一种无卤阻燃抗静电改性塑料及其制备方法与流程-k8凯发

本发明涉及无卤阻燃抗静电改性塑料，属于一种无卤阻燃抗静电改性塑料及其制备方法。

背景技术：

1、聚丙烯（pp）是全球用量最大的通用塑料之一，具有质轻、无毒、易加工、力学性能优异、耐化学腐蚀、电绝缘性能良好等优点，广泛应用于电子电器、汽车、建筑、包装等领域。但pp本身极易燃烧，极限氧指数（loi）只有17%-18%，燃烧时放热量大，并多伴有熔滴，极易传播火焰，引起火灾，严重威胁人们的生命财产安全。因此，对聚丙烯进行阻燃改性尤为重要。

2、现有的聚丙烯材料虽然在很多领域均有应用，但是其存在抗静电效果差，在摩擦、剥离或使用过程中表面会产生静电，轻则使得材料吸尘，重则会造成静电放电引起材料破坏，甚至引起火灾和伤害人体。且聚丙烯材料易燃，燃烧时会释放出大量的热量，并伴随烟雾和有毒气体。

3、现有技术中一般通过添加含卤阻燃剂从而改善其阻燃性能，但是含卤阻燃剂的潜在危害还是比较大的。一方面，卤素阻燃材料在燃烧过程中会产生大量的烟雾毒性，增加人员的逃生风险。同时氯化氢对眼和呼吸道黏膜有强烈的刺激作用，溴化氢则可引起皮肤、黏膜的刺激或灼伤。卤素阻燃材料使用后如果未能进行有效的分类而混入生活垃圾进行焚烧处理，也将会成为pm 2.5污染和地下水环境污染的来源之一。同时，过量地添加阻燃剂会影响聚丙烯的力学性能，限制了其在汽车领域的应用。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种无卤阻燃抗静电改性塑料及其制备方法以解决背景技术中的问题。

2、为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种无卤阻燃抗静电改性塑料的制备方法，包括以下步骤：

4、s1：采用hummers法制得的氧化石墨烯，

5、s2：制备碳纳米笼-氧化石墨烯复合材料，先将柠檬酸钠粉末球磨，再将球磨后的柠檬酸钠粉末在惰性气体保护下高温碳化；将碳化后的柠檬酸钠粉末加入盐酸溶液中，刻蚀掉碳以外的杂质；经过滤、水洗和干燥，得到三维结构多孔的碳纳米笼粉末；

6、按重量组分计，将所述碳纳米笼粉末和所述氧化石墨烯按1：0.2-0.5加入到二甲苯中，混合均匀，然后加入n-羟基苯磺酰胺搅拌，得到碳纳米笼-氧化石墨烯溶液；

7、将所述碳纳米笼-氧化石墨烯溶液置入真空干燥箱中，真空干燥得到所述碳纳米笼-氧化石墨烯复合材料的粉末；

8、s3：采用硅烷偶联剂对纳米氢氧化铝进行改性，得到修饰后的纳米氢氧化铝；

9、s4：制备阻燃抗静电剂，按重量组分计，将修饰后的纳米氢氧化铝与所述碳纳米笼-氧化石墨烯复合材料按照1：3-5溶于二甲苯，在80-100℃条件下，均匀搅拌，缓慢滴加硫酸，反应6-10h，真空干燥得到所述阻燃抗静电剂；

10、s5：按重量组分计，将100份聚丙烯酸树脂、8-12份所述阻燃抗静电剂、2-5份增塑剂和0.5-0.8份抗氧化剂均匀混合后挤出造粒得到所述无卤阻燃抗静电改性塑料。

11、优选地，步骤s2的具体过程为：先将柠檬酸钠粉末球磨4-8h，再将球磨后的柠檬酸钠粉末在惰性气体保护下使用700-1000℃的温度加热2-5h，以将柠檬酸钠粉末碳化；将碳化后的柠檬酸钠粉末加入15-20wt%的盐酸溶液中，反应24-48h，用于刻蚀掉碳以外的杂质；经过滤、水洗和干燥，得到三维结构多孔的碳纳米笼粉末；

12、按重量组分计，将所述碳纳米笼粉末和所述氧化石墨烯按1：0.2-0.5加入到二甲苯中，混合均匀，然后加入n-羟基苯磺酰胺搅拌4-6h，得到碳纳米笼-氧化石墨烯溶液；

13、将所述碳纳米笼-氧化石墨烯溶液置入真空干燥箱中，抽真空并加热到140-150℃，保持50-70h以充分干燥，得到所述碳纳米笼-氧化石墨烯复合材料的粉末。

14、优选地，所述惰性气体为氩气或氮气中的一种。

15、优选地，步骤s3的具体过程为，按摩尔组分计，将10份纳米氢氧化铝超声分散在乙醇溶液中，然后将5-8份硅烷偶联剂逐步滴加入乙醇溶液中，均匀搅拌反应液60-80min，然后将产物用n,n-二甲基甲酰胺和去离子水交替进行洗涤2次、抽滤，最后室温干燥得到修饰后的氢氧化铝。

16、优选地，所述硅烷偶联剂为kh-550、kh-560和kh-570中的一种。

17、优选地，步骤s5中，所述均匀混合是在高压均质机中混合，所述混合温度为60-80℃，混合时间为10-20min，所述高压均质机中的压强为15-20mpa；

18、优选地，步骤s5中，所述挤出在双螺杆挤出机中进行，在双螺杆挤出机各段温度为：一区温度160- 180℃，二区温度180-200℃，三区温度200-220℃，四区温度220-260℃，五区温度170-180 ℃。

19、优选地，步骤s5中，所述增塑剂为癸二酸二辛酯、环氧大豆油、环氧硬脂酸丁酯中的一种。

20、优选地，步骤s5中所述抗氧剂为1010抗氧化剂、bht抗氧化剂和1076抗氧化剂中的一种或多种组合物。

21、一种无卤阻燃抗静电改性塑料，采用上述制备方法制得，应用于汽车工业领域。

22、本发明的原理：

23、本发明采用碳纳米笼-氧化石墨烯复合材料作为抗静电剂，可有效打开氧化石墨烯的层间距，解决了氧化石墨烯片层易于堆叠在基体中分布不均的问题。同时暴露出更多的表面活性位点和官能团，有利于后续与纳米氢氧化铝结合。

24、纳米氢氧化铝一般含有结晶水或可生成水的组分，在 300-350 ℃吸收大量的潜热而脱水，降低了材料表面的火焰实际温度而使聚合物降解为低分子的速度，减少了可燃物的发生。氢氧化铝脱水后生成活性氧化铝促进脱氢反应，生成保护炭层，同时催化炭的沉淀及相应炭的氧化反应，降低阻燃系烟雾生成量。

25、但是纳米氢氧化铝由于其纳米尺寸的原因，易于团聚且难以在聚丙烯基体中均匀的分散，从而降低其阻燃性能，本发明先将纳米氢氧化铝用硅烷偶联剂进行修饰，将硅烷官能团连接到氢氧化铝颗粒表面。一方面提高了纳米氢氧化铝与有机物的相容性，以便在聚丙烯基体中更好地分散和稳定，另一方面将纳米氢氧化铝与碳纳米笼-氧化石墨烯进行偶联，碳纳米笼可以与纳米氢氧化铝形成有效的界面，高温下纳米氢氧化铝与可燃物反应可导致炭化层的生成，该炭化层起到隔绝空气的作用，碳纳米笼可以在碳化层中起到骨架的作用，使生成的炭化层具有较好的刚性和强度，可抵御火宅中烟气流动产生的气流，再者碳纳米笼还具有高比表面积，可以提供更多的表面积来与火焰和热分解产物相互作用，从而提高阻燃效果。

26、同时石墨烯具有出色的热传导性能，可以快速传导热量。在燃烧反应时可以有效地吸收和分散热量，从而降低火焰的温度，减少火源的热量释放。其次石墨烯在高温下表现出稳定性可以与纳米氢氧化铝形成一个有效的热稳定屏障，可以减缓火焰的传播速度，防止火势的扩大，进一步起到了协效阻燃的效果。

27、纳米氢氧化铝与碳纳米笼-氧化石墨烯协同作用，使得阻燃的效果得到了显著的提高，从而减少了其在聚丙烯中的添加量，在不影响聚丙烯力学性能的条件下，达到了阻燃抗静电的效果。

28、相对于现有技术，本发明的有益效果在于：

29、现有技术中的无机阻燃剂阻燃效率低，填充料占聚合物重量的40%，严重影响了力学性能，本发明采用纳米氢氧化铝作为阻燃剂，通过改性修饰，克服了其在树脂中分布不均的问题，同时采用碳纳米笼和氧化石墨烯协同作用，大幅度提高了其阻燃性能，减少了添加量，在不影响了聚丙烯力学性能的条件下，达到了阻燃抗静电的效果。

30、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。