CN100347242C - 高强阻燃聚合物pa/pp合金 - Google Patents

高强阻燃聚合物pa/pp合金 Download PDF

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Abstract

一种高强阻燃聚合物PA/PP合金，其特征在于：原料配方(重量)为：主料：(1)、尼龙6(PA6)50～60份；(2)、聚丙烯(PP)25～35份；辅料：(1)、复合阻燃剂—聚磷酸胺4～6份、三聚氰胺1～3份和氨基硅烷1份；(2)、相容剂—磺化聚苯乙烯锌8～12份；(3)、抗氧剂—抗氧剂1010/168，0.2/0.2份。本发明以PA6和PP为主料采用复配阻燃技术和相容技术经双螺杆挤出机塑化造粒而成。通过体系各组分的协同作用，使产品具有优异的综合性能，阻燃性能达到UL94V-0标准要求，从根本上解决了PA6与PP两相的相容性问题，而且成本低，可广泛应用于制造高强、阻燃以及各种厚度的电气零部件及汽车结构件。

Description

高强阻燃聚合物PA/PP合金
技术领域
本发明涉及改性高分子新材料领域，具体涉及一种高强阻燃聚合物PA/PP合金。这种材料可广泛应用于汽车、电子电气、油田设备等领域中，作为制造另部件所使用的材料。
背景技术
PA/PP合金是把尼龙(PA)与聚丙烯(PP)两种树脂通过相容剂共混结合，并经过双螺杆挤出机塑化造粒而成的一种塑料合金新材料。这种材料既有尼龙(PA)的优点，又有聚丙烯(PP)的特性，因此具有较好综合力学性能，而且表面光洁、色泽透亮，是制造汽车、电子电气、油田设备等零部件和结构件比较理想的塑料合金材料。
目前，高性能优质的PA/PP合金材料生产技术主要掌握在国外的几家大公司手中，比如日本宇部兴产、昭和电工、德国Bayer、美国Allied、Dupant等。而国外大公司在这种新材料的技术方面对我国采取封锁。据统计，我国去年的进口量达2万吨，随着我国汽车、电子行业的高速发展，预计今后每年的需求增长量将超过20％。据了解，目前国内有关科研单位，如清华大学、成都科大、中科院化学所、上海日之升、上海杰士杰、江苏石油化工学院等做过一些研究，也有少部分产品推向市场，但总体来说综合性能不理想，与国外同类产品差距很大，更不能替代进口。
PA6/PP合金材料主要是PA6与PP的共混体系，由于PA6与PP不具有热力学相容性，必须通过相容剂作用来提高两相界面粘结力，且在挤出机强烈剪切作用下才能得到较理想的合金材料。PA6与PP相容剂一直是国内外研究开发的重点。据申请了解，目前一般采用顺丁烯二酸酐接枝PP作为相容剂的居多，此外，还有苯乙烯系化合物接枝顺丁烯二酸酐，PP接枝丙烯酸或马来酸二丁酯或马来酸，2-羟乙基甲基丙烯酸/异佛尔酮/二异氰酸共聚物，三烯丙基异氰尿酸酯作为相容剂。这些相容剂的使用尽管各有利弊，但总体来说均存在一些缺点，影响聚合物PA6/PP合金材料的性能。另一方面，随着环保意识的增强，国家对新材料的环保要求也在不断提高，而现有的PA6/PP合金材料中，据申请人初步了解不没有阻燃的品种，即使有阻燃品种其采用的阻燃剂大多为含卤素阻燃剂而不符合环保要求。因此研究开发综合性能优良的高强、环保、阻燃型PA6/PP合金材料，对于填补国内空白，促进我国新材料产业的健康发展，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明目的是要打破国外的技术垄断，研究开发一种新的高性能环保阻燃PA6/PP合金材料，以取代国外在这一高端技术领域中的同类产品。其中，主要是要解决PA6与PP两相的相容性问题，以利于充分发挥两者的优点，同时选择新型无卤阻燃剂达到环保的目的。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高强阻燃聚合物PA/PP合金，原料配方为：
主料：
(1)、尼龙6(PA6)                50～60重量份数；
(2)、聚丙烯(PP)                25～35重量份数；
辅料：
(1)、复合阻燃剂
         聚磷酸胺              4～6重量份数；
         三聚氰胺              1～3重量份数；
         氨基硅烷              1重量份数；
(2)、相容剂
         磺化聚苯乙烯锌        8～12重量份数；
(3)、抗氧剂
         抗氧剂1010            0.2重量份数；
         抗氧剂168             0.2重量份数。
制备方法如下：
(1)、准备助剂
复合型阻燃剂：将聚磷酸胺、三聚氰胺和氨基硅烷按所述配方比例进行混合得到复合型阻燃剂；
(2)、主辅料混合
将干燥的主料与复合型阻燃剂、相容剂、抗氧剂进行混合搅拌，使各组分充分分散均匀；
(3)、熔融挤出
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔融挤出温度在230～255℃范围；
(4)、造粒及后处理
对挤出的物料造粒及后处理得成品。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，为了进一步提高PA6与PP两相界面粘结力，所述磺化聚苯乙烯锌相容剂为高聚体产物，其聚合物中的离子基团在15％mol以内。
2、上述方案中，抗氧剂1010和抗氧剂168为商品名和商品牌号。
3、上述方案中，所述第(2)步主辅料混合中，采用搅拌器在1000转/每分以上的高速条件下混合搅拌，这样效果更好。
4、上述方案中，所述后处理包括冷却、风干、切粒、过筛、过磁、干燥、包装流程。
本发明关键技术及原理如下：
本发明采用新型高聚体相容剂，得到了较好综合性能的PA6/PP合金材料。高聚体是指含少量(不超过15％mol)离子基团的聚合物，是在极性聚合物与非极性聚合物共混时，能起到很好的增容作用。其原理是尼龙6与酰胺基团中的氮原子上存在孤对电子，可与这种离子交联聚合物中的锌原子形成配位键，从而产生共交联作用。研究显示，这种离子交联聚合物不仅显著地提高了聚烯烃弹性体在尼龙6基体中的分散性，减小分散相粒径；同时，这种离子交联聚合物可以在尼龙6基体与弹性体之间形成一种絮凝层，在絮凝区域内产生很强烈的相互作用，因而有效地提高了尼龙6与弹性体之间的界面相容性。
采用聚磷酸胺和三聚氰胺作为主阻燃剂。聚磷酸胺的阻燃机理是其受热脱水后生成聚磷酸强脱水剂，促使聚合物表面脱水生成碳化物，加之生成的非挥发性磷的氧化物及聚磷酸对基材表面进行覆盖，隔绝空气从而达到阻燃的目的。
聚磷酸胺同时含有氮元素，受热分解放出CO2，N2，NH3等气体，这些气体不易燃烧，阻断了氧的供应，实现了阻燃增效和协同效应。
三聚氰胺的升华热为121.3±4.1KJ/mol，当聚合物被点燃时，三聚氰胺升化而吸热，同时挥发物的燃烧热非常小，为-1965KJ/mol，比一般降解产物的燃烧热小2～3倍，减少了热量的传递。每摩尔的三聚氰胺燃烧时产生3摩尔的水、CO2、N2，起到期吸热和稀释的作用，且大量气体同时放出，冲散聚合物裂解挥发物，减少它们在燃烧区的停留时间，并带走大量的热。三聚氰胺的挥发物再聚形成白烟，为聚合物表面提供了“第三体”，移走自由基相互碰撞的动量，允许了自由基的再化合，阻止了辐射能的传递，还作为“热阱”吸收能量。三聚氰胺并未完全升华部分，发生缩聚反应，放出氨气，形成多环三聚氰胺衍生物，促使PA6成碳。总之，三聚氰胺在聚合物的点燃、火焰的传播，凝聚项裂解和阻燃等各个过程中起到一定的阻止作用。
因这两种主阻燃剂存在缺陷，即在高温或温度大的环境中长期使用，会出现“起霜”现象，所以本发还选用了氨基硅烷来对主阻燃剂进行处理，解决了主阻燃剂在体系中分散性、相容性不好的问题，很好的起到了偶联剂的作用，成功地解决了本发明产品在高温高湿条件下的“起霜”现象。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
l、技术创新点
1)新型高效相容剂
相容剂的好坏直接关系到PA6/PP合金材料的性能。以往采用的一些相容剂总有一些缺点，影响聚合物合金材料的性能，本发明采用高聚体磺化聚苯乙烯锌作为相容剂，成功的解决了以往的技术难题，实验数据表明使用本发明相容剂后PA6/PP合金材料具有良好的性能，达到或超过了国外同类产品的性能，在客观上证明了该相容剂良好的增容效果。
2)高效的阻燃体系
本发明采用自行设计的复配无卤阻燃剂体系——三聚氰胺和聚磷酸胺协同阻燃，同时用氨基硅烷对阻燃剂进行表面处理，与传统的十溴联苯醚加氧化锑体系相比，具有添加量小，发烟量小，制件不会出现“起霜”现象，外观好，对环境损害小，对产品的其他性能影响小等特点。符合国际上对阻燃塑料的无卤化要求，是环保型阻燃塑料的升级换代产品。
3)率先开发出具有环保型高阻燃性能的PA6/PP合金
纵观国内外PA6/PP合金产品，还没有发现有阻燃的品种，这不是因为阻燃PA6/PP合金没有市场，恰恰相反，这类合金产品由于有着低成本高性能的优势，符合汽车、电气行业对产品安全性能日益提高的要求，市场需求的增长会超过一般合金产品。同时本发明产品阻燃体系属于无卤环保型，符合国际上对塑料产品的环保要求。
本发明产品主要技术指标与国外同类产品的比较：
项目 试验标准 单位 S501(干) 本发明H310(干)
比重   D792  -   1.06 1.16
熔融指数   D1238 g/10min   - 12
模具收缩率16mm   D955  E-2   15～22 1.2～1.8
拉伸强度(屈服点) D638  Mpa   60 63
拉伸率(断裂点)   D638  ％   50 51
弯曲强度   D790  Mpa   85 92
  缺口冲击强度23℃   D256   J/m   85   251
  弯曲模量   D790   Mpa   2600   2630
  热变形温度1.8Mpa   D648   ℃   77   83
  阻燃性   UL94   -   HB   V-0
  mm   16   1.6
  体积电阻   D257   Ω·cm   1.0E+17   150E+17
  表面电阻   D257   Ω·cm   1.0E+14   200E+16
从以上比较可以看出，本发明产品的绝大部分性能指标都有达到或超过了国外同类产品的指标。
2、本发明产品特点
1)采用新型高聚体相容剂，很好的解决了PA6/PP体系的相容问题，PP粒子的粒径小，分布均匀。
2)采用无卤高效复合阻燃剂，开创了PA6/PP合金的阻燃级产品。
3)本发明力学性能优异，冲击强度高，可做多种电器件、汽车的结构件。
4)本发明在低温条件下机械性能保留值高，适合制备温度使用范围宽的部件。
5)本发明高温条件下使用无阻燃剂析出。
6)本发明产品光泽度高，易于配成各种不同颜色。
7)本发明产品价格与国外同类产品相比低近30％，具有很强的市场竞争力。
附图说明
附图1为本发明工艺流程图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：一种高强阻燃聚合物PA/PP合金，原料总配方为：
主料：
(1)、尼龙6(PA6)                50～60重量份数；
(2)、聚丙烯(PP)                25～35重量份数；
辅料：
(1)、复合阻燃剂
         聚磷酸胺              4～6重量份数；
         三聚氰胺              1～3重量份数；
         氨基硅烷              1重量份数；
(2)、相容剂
         磺化聚苯乙烯锌        8～12重量份数；
(3)、抗氧剂
         抗氧剂1010            0.2重量份数；
         抗氧剂168             0.2重量份数。
本实施例主要考虑相容剂含量对PA6/PP合金材料力学性能的影响。PA6∶PP∶聚磷酸胺∶三聚氰胺∶氨基硅烷之间的最佳比例为55∶30∶5∶2∶1。以下在PA6∶PP∶聚磷酸胺∶三聚氰胺∶氨基硅烷之间的最佳比例条件下，改变相容剂含量并用3个例子加以说明，具体见下表：
配方   相容剂重量份数 拉伸强度MPa 拉伸率％ 弯曲强度MPa   弯曲模量Mpa   缺口冲击强度J/m 阻燃性UL94   热变形温度℃
1例   8   65   50   98   2750   240   V-0   84
2例   10   63   51   92   2630   251   V-0   83
3例   12   59   49   86   2590   245   V-0   80
国外产品   60   50   85   2600   85   HB   77
从上表可以看出，相容剂可在8～12重量份数之间变化，而产品综合性能指标仍能达到国外进口产品指标。致于主料、复合阻燃剂可按照以上总配方范围变化，可制造出不同品级和不同性能的产品，以满足不同客户、不同产品的要求。所述磺化聚苯乙烯锌相容剂为高聚体产物，其聚合物中的离子基团在15％mol以内。
参见图1所示，制备方法如下：
制备方法如下：
(1)、准备助剂
复合型阻燃剂：将聚磷酸胺、三聚氰胺和氨基硅烷按所述配方比例进行混合得到复合型阻燃剂；
(2)、主辅料混合
将干燥的主料与复合型阻燃剂、相容剂、抗氧剂采用搅拌器在1000转/每分以上的高速条件下混合搅拌，使各组分充分分散均匀；
(3)、熔融挤出
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔融挤出温度在230～255℃范围；
(4)、造粒及后处理
对挤出的物料进行冷却→风干→切粒→过筛→过磁→干燥→包装得成品。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1、一种高强阻燃聚合物PA/PP合金，其特征在于：原料配方为：
主料：
(1)、尼龙6                  50～60重量份数；
(2)、聚丙烯                 25～35重量份数；
辅料：
(1)、复合阻燃剂
聚磷酸胺                    4～6重量份数；
三聚氰胺                    1～3重量份数；
氨基硅烷                    1重量份数；
(2)、相容剂
磺化聚苯乙烯锌              8～12重量份数；
(3)、抗氧剂
抗氧剂1010                  0.2重量份数；
抗氧剂168                   0.2重量份数。
2、根据权利要求1所述的高强阻燃聚合物PA/PP合金，其特征在于：制备方法如下：
(1)、准备助剂
复合型阻燃剂：将聚磷酸胺、三聚氰胺和氨基硅烷按所述配方比例进行混合得到复合型阻燃剂；
(2)、主辅料混合
将干燥的主料与复合型阻燃剂、相容剂、抗氧剂进行混合搅拌，使各组分充分分散均匀；
(3)、熔融挤出
将混合好的物料加入双螺杆挤出机中熔融挤出，熔融挤出温度在230～255℃范围；
(4)、造粒及后处理
对挤出的物料造粒及后处理得成品。
3、根据权利要求2所述的高强阻燃聚合物PA/PP合金，其特征在于：所述第(2)步主辅料混合中，采用搅拌器在1000转/每分以上的高速条件下混合搅拌。
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