一种耐候复合阻燃涂层及其制备方法

技术领域

本发明涉及新材料技术领域，具体为一种耐候复合阻燃涂层及其制备方法。

背景技术

近年来，随着阻燃聚丙烯涂层被广泛应用于室外材料，如大型室外体育场的塑料座椅、室外装饰材料、汽车零件等，随之出现了一个新的急需解决的问题：聚丙烯材料既要在满足一定阻燃性能和力学性能的前提下又要保证材料的耐候性，所以本发明制备的涂层应用在棉织物上，人们所需的棉织物长期以往在阳光下曝晒、在水里浸泡、揉搓，在遇到火灾时极易燃烧，将其发明的涂层应用到棉织物上能够解决以上问题，所以制备一种具有阻燃、耐紫外老化、增韧、耐油性能和抗冲击性能的耐候复合阻燃涂层是很有必要的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种耐候复合阻燃涂层及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种耐候复合阻燃涂层，包括以下重量份数的原料：

50～80份聚丙烯、30～50份改性三元乙丙橡胶、30～50份改性海泡石、10～15份过氧化二异丙苯、10～15份助剂。

优选的，所述助剂为膨胀阻燃剂；所述膨胀阻燃剂为磷酸三丁酯、三聚氰胺中的一种。

优选的，所述改性海泡石是由海泡石和稀盐酸混合经酸热处理后，加入十二烷基苯磺酸钠和表面活性剂超声处理，恒温搅拌后，冷却至室温，进行抽滤、洗涤、干燥后制得。

优选的，所述表面活性剂由六偏磷酸钠与十六烷基三甲基溴化铵按质量比1:2混合制得。

优选的，所述改性三元乙丙橡胶是由马来酸酐、过氧化苯甲酰和三元乙丙橡胶在熔融状态下混合、再经回流、萃取、干燥后制得。

本发明第二方面提供一种耐候复合阻燃涂层的制备方法，包括以下具体步骤：

(1)改性海泡石的制备：将海泡石和稀盐酸混合经酸热处理后，加入十二烷基苯磺酸钠和六偏磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵超声处理，恒温搅拌后，冷却至室温，进行抽滤、洗涤、干燥后制得；

(2)改性三元乙丙橡胶的制备：马来酸酐、过氧化苯甲酰和三元乙丙橡胶在熔融状态下混合、再经回流、萃取、干燥后制得；

(3)阻燃聚丙烯的制备：将聚丙烯、磷酸三丁酯、改性三元乙丙橡胶和改性海泡石混合搅拌后，干燥，再用恒温箱中处理，制得阻燃聚丙烯；

(4)耐候复合阻燃涂层的制备：用环烷油对阻燃聚丙烯进行充油处理后加入过氧化二异丙苯，共混一段时间后，出样，固化，得耐候复合阻燃涂层。

优选的，所述步骤(1)中改性海泡石的具体制备方法为：将海泡石与质量分数为5％的稀盐酸按质量比1:8～1:15混合，进行酸热处理，然后在70～80℃下的磁力搅拌，在烧杯里加入海泡石质量8～10倍的的去离子水，往烧杯里加入按质量比1:10～1:15的十二烷基苯磺酸钠和盐酸处理过的海泡石，搅拌30～40min后加入海泡石质量0.3～0.6倍的六偏磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵，超声处理30～40min后在70～80℃下恒温搅拌1.5～2h，静置冷却至室温，抽滤，洗涤，在80～90℃的真空箱中干燥4～5h得到改性海泡石。

优选的，所述步骤(2)中改性三元乙丙橡胶的具体制备方法为：将转矩流变仪器升温至170～180℃，待温度稳定后往里加入按质量比3:2～5:2的三元乙丙橡胶和马来酸酐，再加入三元乙丙橡胶质量0.2～0.5倍的过氧化苯甲酰一起熔融接枝10～20min，反应结束后，将产物放置于索氏提取器中，加入三元乙丙橡胶质量7～8倍的丙酮溶液，在80～90℃下回流萃取20～24h，然后于70～80℃下放入真空干燥箱中干燥10～12h，得到改性三元乙丙橡胶。

优选的，所述步骤(3)中阻燃聚丙烯的具体制备方法为：按重量份数依次称取50～80份聚丙烯、10～15份磷酸三丁酯、30～50份改性三元乙丙橡胶和30～50份改性海泡石进行混合，高速搅拌5～10min，然后通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，挤出温度为180～200℃，制得的产物在80～90℃下干燥8～9h，然后置于相对湿度为50％，温度为23～25℃的恒温箱中处理44～48h，制得阻燃聚丙烯。

优选的，所述步骤(4)中耐候复合阻燃涂层的具体制备方法为：在80～90℃下用环烷油对阻燃聚丙烯进行充油处理10～15min，处理后放置于转矩流变仪器中，共混20～30min后加入阻燃聚丙烯质量0.3～0.6倍的过氧化二异丙苯，继续共混8～10min，出样，固化，得耐候复合阻燃涂层。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

本发明制备的耐候复合阻燃涂层应用到棉织物上。

盐酸改性海泡石能够促进体系的炭化，促进膨胀阻燃剂在高温下形成稳定的炭化物质，较快的生成连续的保护性炭层，并且在盐酸改性海泡石和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的共同作用下能够使残炭的表面更加均一致密，形成的多孔炭层在凝聚相起阻燃作用，这层多孔的炭层作为屏障组织里热量的传递和氧气的扩散，防止了挥发性可燃成分的产生，有效阻止和延缓了聚合物的降解，达到中断聚合物燃烧的目的，还减少了可燃气体和烟雾的释放，防止火焰传播；其次膨胀阻燃剂易受紫外光影响，会加快聚丙烯的光氧化降解速率，引起光老化，导致聚丙烯涂层的老化，而盐酸改性海泡石为层链状纤维，能够屏蔽一定的紫外光，且其片层能够阻止聚磷酸铵的光氧化降解，起到耐紫外老化的作用，并且膨胀阻燃剂与聚丙烯的相容性不高，势必会造成聚丙烯的力学性能降低，而马来酸酐接枝三元乙丙橡胶能够促进膨胀阻燃剂在聚丙烯中的分散，协助改善膨胀阻燃剂与聚丙烯的相容性，且作为橡胶相分散在聚丙烯基体中，增加交联密度，在受到冲击时，能够通过弹性形变吸收大量的能量，并能终止裂纹的进一步扩展，从而提高了体系的冲击性能。

其次用盐酸改性海泡石的表面活性羟基基团发生缩合反应产生的硅氧键能够使盐酸改性海泡石在马来酸酐接枝三元乙丙橡胶里起到桥键作用，并改善海泡石的浸润性，提升其分散性，降低海泡石纤维的团聚，在混炼过程以纤维束状存在于马来酸酐接枝三元乙丙橡胶中，并存在空隙，在受到外力作用时，能够增强盐酸改性海泡石纤维与马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的界面作用力，限制马来酸酐接枝三元乙丙橡胶分子链的运动，导致拉升强度上升，达到增韧效果。

最后用过氧化二异丙苯对马来酸酐接枝三元乙丙橡胶和聚丙烯进行改性，过氧化二异丙苯能够促进马来酸酐接枝三元乙丙橡胶和聚丙烯的交联程度增加，使其结构更为紧密，使油分子不易进入到分子间，且过氧化二异丙苯改性的聚丙烯作为连续相包裹着马来酸酐接枝三元乙丙橡胶能够限制其在油中的膨胀，达到良好的耐油性，并且过氧化二异丙苯让盐酸改性的海泡石、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶和聚丙烯进行更为密集的交联，增强其网状结构的密度，达到优异的耐磨性，还能够增强盐酸改性海泡石对聚丙烯分子链的缠结和交联，并且能够吸收部分外来冲击能，提高冲击强度。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供技术方案：一种耐候复合阻燃涂层，包括以下重量份数的原料：

50～80份聚丙烯、30～50份改性三元乙丙橡胶、30～50份改性海泡石、10～15份过氧化二异丙苯、10～15份助剂。

优选的，所述助剂为膨胀阻燃剂；所述膨胀阻燃剂为磷酸三丁酯、三聚氰胺中的一种。

优选的，所述改性海泡石是由海泡石和稀盐酸混合经酸热处理后，加入十二烷基苯磺酸钠和表面活性剂超声处理，恒温搅拌后，冷却至室温，进行抽滤、洗涤、干燥后制得。

优选的，所述表面活性剂由六偏磷酸钠与十六烷基三甲基溴化铵按质量比1:2混合制得。

优选的，所述改性三元乙丙橡胶是由马来酸酐、过氧化苯甲酰和三元乙丙橡胶在熔融状态下混合、再经回流、萃取、干燥后制得。

本发明第二方面提供一种耐候复合阻燃涂层的制备方法，包括以下具体步骤：

(1)改性海泡石的制备：将海泡石和稀盐酸混合经酸热处理后，加入十二烷基苯磺酸钠和六偏磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵超声处理，恒温搅拌后，冷却至室温，进行抽滤、洗涤、干燥后制得；

(2)改性三元乙丙橡胶的制备：马来酸酐、过氧化苯甲酰和三元乙丙橡胶在熔融状态下混合、再经回流、萃取、干燥后制得；

(3)阻燃聚丙烯的制备：将聚丙烯、磷酸三丁酯、改性三元乙丙橡胶和改性海泡石混合搅拌后，干燥，再用恒温箱中处理，制得阻燃聚丙烯；

(4)耐候复合阻燃涂层的制备：用环烷油对阻燃聚丙烯进行充油处理后加入过氧化二异丙苯，共混一段时间后，出样，固化，得耐候复合阻燃涂层。

优选的，所述步骤(1)中改性海泡石的具体制备方法为：将海泡石与质量分数为5％的稀盐酸按质量比1:8～1:15混合，进行酸热处理，然后在70～80℃下的磁力搅拌，在烧杯里加入海泡石质量8～10倍的的去离子水，往烧杯里加入按质量比1:10～1:15的十二烷基苯磺酸钠和盐酸处理过的海泡石，搅拌30～40min后加入海泡石质量0.3～0.6倍的六偏磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵，超声处理30～40min后在70～80℃下恒温搅拌1.5～2h，静置冷却至室温，抽滤，洗涤，在80～90℃的真空箱中干燥4～5h得到改性海泡石。

优选的，所述步骤(2)中改性三元乙丙橡胶的具体制备方法为：将转矩流变仪器升温至170～180℃，待温度稳定后往里加入按质量比3:2～5:2的三元乙丙橡胶和马来酸酐，再加入三元乙丙橡胶质量0.2～0.5倍的过氧化苯甲酰一起熔融接枝10～20min，反应结束后，将产物放置于索氏提取器中，加入三元乙丙橡胶质量7～8倍的丙酮溶液，在80～90℃下回流萃取20～24h，然后于70～80℃下放入真空干燥箱中干燥10～12h，得到改性三元乙丙橡胶。

优选的，所述步骤(3)中阻燃聚丙烯的具体制备方法为：按重量份数依次称取50～80份聚丙烯、10～15份磷酸三丁酯、30～50份改性三元乙丙橡胶和30～50份改性海泡石进行混合，高速搅拌5～10min，然后通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，挤出温度为180～200℃，制得的产物在80～90℃下干燥8～9h，然后置于相对湿度为50％，温度为23～25℃的恒温箱中处理44～48h，制得阻燃聚丙烯。

优选的，所述步骤(4)中耐候复合阻燃涂层的具体制备方法为：在80～90℃下用环烷油对阻燃聚丙烯进行充油处理10～15min，处理后放置于转矩流变仪器中，共混20～30min后加入阻燃聚丙烯质量0.3～0.6倍的过氧化二异丙苯，继续共混8～10min，出样，固化，得耐候复合阻燃涂层。

实施例1：一种耐候复合阻燃涂层一

一种耐候复合阻燃涂层，包括以下重量份数的原料：

80份聚丙烯、50份改性三元乙丙橡胶、50份改性海泡石、15份过氧化二异丙苯、15份助剂。

一种耐候复合阻燃涂层的制备方法，包括以下具体步骤：

(1)改性海泡石的制备：将海泡石和稀盐酸混合经酸热处理后，加入十二烷基苯磺酸钠和六偏磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵超声处理，恒温搅拌后，冷却至室温，进行抽滤、洗涤、干燥后制得；

(2)改性三元乙丙橡胶的制备：马来酸酐、过氧化苯甲酰和三元乙丙橡胶在熔融状态下混合、再经回流、萃取、干燥后制得；

(3)阻燃聚丙烯的制备：将聚丙烯、磷酸三丁酯、改性三元乙丙橡胶和改性海泡石混合搅拌后，干燥，再用恒温箱中处理，制得阻燃聚丙烯；

(4)耐候复合阻燃涂层的制备：用环烷油对阻燃聚丙烯进行充油处理后加入过氧化二异丙苯，共混一段时间后，出样，固化，得耐候复合阻燃涂层。

优选的，所述步骤(1)中改性海泡石的具体制备方法为：将海泡石与质量分数为5％的稀盐酸按质量比1:15混合，进行酸热处理，然后在80℃下的磁力搅拌，在烧杯里加入海泡石质量10倍的的去离子水，往烧杯里加入按质量比1:15的十二烷基苯磺酸钠和盐酸处理过的海泡石，搅拌40min后加入海泡石质量0.6倍的六偏磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵，超声处理40min后在80℃下恒温搅拌2h，静置冷却至室温，抽滤，洗涤，在90℃的真空箱中干燥5h得到改性海泡石。

优选的，所述步骤(2)中改性三元乙丙橡胶的具体制备方法为：将转矩流变仪器升温至180℃，待温度稳定后往里加入按质量比5:2的三元乙丙橡胶和马来酸酐，再加入三元乙丙橡胶质量0.5倍的过氧化苯甲酰一起熔融接枝20min，反应结束后，将产物放置于索氏提取器中，加入三元乙丙橡胶质量8倍的丙酮溶液，在90℃下回流萃取24h，然后于80℃下放入真空干燥箱中干燥12h，得到改性三元乙丙橡胶。

优选的，所述步骤(3)中阻燃聚丙烯的具体制备方法为：按重量份数依次称取80份聚丙烯、15份磷酸三丁酯、50份改性三元乙丙橡胶和50份改性海泡石进行混合，高速搅拌10min，然后通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，挤出温度为200℃，制得的产物在90℃下干燥9h，然后置于相对湿度为50％，温度为25℃的恒温箱中处理48h，制得阻燃聚丙烯。

优选的，所述步骤(4)中耐候复合阻燃涂层的具体制备方法为：在90℃下用环烷油对阻燃聚丙烯进行充油处理15min，处理后放置于转矩流变仪器中，共混30min后加入阻燃聚丙烯质量0.6倍的过氧化二异丙苯，继续共混10min，出样，固化，得耐候复合阻燃涂层。

实施例2：一种耐候复合阻燃涂层二

一种耐候复合阻燃涂层，包括以下重量份数的原料：

50份聚丙烯、30份改性三元乙丙橡胶、30份改性海泡石、10份过氧化二异丙苯、10份助剂。

一种耐候复合阻燃涂层的制备方法，包括以下具体步骤：

(1)改性海泡石的制备：将海泡石和稀盐酸混合经酸热处理后，加入十二烷基苯磺酸钠和六偏磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵超声处理，恒温搅拌后，冷却至室温，进行抽滤、洗涤、干燥后制得；

(2)改性三元乙丙橡胶的制备：马来酸酐、过氧化苯甲酰和三元乙丙橡胶在熔融状态下混合、再经回流、萃取、干燥后制得；

(3)阻燃聚丙烯的制备：将聚丙烯、磷酸三丁酯、改性三元乙丙橡胶和改性海泡石混合搅拌后，干燥，再用恒温箱中处理，制得阻燃聚丙烯；

(4)耐候复合阻燃涂层的制备：用环烷油对阻燃聚丙烯进行充油处理后加入过氧化二异丙苯，共混一段时间后，出样，固化，得耐候复合阻燃涂层。

优选的，所述步骤(1)中改性海泡石的具体制备方法为：将海泡石与质量分数为5％的稀盐酸按质量比1:8混合，进行酸热处理，然后在70℃下的磁力搅拌，在烧杯里加入海泡石质量8倍的的去离子水，往烧杯里加入按质量比1:10的十二烷基苯磺酸钠和盐酸处理过的海泡石，搅拌30min后加入海泡石质量0.3倍的六偏磷酸钠、十六烷基三甲基溴化铵，超声处理30min后在70℃下恒温搅拌1.5h，静置冷却至室温，抽滤，洗涤，在80℃的真空箱中干燥4h得到改性海泡石。

优选的，所述步骤(2)中改性三元乙丙橡胶的具体制备方法为：将转矩流变仪器升温至170℃，待温度稳定后往里加入按质量比3:2的三元乙丙橡胶和马来酸酐，再加入三元乙丙橡胶质量0.2倍的过氧化苯甲酰一起熔融接枝10min，反应结束后，将产物放置于索氏提取器中，加入三元乙丙橡胶质量7倍的丙酮溶液，在80℃下回流萃取20h，然后于70℃下放入真空干燥箱中干燥10h，得到改性三元乙丙橡胶。

优选的，所述步骤(3)中阻燃聚丙烯的具体制备方法为：按重量份数依次称取50份聚丙烯、10份磷酸三丁酯、30份改性三元乙丙橡胶和30份改性海泡石进行混合，高速搅拌5min，然后通过双螺杆挤出机熔融挤出造粒，挤出温度为180℃，制得的产物在80～90℃下干燥8h，然后置于相对湿度为50％，温度为23℃的恒温箱中处理44h，制得阻燃聚丙烯。

优选的，所述步骤(4)中耐候复合阻燃涂层的具体制备方法为：在80℃下用环烷油对阻燃聚丙烯进行充油处理10min，处理后放置于转矩流变仪器中，共混20min后加入阻燃聚丙烯质量0.3倍的过氧化二异丙苯，继续共混8min，出样，固化，得耐候复合阻燃涂层。

对比例1：

普通涂层的制备：将聚丙烯和助剂加热混合搅拌均匀后，经固化剂固化后得普通涂层。

对比例2：

对比例2的处方组成同实施例1，该耐候复合阻燃涂层的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤(1)的制备，其余制备步骤同实施例1。

对比例3：

比例3的处方组成同实施例1，该耐候复合阻燃涂层的制备方法与实施例1的区别仅在于不进行步骤(2)的制备，其余制备步骤同实施例1。

试验例1

分别将实施例1、对比例1、对比例2制备的涂层应用到棉织物上，测量其燃烧性能，观察LOI值和燃烧等级，数据如下：

(LOI值越大，阻燃性能越好)

由上束数据可以看出，实施例1的阻燃效果最好，这是因为盐酸改性海泡石能够促进体系的炭化，促进膨胀阻燃剂在高温下形成稳定的炭化物质，较快的生成连续的保护性炭层，并且在盐酸改性海泡石和马来酸酐接枝三元乙丙橡胶的共同作用下能够使残炭的表面更加均一致密，形成的多孔炭层在凝聚相起阻燃作用，这层多孔的炭层作为屏障组织里热量的传递和氧气的扩散，防止了挥发性可燃成分的产生，有效阻止和延缓了聚合物的降解，达到中断聚合物燃烧的目的，还减少了可燃气体和烟雾的释放，防止火焰传播。

试验例2

分别将实施例1、对比例1、对比例3制备的三种涂层厚度控制在0.1mm，按照GB/T1732标准，测试涂层的抗冲击性能，记录如下：

(高度越高，抗冲击性能越好)

由上述数据可以看出，实施例1的冲击强度最高，说明其抗冲击性能最好，这是因为过氧化二异丙苯能够促进马来酸酐接枝三元乙丙橡胶和聚丙烯的交联程度增加，使其结构更为紧密，并且过氧化二异丙苯让盐酸改性的海泡石、马来酸酐接枝三元乙丙橡胶和聚丙烯进行更为密集的交联，增强其网状结构的密度，达到优异的耐磨性，还能够增强盐酸改性海泡石对聚丙烯分子链的缠结和交联，并且能够吸收部分外来冲击能，提高冲击强度。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。