一种氢氧化镁无卤阻燃聚乙烯复合材料

1.一种氢氧化镁无卤阻燃聚乙烯复合材料，以重量份计，由如下组 份及其含量组成：
聚乙烯        100
氢氧化镁      30-330
弹性体        50-120
偶联剂        0.3-5.0
界面改性剂    0.2-6.0
分散剂        0.2-5.0
增效剂        0.1-2.0
抗氧剂        0.1-2.0
所述界面改性剂为带有马来酸、马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、富 马酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、衣康酸接枝的聚乙烯、聚丙烯、聚丁二烯、 乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中的一 种或多种；
所述增效剂为炭黑、石墨、滑石粉、硅酸盐类化合物、氧化锌、氧化 钼、氧化铁、硼酸锌、碳酸盐类中的一种或多种。
2.根据权利要求1的复合材料，其特征在于：所述聚乙烯为低密度 聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、乙烯共聚物，其熔体流动 速率为0.05-30.0克/10分钟。
3.根据权利要求1的复合材料，其特征在于：所述氢氧化镁为天然 矿石粉末或合成氢氧化镁，其颗粒度为1μm-100μm。
4.根据权利要求1的复合材料，其特征在于：所述弹性体为乙丙橡 胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、丁腈橡胶、氯丁橡胶、乙烯 -辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。
5.根据权利要求1的复合材料，其特征在于：所述偶联剂为乙烯基 三乙氧基硅烷、乙烯基三[2-甲氧乙氧基]硅烷、γ-甲基丙烯酸丙酯基 三甲氧基硅烷、γ-胺丙基三乙氧基硅烷、N-β(胺乙基)-γ-胺丙基-三 甲氧基硅烷、β-(3，4-氧撑环己基)-乙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油 氧丙基三甲氧基硅烷、γ-脲丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷、 异丙基三异十八酰钛酸酯、异丙基三(十二十四烷基)钛酸酯、异丙基 二(十八酰)甲基丙烯钛酸酯、异丙基二甲基丙烯异十八酰钛酸酯、异丙 基十二苯亚磺酰钛酸酯、异丙基异十八酰二丙烯钛酸酯、异丙基三(二 辛磷酸)钛酸酯、异丙基三甲基丙烯钛酸酯、异丙基三对异丙苄苯钛酸 酯、异丙基三(二辛焦磷酸)钛酸酯、异丙基三(N，N′-二甲基乙醇胺)钛 酸酯、异丙基三(N-乙基胺乙醇胺)钛酸酯中的一种或两种。
6.根据权利要求1的复合材料，其特征在于：所述分散剂为羟基硅 油、乙烯基硅油、聚丁二烯、接枝聚丁二烯、聚烯烃蜡、偏六氟橡胶、硬 脂酸酯及盐、N，N-乙烯二异硬脂酸酰胺中的一种或多种。
7.根据权利要求1的复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四[β -(3，5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1，1，3-三(2-甲基- 4-羟基-5-特丁基苯基)丁烷、4，4-硫代双(6-特丁基-3-甲基苯酚)、 季戊四醇双亚磷酸二(2，4-二特丁基苯基)酯、亚磷酸三(2，4-二特丁基苯 基)酯中的一种或多种的复配物。

技术领域    本发明涉及一种氢氧化镁阻燃聚乙烯复合材料，特别涉及 一种高韧性的氢氧化镁阻燃聚乙烯复合材料。\n背景技术    聚乙烯已广泛用作电缆电线的包覆材料、室内装璜材料、 包装材料等很多方面，但它的氧指数只有18.5，属于易燃材料，为了 提高聚乙烯材料的阻燃性，一般采用添加卤化物、三氧化二锑及其它阻 燃增效剂，但这些阻燃剂的缺点是燃烧时产生有毒、有腐蚀性的卤化物， 烟雾大，造成人员中毒，疏散困难，因此采用氢氧化镁(Mg(OH)2)、氢氧 化铝(Al(OH)3)无卤阻燃剂代替常用的卤系、磷系、氮系阻燃剂添加到聚 合物材料中，当材料遇火燃烧时，氢氧化物能够吸收燃烧放出的热量， 产生水及氧化物，抑制聚合物材料燃烧，并达到无卤、低烟的目的。\n由于无卤阻燃材料是依赖无卤阻燃剂产生的水达到阻燃聚合物材料目 的的，因此无卤阻燃剂需要达到较高的添加量，一般为50-60％(重量 百分数)以上，才有可能起到阻燃聚合物的作用。高的添加量造成聚合物 材料力学性能，尤其是韧性和强度的大幅度下降。\n王艳丽、张勇等人在《中国塑料》2000年第14卷第2期上报导了一 种无卤阻燃剂氢氧化镁填充高密度聚乙烯材料，采用添加羟基硅油和钛 酸酯偶联剂表面处理氢氧化镁的方法来提高材料的力学性能，当钛酸酯 偶联剂处理的氢氧化镁添加量为58.3％(重量百分数)时，再添加5份羟 基硅油，氢氧化镁填充聚乙烯材料的拉伸强度为12MPa，断裂伸长率为 53.3％，Charpy缺口冲击强度为13KJ/m-2，当增大羟基硅油添加量达到 10份时，氢氧化镁填充材料的韧性提高，而材料的拉伸强度下降。\n钟明强、宋栩冰在《塑料》1993年第22卷第1期上报导了用有机硅 橡胶/有机酸盐改性氢氧化镁、氢氧化铝无卤阻燃聚乙烯材料的方法，当 氢氧化铝添加量为40重量份，再添加10重量份的有机硅橡胶/有机酸 盐时，聚乙烯材料的氧指数达到24，而材料的拉伸强度仅为9.6MPa。\n欧洲专利EP327660中报道了一种用铝酸钠、三氧化二铝在含有多元 酸、脂肪酸溶液中搅拌结晶的方法制得的高分散性氢氧化铝阻燃剂，添 加普通氢氧化铝的聚乙烯材料的氧指数为25.1，拉伸强度为4.2MPa，而 添加高分散性氢氧化铝的聚乙烯阻燃材料的氧指数可达到31.6，拉伸强 度也提高到11.7MPa。\n已有技术中无卤阻燃剂在高添加量下，材料韧性差，强度低，难于 制备兼有韧性好和强度高的聚乙烯无卤阻燃材料。\n发明内容    本发明的目的在于克服上述缺点，提供一种同时具有高韧 性和高强度的氢氧化镁阻燃聚乙烯复合材料。\n本发明的氢氧化镁无卤阻燃聚乙烯复合材料，以重量份计，由如下 组份及其含量组成：\n  聚乙烯           100\n  氢氧化镁         30-330\n  弹性体           50-120\n  偶联剂           0.3-5.0\n  界面改性剂       0.2-6.0\n  分散剂           0.2-5.0\n  增效剂           0.1-2.0\n  抗氧剂           0.1-2.0\n所述聚乙烯为低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、 乙烯共聚物，其熔体流动速率为0.05-30.0克/10分钟。\n所述氢氧化镁为天然矿石粉末或合成氢氧化镁，其颗粒度一般为1μm -100μm，最佳颗粒度为2μm-10μm。\n所述弹性体为乙丙橡胶、三元乙丙橡胶、丁基橡胶、丁苯橡胶、丁 腈橡胶、氯丁橡胶、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物。\n所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三[2-甲氧乙氧基]硅 烷、γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷、γ-胺丙基三乙氧基硅烷、N-β(胺 乙基)-γ-胺丙基-三甲氧基硅烷、β-(3，4-氧撑环已基)-乙基三甲 氧基硅烷、γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷、γ-脲丙基三乙氧基硅烷、 γ-巯丙基三甲氧基硅烷、异丙基三异十八酰钛酸酯、异丙基三(十二十 四烷基)钛酸酯、异丙基二(十八酰)甲基丙烯钛酸酯、异丙基二甲基丙 烯异十八酰钛酸酯、异丙基十二苯亚磺酰钛酸酯、异丙基异十八酰二丙 烯钛酸酯、异丙基三(二辛磷酸)钛酸酯、异丙基三甲基丙烯钛酸酯、 异丙基三对异丙苄苯钛酸酯、异丙基三(二辛焦磷酸)钛酸酯、异丙基 三(N，N′-二甲基乙醇胺)钛酸酯、异丙基三(N-乙基胺乙醇胺)钛酸酯等 中的一种或两种。\n所述界面改性剂为带有马来酸、马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸、 富马酸、油酸、亚油酸、亚麻酸、衣康酸接枝的聚乙烯、聚丙烯、聚丁 二烯、乙烯-丙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚 物等中的一种或多种。\n所述分散剂为羟基硅油、乙烯基硅油、聚丁二烯、接枝聚丁二烯、 聚烯烃蜡、偏六氟橡胶、硬脂酸酯及盐、N，N-乙烯二异硬脂酸酰胺 等中的一种或多种。\n所述增效剂为炭黑、石墨、滑石粉、硅酸盐类化合物、氧化锌、氧 化钼、氧化铁等金属氧化物、硼酸锌、红磷、碳酸盐类等中的一种或多 种。\n所述抗氧剂为四[β-(3，5-二特丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇 酯、1，1，3-三(2-甲基-4-羟基-5-特丁基苯基)丁烷、4，4-硫代双(6- 特丁基-3-甲基苯酚)、季戊四醇双亚磷酸二(2，4-二特丁基苯基)酯、亚 磷酸三(2，4-二特丁基苯基)酯等中的一种或多种的复配物。\n本发明氢氧化镁无卤阻燃聚乙烯复合材料的制备方法，依次包括如下 步骤：\n1、未处理的填料置于高速搅拌机中，将用稀释剂稀释好的偶联剂按 比例均匀喷洒在填料上，高速搅拌10分钟，干燥，待用。2、将聚乙 烯、氢氧化镁、弹性体及其各种助剂按比例预先混合，再在双螺杆挤出 机上以180-200℃的加工温度下挤出、造粒得到阻燃聚乙烯复合材料。\n尽管不打算局限于理论上的说明，但本发明可能存在的机理如下：\n表面处理过的氢氧化镁粉末，与界面改性剂在挤出过程中热、剪切、 分散剂的作用下，使氢氧化镁均匀分散在聚乙烯基体中，同时弹性体富 集在氢氧化镁表面，形成弹性体-氢氧化镁“软壳-硬核”结构粒子，这 种结构粒子的弹性体外壳与聚乙烯有很好的相容性，既增加了氢氧化镁 与聚乙烯间的界面粘附性，又提高了氢氧化镁与聚乙烯间界面层受冲击 时的形变能力，减弱了氢氧化镁大量加入对聚乙烯材料脆性增加的幅 度，从而改善氢氧化镁阻燃聚乙烯材料的力学性能，获得同时具有高韧 性和高强度的氢氧化镁阻燃聚乙烯复合材料。\n具体实施方式    下面将结合实施例对本发明做进一步说明。\n实施例1：\n将颗粒度为5μm的天然矿物氢氧化镁粉末1800克，在高速搅拌机中 用9.0克的γ-胺丙基三乙氧基硅烷和9.0克的异丙基三异十八酰钛酸酯 共同处理10分钟。将处理过的氢氧化镁1800克与750克的低密度聚乙 烯、450克的乙烯-辛烯弹性体、45.0克的丙烯酸接枝聚丁二烯、9.0 克的硬脂酸钡、6.0克的N，N-乙烯二异硬脂酸酰胺、9.0克的氧化锌、 9.0克的季戊四醇双亚磷酸二(2，4-二特丁基苯基)酯按比例在高速搅拌机 中预混合均匀，再在双螺杆挤出机上挤出，挤出温度为200℃，水冷，造 粒，得到阻燃聚乙烯复合材料。所得材料的力学性能、阻燃性数据见 表1。\n实施例2：\n将颗粒度为5μm的天然矿物氢氧化镁粉末1800克，在高速搅拌机 中用9.0克γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷和9.0克的异丙基三异十八 酰钛酸酯共同处理10分钟。将处理过的氢氧化镁1800克与750克低密 度聚乙烯、450克的乙烯-醋酸乙烯酯弹性体、45.0克的马来酸酐接枝 乙烯-丙烯共聚物、6.0克的偏六氟橡胶、6.0克的N，N-乙烯二异硬 脂酸酰胺、3.0克的聚烯烃蜡、9.0克的氧化锌、9.0克的季戊四醇双亚 磷酸二(2，4-二特丁基苯基)酯按比例在高速搅拌机中预混合均匀，再在双 螺杆挤出机上挤出，挤出温度为180℃，水冷，造粒，得到阻燃聚乙 烯复合材料。所得材料的力学性能和阻燃性数据见表1。\n实施例3：\n将颗粒度为5μm的天然矿物氢氧化镁粉末1800克与750克的低密度 聚乙烯、450克的乙烯-辛烯弹性体、9.0克的季戊四醇双亚磷酸二(2，4 -二特丁基苯基)酯按比例在高速搅拌机中预混合均匀，再在双螺杆挤出 机上挤出，挤出温度为200℃，水冷，造粒，得到阻燃聚乙烯复合材 料。所得材料的力学性能和阻燃性数据见表1。\n                 表1聚合物材料的力学性能和阻燃性数据\n实施例    缺口冲击    拉伸强     断裂伸      弯曲强度  弯曲模量\n                                                                阻燃性\n编号      强度(J/m)   度(MPa)    长率(％)    (MPa)     (MPa)\n1         434.5       17.2       109.4       16.0      402.1    FV-0\n2         423.5       18.0       120.8       15.4      292.2    FV-0\n3         229.0       13.7       80.0        11.0      245.7    FV-2