技术领域
本发明涉及一种含无机阻燃剂的阻燃复合材料的制备方法。
背景技术
聚乙烯(PE)是一种质轻无毒的高分子绝缘材料，因其具有优良的电绝缘性、耐低 温性、足够的力学性能，以及优异的化学稳定性和介电性能，从而被广泛地应用于电线电 缆行业。但聚乙烯(PE)的阻燃性差，氧指数仅为17.4，是易燃材料，其燃烧热值高， 在燃烧时热释放速率大、火焰传播速度快，不易熄灭，同时聚乙烯燃烧时产生熔滴还可能 会引燃其他可燃物燃烧，加剧了火灾的破坏程度，对人们的生命安全形成巨大的威胁，由 此限制了其发展。然而，聚乙烯作为电线电缆材料应该具有高抗燃性、低燃烧速度和低生 烟量等阻燃性能，燃烧时不产生有毒气体，并且性能符合电缆绝缘材料标准性能。无机粒 子作为阻燃剂既提高了聚乙烯的阻燃性能同时也不降低其自身的性能并且不产生有毒气 体。氢氧氧铋作为无机阻燃剂具有分解吸热、抑烟等阻燃性能。由于聚乙烯密度小于水， 氢氧氧铋密度大于水，水浴合成方法时聚乙烯飘在水面上，氢氧氧铋沉在水底，就不能使 氢氧氧铋在聚乙烯表面生长均匀。
发明内容
本发明目的是为了解决水浴合成方法使氢氧氧铋在聚乙烯表面生长不均匀的技术问 题，提供了一种纳米氢氧氧铋/聚乙烯阻燃复合材料的制备方法。
纳米氢氧氧铋/聚乙烯阻燃复合材料的制备方法按照以下步骤进行：
一、将氢氧化铋和聚乙烯溶于酒精中并混合，得到混合溶液，混合溶液中聚乙烯与氢 氧化铋的质量比为3～40:1，混合溶液中氢氧化铋的浓度为1～300g/L；
二、将步骤一所得的混合溶液倒入球磨罐中，磨球与物料的质量比为15:1，以 50～300r/min的转速球磨1～30h；
三、将经过步骤二处理的混合溶液用氨水调节pH值为7～14，然后倒入水热合成反 应釜中，在填充比为70～85％、温度为100～140℃的条件下，保温1～24h；
四、从水热合成反应釜中倒出粉体，用酒精清洗粉体至洗液的pH值为6～8，然后在 60℃，烘干1～12h；
五、将经过步骤四处理的粉体放到平板硫化机中，在平板硫化机压力为0～10MPa、 模压温度为110℃～130℃的条件下热压成型5min～30min，冷却至室温，即得纳米氢氧氧 铋/聚乙烯阻燃复合材料。
本发明中通过水热合成法使得生成氢氧氧铋，氢氧氧铋化学式为BiOOH，铋离子和 氧离子之间为共价键，氢氧根和铋离子为离子键。BiOOH是Bi(OH)3在高温高压的条件 下发生分解反应失去一个水分子而得到的，具体反应方程式如下：Bi(OH)3＝BiOOH+H2O。氢氧氧铋受热易分解出水和三氧化二铋。本方法使生成的氢氧氧铋涂覆 在聚乙烯表面，制备工艺及所需设备简单，成本低廉，容易实施，制备所得纳米粒子/聚 乙烯复合材料中纳米粒子分散均匀，氢氧氧铋显著的提高了聚乙烯的阻燃性能，其成碳量 得到大幅度提高。所制备的纳米氢氧氧铋/聚乙烯阻燃复合材料，能够应用于阻燃电线电 缆中。
附图说明
图1为实验一中所得纳米氢氧氧铋/聚乙烯阻燃复合材料的低倍扫描电镜图；
图2为实验一中所得纳米氢氧氧铋/聚乙烯阻燃复合材料的高倍扫描电镜图；
图3为实验一中所得纳米氢氧氧铋/聚乙烯阻燃复合材料的XRD图谱，图中□表示聚 乙烯，▽表示氢氧氧铋。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意 组合。
具体实施方式一：本实施方式中纳米氢氧氧铋/聚乙烯阻燃复合材料的制备方法按照 以下步骤进行：
一、将氢氧化铋和聚乙烯溶于酒精中并混合，得到混合溶液，混合溶液中聚乙烯与氢 氧化铋的质量比为3～40:1，混合溶液中氢氧化铋的浓度为1～300g/L；
二、将步骤一所得的混合溶液倒入球磨罐中，磨球与物料的质量比为15:1，以 50～300r/min的转速球磨1～30h；
三、将经过步骤二处理的混合溶液用氨水调节pH值为7～14，然后倒入水热合成反 应釜中，在填充比为70～85％、温度为100～140℃的条件下，保温1～24h；
四、从水热合成反应釜中倒出粉体，用酒精清洗粉体至洗液的pH值为6～8，然后在 60℃，烘干1～12h；
五、将经过步骤四处理的粉体放到平板硫化机中，在平板硫化机压力为0～10MPa、 模压温度为110℃～130℃的条件下热压成型5min～30min，冷却至室温，即得纳米氢氧氧 铋/聚乙烯阻燃复合材料。
,具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是步骤一所述的混合溶液中 聚乙烯与氢氧化铋的质量比为90:10.74。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是步骤一所述的混合 溶液中聚乙烯与氢氧化铋的质量比为85:16.12。其它与具体实施方式一或二之一相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是步骤一所述的混合 溶液中聚乙烯与氢氧化铋的质量比为80:21.48。其它与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是步骤二中以 100r/min的转速球磨6h。其它与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是步骤三中将经过步 骤二处理的混合溶液用氨水调节pH值为9，然后倒入水热合成反应釜中，在填充比为 70％、温度为110℃的条件下，保温4h。其它与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是步骤三中将经过步 骤二处理的混合溶液用氨水调节pH值为8，然后倒入水热合成反应釜中，在填充比为 70％、温度为120℃的条件下，保温6h。其它与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是步骤三中将经过步 骤二处理的混合溶液用氨水调节pH值为8，然后倒入水热合成反应釜中，在填充比为 70％、温度为120℃的条件下，保温8h。其它与具体实施方式一至七之一相同。
采用下述实验验证本发明效果：
实验一：
纳米氢氧氧铋/聚乙烯阻燃复合材料的制备方法按照以下步骤进行：
一、将氢氧化铋和聚乙烯溶于酒精中并混合，得到混合溶液，混合溶液中聚乙烯与氢 氧化铋的质量比为90:10.74，混合溶液中氢氧化铋的浓度为200g/L；
二、将步骤一所得的混合溶液倒入球磨罐中，磨球与物料的质量比为15:1，以100r/min 的转速球磨6h；
三、将经过步骤二处理的混合溶液用氨水调节pH值为8，然后倒入水热合成反应釜 中，在填充比为80％、温度为120℃的条件下，保温6h；
四、从水热合成反应釜中倒出粉体，用酒精清洗粉体至洗液的pH值为6～8，然后在 60℃，烘干12h；
五、将经过步骤四处理的粉体放到平板硫化机中，在模压温度为120℃，在平板硫化 机压力为0MPa热压5min，在平板硫化机压力为5MPa热压5min，在平板硫化机压力为 10MPa热压5min，冷却至室温，即得纳米氢氧氧铋/聚乙烯阻燃复合材料。
本实验中所得纳米氢氧氧铋/聚乙烯阻燃复合材料中的氢氧氧铋的质量分数为10％。 图1、图2分别为氢氧氧铋质量分数为10％复合粉体的低倍、高倍扫描电镜照片，从图中 可以看出纳米粒子颗粒尺寸小于50nm，且在聚合物表面均匀分布，并与聚合物具有良好 的附着力。
图3为氢氧氧铋质量分数为10％纳米氢氧氧铋/聚乙烯阻燃复合材料的XRD图谱。通 过锥形量热仪测试表征复合材料的阻燃性能，燃烧剩余量为纯聚乙烯的四倍。
通过以上数据得出纳米氢氧氧铋对聚乙烯起到很好的阻燃特性。