类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料及制备方法

摘要

类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料及制备方法。高分子材料在自然环境中暴露就会逐渐发生老化，日光辐射的光照能量是引发高分子材料老化的主要因素。一种类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料，其组成包括：类水滑石、乙烯醋酸乙烯共聚物，所述的类水滑石的重量份数10-30，所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数70-90。本发明用于制造类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料及制备方法。

背景技术：

高分子材料在自然环境中暴露就会逐渐发生老化，日光辐射的光照能量是引发高分子材料老化的主要因素。对于光照辐射反应的发生,首先是光被高分子材料吸收，当吸收一经开始, 一部分高分子材料或离解、或被激发，离解了的自由基和被激发的分子引起化学反应，发生自由基之间的结合、交联、分子链断裂等。同时很快就会产生外观变化的降解效应，表现质量下降、光泽消失、粉化、褪色乃至电性能、拉伸强度、伸长率变坏和脆化，最终导致完全破坏，阻碍了高分子材料的实际应用。高分子材料的光解反应历程，主要是紫外线作用引起的。为了提高高分子材料的抗紫外线能力，通常用称为紫外线稳定剂的添加剂来解决，紫外线稳定剂可分别通过光线屏蔽紫外吸收猝灭、自由基终止和过氧化物分解等形式，而起到抵抗紫外光的作用。

类水滑石是一类阴离子型粘土，其晶体呈层状结构，层间含有水分子和可交换的阴离子。类水滑石在受热时，其结构水和层板羟基及层间阴离子以水和CO₂的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度、阻隔氧气的阻燃作用；并且类水滑石的结构水、层板羟基及层间阴离子在不同温度范围内脱离层板，从而可在较大范围内释放阻燃物种，在阻燃过程中吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温。此外，类水滑石可作为紫外吸收剂，类水滑石层板的不同阳离子和层间阴离子可选择性的提高类水滑石的紫外吸收性能，提高对光的稳定性。

乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）作为一种重要的高聚物材料广泛应用于人们日常生活的各个领域。然而，EVA属于非常易燃的高聚物，且燃烧时会产生大量的黑烟和有毒的气体，对人们的生命、财产安全以及环境保护都存在极大的隐患。并且，许多的EVA制品需要暴露在日光下，日光辐射的光照能量很容易引发高分子材料的老化。因此，使EVA具备良好的阻燃性能和抑烟性能至关重要而且刻不容缓。

发明内容：

发明的目的是提供一种能够解决乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）极易燃烧和在日光暴露下极易老化问题的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料及制备方法。

上述的目的通过以下的技术方案实现：

一种类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料，其组成包括：类水滑石、乙烯醋酸乙烯共聚物，所述的类水滑石的重量份数10---30，所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数70--90。

所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料，所述的类水滑石的重量份数20，所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数80。

所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料，由所述类水滑石与所述的乙烯醋酸乙烯共聚物组成复合材料，所述的乙烯醋酸乙烯共聚物EVA中VA的含量为28%或18%或19%或33%。。

一种类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，取所述的类水滑石与所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数在转矩流变仪上进行熔融共混；温度为140-160°C时，搅拌转速为50-70r/min，混料时间为8-12min时充分混合原料。

所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，取所述的类水滑石与所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数在转矩流变仪上进行熔融共混；温度为160°C时，搅拌转速为70r/min，混料时间为12min时充分混合原料。

所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，取所述的类水滑石与所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数在转矩流变仪上进行熔融共混；温度为150°C时，搅拌转速为60r/min，混料时间为10min时充分混合原料。

所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，将混好的类水滑石与乙烯醋酸乙烯共聚物的复合材料制成标准的阻燃测试样条和力学测试样条；阻燃测试样条：长120mm，宽6.5mm，厚3.0mm；拉伸强度和断裂伸长率样条是用特定的模具将lmm厚试样制成哑铃型的标准样条。

所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，将制好的阻燃测试样条与力学测试样条放在光化学反应装置中用11w或120 w或200 w或250 w或300 w或500w的汞灯进行紫外光照射，其光照时间分别为0h或40h或160h或320h或400h。

所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，分别采用氧指数测试仪与力学万能实验机对不同光照时间的复合材料的阻燃性与力学性能进行测试；光化学反应装置为南京斯东科光化学反应仪。

所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，所述的类水滑石的制备方法有六步，第一步分别将含有镍、锌、镁、铝的硝酸盐溶解于水中制得金属盐混合溶液，其中各金属离子的摩尔比分别为：镍：镁：铝 = 0.1:3.9:1，锌：镁：铝 = 0.1:3.9:1，镁：铝 = 4:1；第二步将NaOH和Na₂CO₃的混合碱液作为层间阴离子溶液和pH值调节剂；第三步在70°C水浴并强力搅拌下，将第一步的金属盐混合液逐滴滴入到容器中，同时用第二步的混合碱液调节溶液的pH值为8~9，持续搅拌得浆液；第四步将第三步所得浆液在可控温微波炉内70°C下水热晶化30min；第五步用去离子水多次洗涤第四步所得的产品至中性，抽滤，在烘箱中70°C下干燥30min；第六步将第五步所得干燥产品粉碎、过筛，既得到类水滑石阻燃剂和抗光剂材料。

有益效果：

1.本发明采用了微波水热晶化技术快速可控的实现了类水滑石的制备，并且得到的类水滑石材料作为EVA阻燃剂展现了阻燃效率高和添加量小的优点。

本发明的类水滑石材料与卤素阻燃剂相比，由于其不含卤素，从而达到了绿色环保的要求。

本发明制得的类水滑石使复合材料的氧指数与原始EVA相比均展示明显的提高，其中掺入过渡金属锌的镁铝水滑石的复合材料具有最好的阻燃效果。

本发明制得的类水滑石是一种适用于暴露于日光下的EVA制品的抗光剂。

本发明制得的锌镁铝类水滑石在光照后表现出比镁铝和镍镁铝类水滑石更好的光屏蔽效应。

本发明制得的类水滑石与EVA的复合材料在光照400h后是锌镁铝与EVA的复合材料的拉伸强度相比更好。

附图说明：

附图1是本产品得到的锌镁铝类水滑石的XRD谱图。

附图2为本发明得到的锌镁铝类水滑石的FT-IR谱图。

附图3为本发明得到的锌镁铝与EVA的复合材料的XRD谱图。

具体实施方式：

实施例1：

一种类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料，其组成包括：类水滑石、乙烯醋酸乙烯共聚物，所述的类水滑石的重量份数10---30，所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数70--90。

实施例2：

实施例1所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料，所述的类水滑石的重量份数20，所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数80。

实施例3：

实施例1所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料，所述的类水滑石的重量份数10，所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数90。

实施例4：

实施例1所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料，所述的类水滑石的重量份数30，所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数70。

实施例5：

实施例1或2或3或4所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料，由所述类水滑石与所述的乙烯醋酸乙烯共聚物组成复合材料，所述的乙烯醋酸乙烯共聚物EVA中VA的含量为28%或18%或19%或33%。

实施例6：

一种类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，取所述的类水滑石与所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数在转矩流变仪上进行熔融共混；温度为140-160°C时，搅拌转速为50-70r/min，混料时间为8-12min时充分混合原料。

实施例7：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，取所述的类水滑石与所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数在转矩流变仪上进行熔融共混；温度为145-155°C时，搅拌转速为55-65r/min，混料时间为8.5-11.5min时充分混合原料。

实施例8：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，取所述的类水滑石与所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数在转矩流变仪上进行熔融共混；温度为140°C时，搅拌转速为50r/min，混料时间为8min时充分混合原料。

实施例9：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，取所述的类水滑石与所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数在转矩流变仪上进行熔融共混；温度为160°C时，搅拌转速为70r/min，混料时间为12min时充分混合原料。

实施例10：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，取所述的类水滑石与所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数在转矩流变仪上进行熔融共混；温度为150°C时，搅拌转速为60r/min，混料时间为10min时充分混合原料。

实施例11：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，将混好的类水滑石与乙烯醋酸乙烯共聚物的复合材料制成标准的阻燃测试样条和力学测试样条；阻燃测试样条：长120mm，宽6.5mm，厚3.0mm；拉伸强度和断裂伸长率样条是用特定的模具将lmm厚试样制成哑铃型的标准样条。

实施例12：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，将制好的阻燃测试样条与力学测试样条放在光化学反应装置中用11w或120 w或200 w或250 w或300 w或500w的汞灯进行紫外光照射，其光照时间分别为0h或40h或160h或320h或400h。

实施例13：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，分别采用氧指数测试仪与力学万能实验机对不同光照时间的复合材料的阻燃性与力学性能进行测试；光化学反应装置为南京斯东科光化学反应仪。

实施例14：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，所述的类水滑石的制备方法有六步，第一步分别将含有镍、锌、镁、铝的硝酸盐溶解于水中制得金属盐混合溶液，其中各金属离子的摩尔比分别为：镍：镁：铝 = 0.1:3.9:1，锌：镁：铝 = 0.1:3.9:1，镁：铝 = 4:1；第二步将NaOH和Na₂CO₃的混合碱液作为层间阴离子溶液和pH值调节剂；第三步在70°C水浴并强力搅拌下，将第一步的金属盐混合液逐滴滴入到容器中，同时用第二步的混合碱液调节溶液的pH值为8~9，持续搅拌得浆液；第四步将第三步所得浆液在可控温微波炉内70°C下水热晶化30min；第五步用去离子水多次洗涤第四步所得的产品至中性，抽滤，在烘箱中70°C下干燥30min；第六步将第五步所得干燥产品粉碎、过筛，既得到类水滑石阻燃剂和抗光剂材料。

实施例15：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，所述的类水滑石的制备方法有六步，第一步分别将含有镍、锌、镁、铝的硝酸盐溶解于水中制得金属盐混合溶液，其中各金属离子的摩尔比分别为：镍：镁：铝 = 0.1:3.9:1，锌：镁：铝 = 0.1:3.9:1，镁：铝 = 4:1；第二步将NaOH和Na₂CO₃的混合碱液作为层间阴离子溶液和pH值调节剂；第三步在60°C水浴并强力搅拌下，将第一步的金属盐混合液逐滴滴入到容器中，同时用第二步的混合碱液调节溶液的pH值为8，持续搅拌得浆液；第四步将第三步所得浆液在可控温微波炉内60°C下水热晶化20min；第五步用去离子水多次洗涤第四步所得的产品至中性，抽滤，在烘箱中60°C下干燥50min；第六步将第五步所得干燥产品粉碎、过筛，既得到类水滑石阻燃剂和抗光剂材料。

实施例16：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，所述的类水滑石的制备方法有六步，第一步分别将含有镍、锌、镁、铝的硝酸盐溶解于水中制得金属盐混合溶液，其中各金属离子的摩尔比分别为：镍：镁：铝 = 0.1:3.9:1，锌：镁：铝 = 0.1:3.9:1，镁：铝 = 4:1；第二步将NaOH和Na₂CO₃的混合碱液作为层间阴离子溶液和pH值调节剂；第三步在80°C水浴并强力搅拌下，将第一步的金属盐混合液逐滴滴入到容器中，同时用第二步的混合碱液调节溶液的pH值为9，持续搅拌得浆液；第四步将第三步所得浆液在可控温微波炉内80°C下水热晶化10min；第五步用去离子水多次洗涤第四步所得的产品至中性，抽滤，在烘箱中70°C下干燥40min；第六步将第五步所得干燥产品粉碎、过筛，既得到类水滑石阻燃剂和抗光剂材料。

实施例17：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，所述的类水滑石的制备方法有六步，第一步分别将含有镍、锌、镁、铝的硝酸盐溶解于水中制得金属盐混合溶液，其中各金属离子的摩尔比分别为：镍：镁：铝 = 0.1:3.9:1，锌：镁：铝 = 0.1:3.9:1，镁：铝 = 4:1；第二步将NaOH和Na₂CO₃的混合碱液作为层间阴离子溶液和pH值调节剂；第三步在65°C水浴并强力搅拌下，将第一步的金属盐混合液逐滴滴入到容器中，同时用第二步的混合碱液调节溶液的pH值为8.5，持续搅拌得浆液；第四步将第三步所得浆液在可控温微波炉内65°C下水热晶化25min；第五步用去离子水多次洗涤第四步所得的产品至中性，抽滤，在烘箱中65°C下干燥45min；第六步将第五步所得干燥产品粉碎、过筛，既得到类水滑石阻燃剂和抗光剂材料。

实施例18：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，在500ml四口瓶中加入100ml蒸馏水，取160ml 1mol/L硝酸镁溶液和40ml 1mol/L硝酸铝溶液配制成混合盐溶液，同NaOH/Na₂CO₃配制成的碱溶液同时滴加到四口瓶中，保持1滴/秒的滴加速度，恒温70℃，控制反应溶液保持pH值在8~9之间，充分搅拌。滴加完毕后，继续搅拌1.5h，把浆液迅速放入微波炉中，70℃下微波晶化30分钟，洗涤至中性、抽滤，在恒温箱中恒温70℃干燥2小时，即可获得所需的镁铝类水滑石。

实施例19：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，在500ml四口瓶中加入100ml蒸馏水，取4ml 1mol/L硝酸镍溶液、156ml 1mol/L硝酸镁溶液和40ml 1mol/L硝酸铝溶液配制成混合盐溶液，同NaOH/Na₂CO₃配制成的碱溶液同时滴加到四口瓶中，保持1滴/秒的滴加速度，恒温70℃，控制反应溶液保持pH值在8~9之间，充分搅拌。滴加完毕后，继续搅拌1.5h，把浆液迅速放入微波炉中，70℃下微波晶化30分钟，洗涤至中性、抽滤，在恒温箱中恒温70℃干燥2小时，即可获得所需的镍镁铝类水滑石。

实施例20：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，在500ml四口瓶中加入100ml蒸馏水，取4ml 1mol/L硝酸锌溶液、156ml 1mol/L硝酸镁溶液和40ml 1mol/L硝酸铝溶液配制成混合盐溶液，同NaOH/Na₂CO₃配制成的碱溶液同时滴加到四口瓶中，保持1滴/秒的滴加速度，恒温70℃，控制反应溶液保持pH值在8~9之间，充分搅拌。滴加完毕后，继续搅拌1.5h，把浆液迅速放入微波炉中，70℃下微波晶化30分钟，洗涤至中性、抽滤，在恒温箱中恒温70℃干燥2小时，即可获得所需的锌镁铝类水滑石。

对类水滑石产物进行表征，由XRD图可知，类水滑石均展示了（003）、（006）、（012）、（015）、（018）、（110）和（113）典型的水滑石结构的特征峰，表明层状晶体结构形成，XRD表征证实三个类水滑石的合成获得成功。

实施例21：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，所述的类水滑石与EVA复合材料的制备：分别取实施例19,20,21所述的类水滑石重量份数20，所述的乙烯醋酸乙烯共聚物的重量份数80。采用RM-200A型转矩流变仪通过熔融共混法制备而成。在温度为150°C时，搅拌转速为60r/min，混料时间为10min时充分混合原料，制成类水滑石与EVA的复合材料。

实施例22：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，将实施例22制好的类水滑石与EVA的复合材料制成标准的阻燃测试样条和力学测试样条。氧指数样条尺寸：长120mm，宽6.5mm，厚3.0mm；拉伸强度和断裂伸长率样条是用特定的模具将lmm厚试样制成哑铃型的标准样条，按照国标GB/T 16421-1996在深圳市瑞格尔仪器有限公司生产的微机控制电子万能试验机上测定试样的拉伸强度和断裂伸长率，仪器设定为大变形非金属测定，试样速度为50mm/min, 标距25mm。

实施例23：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，将制好的实施例23的阻燃测试样条与力学测试样条放在光化学反应装置中用11w或120 w或200 w或250 w或300 w或500w的汞灯进行紫外光照射不同的时间，其光照时间分别为0h、40h、160h、320h和400h。

实施例24：

上述所述的类水滑石作EVA阻燃剂和抗光剂的复合材料的制备方法，将实施例24在300 w汞灯不同光照时间的复合材料的测试样条分别采用氧指数测试仪与力学万能实验机对阻燃性能与力学性能进行测试。类水滑石与EVA复合材料的测试结果见表1、表2。

表1 类水滑石与EVA的复合材料在不同光照时间下的氧指数数据

由表1看出本发明的类水滑石的重量份数为20的类水滑石与EVA的复合材料氧指数值均比纯EVA展示了明显的提高，表明类水滑石对EVA有好的阻燃性。并且，随着光照时间的延长，锌镁铝与 EVA的复合材料的氧指数展示少许的降低，表明锌镁铝类水滑石与其它类水滑石相比有更好的抗光性。

表2 类水滑石与EVA的复合材料的力学性能

由表2看出本发明在类水滑石的重量份数为20的复合材料的拉伸强度和断裂伸长率与原始EVA相比均展示了降低。然而，当用300 w汞灯光照时间增加到320h时，其所有类水滑石的复合材料的拉伸强度均高于纯样EVA，特别是锌镁铝与EVA的复合材料在光照时间达到400h时，其拉伸强度值达到最大。由此表明锌镁铝类水滑石在长时间的光照下仍然是良好的EVA共聚物补强剂，这个结果也证明了锌镁铝类水滑石具有相对较好的抗光性。

附图1横轴为2θ角（o）、纵轴为衍射峰强度。

附图2横轴为波数(cm-¹)、纵轴为透过率。

附图3横轴为2θ角（o）、纵轴为衍射峰强度。