一種抗衝擊耐磨土工格柵用阻燃聚乙烯材料及其製作方法與流程
2023-04-26 16:21:21 2
本發明涉及高分子材料技術領域，尤其涉及一種抗衝擊耐磨土工格柵用阻燃聚乙烯材料及其製作方法。
背景技術：
塑料土工格柵是由聚丙烯（PP）或高密度聚乙烯（HDPE）添加助劑後加入擠出機中受熱熔融後在螺杆的推擠作用下，經特殊旋轉機頭擠出成型的一種網狀新型塑料工程材料。其中高密度聚乙烯土工格柵具有質量輕、強度高、耐腐蝕抗衝擊、使用壽命長等特點，常用於高速公路、鐵路、碼頭、煤礦假頂、建築安全等各個方面。但高密度聚乙烯是一種易燃燒的材料，且著火後不易熄滅，影響高密度聚乙烯土工格柵的應用。因此，對其進行阻燃、抗老化和耐屈撓性等性能進行改性具有特別重要的意義。
有滷阻燃劑是目前主要應用於HDPE的阻燃劑，有較好的阻燃和力學性能，但因其對環境的危害性正逐漸被淘汰。氫氧化鎂是近年開發的一種新型無滷阻燃劑，具有分解溫度高、熱穩定性好等優點，已被廣泛應用於塑料材料中。但其阻燃效率較低，常需大量添加，且與聚合物相容性較差，分散不均，很難獨立使用。雖然納米氫氧化鎂表面積大，在一定程度上提高了它在高分子材料中的分散均勻程度，但仍未能達到理想要求。對氫氧化鎂表面改性可在一定程度上改善氫氧化鎂的憎水性，從而提高其在材料中的相容性，並達到提高材料力學和阻燃性的效果。《表面改性對納米氫氧化鎂/高密度聚乙烯複合材料的影響》一文通過矽烷偶聯劑、硬脂酸鎂和鈦酸酯分別表面改性氫氧化鎂並共混填充 HDPE，結果顯示：矽烷偶聯劑、硬脂酸鎂和鈦酸酯改性氫氧化鎂對高密度聚乙烯阻燃性改善較小，但有利於提高體系力學性能。考慮綜合性能，矽烷偶聯劑為最佳表面改性劑，用量為氫氧化鎂質量的3.5%時，體系氧指數、拉伸強度、 斷裂伸長率及衝擊強度分別提高約8%、30%、6%和18%。
然而，文中僅對HDPE的阻燃性進行了改性，且阻燃效果一般，高密度聚乙烯改性方法還有很多，較為常用的是對其進行填充增強改性，填充改性按填料改性種類可以分為無機填料和有機填料。從環保考慮常用的是向高密度聚乙烯中加入無機填料，例如碳酸鈣、滑石粉、玻璃微珠、雲母等，雖然可以起到提高材料的強度、剛性、尺寸穩定性等性能的效果，但是這些無機填料相對密度較大，加入聚合物中使得製備的複合材料相對密度大，造成HDPE的部分力學性能參數下降，而且無機填料與有機聚乙烯間相容性不好，需要對無機材料進行表面修飾，才可以更好的與基體進行複合，製備工藝較為複雜，成本較高。
技術實現要素：
本發明目的就是為了彌補已有技術的缺陷，提供一種抗衝擊耐磨土工格柵用阻燃聚乙烯材料及其製作方法。
本發明是通過以下技術方案實現的：
一種抗衝擊耐磨土工格柵用阻燃聚乙烯材料，由下列重量份的原料製成：高密度聚乙烯100、氨基樹脂15-16、納米氫氧化鎂14-17、紅磷10-12、海泡石粉13-15、碳黑6-8、花生油5-7、氧化鎂2-4、丙二醇7-8、二亞乙基三胺4-6、二乙烯基苯2-4、乙烯基三甲氧基矽烷0.4-0.6。
所述的一種抗衝擊耐磨土工格柵用阻燃聚乙烯材料的製作方法，包括以下步驟：
（1）將納米氫氧化鎂、乙烯基三甲氧基矽烷投入高速混合機中，加入碳黑在100℃條件下處理30分鐘，放入真空乾燥箱內在80℃下放置3-4小時；
（2）將紅磷、丙二醇攪拌混勻，投入高速混合機中，加入氨基樹脂攪拌均勻，冷卻至室溫加入二乙烯基苯超聲研磨2-3小時，烘乾得膠囊化改性紅磷；
（3）將海泡石粉經高溫處理後噴灑質量濃度為98%的濃硫酸溶液在氮氣環境下磺化處理15-20分鐘，過濾用熱水洗滌至無SO42–，加入花生油、二亞乙基三胺磁力攪拌2-3小時，烘乾；
（4）將高密度聚乙烯放入烘箱中於105-110℃烘乾，投入高速混合機中加入步驟（1）、（2）、（3）物料及其它剩餘成分混合均勻，用雙螺杆擠出機擠出造粒，出料。
本發明的優點是：本發明將納米氫氧化鎂表面進行矽烷改性後作為阻燃劑，在一定程度上改善氫氧化鎂的憎水性，提高其在聚合物中的相容性，並達到提高材料力學和阻燃性的效果，將紅磷膠囊化改性改善了紅磷易吸溼、安全性差的問題，膠囊化改性紅磷受熱形成磷酸、偏磷酸，進而形成強脫水劑聚偏磷酸，加速了氫氧化鎂的分解，起到了協同阻燃作用；本發明還將無機填料海泡石粉表面進行化學改性，提高了其在聚合物中的相容性，改善了產品的機械強度和耐磨性，並配伍其他有效助劑製得的聚乙烯材料具有阻燃性好、可加工性能好、成本低、處理工藝簡單特性，應用於土工格柵材料具有抗衝擊韌性、耐高溫等優點，因此具有良好的實用價值和經濟效果。
具體實施方式
一種抗衝擊耐磨土工格柵用阻燃聚乙烯材料，由下列重量份的原料製成：高密度聚乙烯100、氨基樹脂15、納米氫氧化鎂14、紅磷10、海泡石粉13、碳黑6、花生油5、氧化鎂2、丙二醇7、二亞乙基三胺4、二乙烯基苯2、乙烯基三甲氧基矽烷0.4。
所述的一種抗衝擊耐磨土工格柵用阻燃聚乙烯材料的製作方法，包括以下步驟：
（1）將納米氫氧化鎂、乙烯基三甲氧基矽烷投入高速混合機中，加入碳黑在100℃條件下處理30分鐘，放入真空乾燥箱內在80℃下放置3-4小時；
（2）將紅磷、丙二醇攪拌混勻，投入高速混合機中，加入氨基樹脂攪拌均勻，冷卻至室溫加入二乙烯基苯超聲研磨2-3小時，烘乾得膠囊化改性紅磷；
（3）將海泡石粉經高溫處理後噴灑質量濃度為98%的濃硫酸溶液在氮氣環境下磺化處理15-20分鐘，過濾用熱水洗滌至無SO42–，加入花生油、二亞乙基三胺磁力攪拌2-3小時，烘乾；
（4）將高密度聚乙烯放入烘箱中於105-110℃烘乾，投入高速混合機中加入步驟（1）、（2）、（3）物料及其它剩餘成分混合均勻，用雙螺杆擠出機擠出造粒，出料。
利用本發明製得的土工格柵用阻燃聚乙烯材料的氧指數、拉伸強度、 斷裂伸長率及衝擊強度分別提高約12.8%、32.9%、11.8%和22.8%。