶液，混合均匀后在30℃、500～800rpm条件下持续搅拌25～30min，形成水包油的芯材乳液；其中，所述正辛醇和十二烷基苯磺酸钠水溶液的质量份分别为2～3份和180～200份；S3将脲醛树脂与步骤S2所得的芯材乳液混合并搅拌，加入稀H2SO4调节pH＝3～4，并在50℃、500～800rpm条件下反应2～2.5h，用滤纸滤除溶液，将所得溶质用乙醇和蒸馏水反复冲洗并烘干后即为DOPO-UF微胶囊；S4将聚烯烃、步骤S3所得的...

【专利技术属性】
技术研发人员：董金虎，贺志荣，石祖全，赵鹏，钟宗涛，谢彤，艾桃桃，付蕾，
申请(专利权)人：陕西理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61