CN101220183A - 一种环保阻燃抗静电聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种环保阻燃抗静电聚丙烯材料，包括如下成分和重量份数：PP树脂100，阻燃剂30～50，阻燃协效剂10～20，填充剂40～60，抗静电剂10～30；其中，PP树脂为高流动性均聚PP，阻燃剂为十溴二苯乙烷，阻燃协效剂为三氧化二锑，填充剂为2000目滑石粉，抗静电剂为导电炭黑，润滑分散剂为乙撑双脂肪酸酰胺TAS－2A。该材料的制备方法为：按份数称取PP树脂100，阻燃剂30～50，阻燃协效剂10～20，填充剂40～60，抗静电剂10～30，润滑分散剂1～10份；将称取的原料在高速混合机中混合3～5分钟；将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒。本发明的聚丙烯材料机械强度好、抗静电效果优良且环保阻燃。

Description

一种环保阻燃抗静电聚丙烯材料及其制备方法
[技术领域]
本发明涉及聚丙烯材料，特别涉及一种机械强度好、抗静电效果优良且环保阻燃的聚丙烯材料及其制备方法。
[背景技术]
聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一，密度为0.90g/cm3，是现有树脂第二轻的高分子材料(仅大于聚甲基戊烯，密度为0.85g/cm3)。因其具有性能好、比重小、易于成型加工等特点，而广泛应用于汽车工业、家用电器、电子仪表工业、纺织工业中。
众所周知，塑料具有较好的电绝缘性能，因而广泛应用于工业生产和日常生活的各个领域。但塑料表面的高电阻率往往使其容易产生静电积累，从而引起吸尘电击或火花放电等不良现象，不利于塑料制品的加工和使用。如塑料薄膜加工过程中常因静电而发生卷曲和粘附，电子计算机及其它电子产品因使用塑料壳体所带来的静电损害等等。轻则出现各种质量问题，严重时还会引起燃烧或爆炸等恶性事故。因此，塑料的抗静电问题已经引起人们的高度重视。
一般来讲材料的电阻率在0～103Ω·cm，103～108Ω·cm为半导体，108～1018Ω·cm以上为绝缘体。PP的表面电阻燃率约为5×1016Ω·cm，属绝缘体材料。再加上PP树脂的极限氧指数(OI值)很低，只有18，属于易燃材料，无法满足特定材料防火领域的使用要求。这两点缺陷使得PP材料在应用于家用电器、电子仪表工业、纺织工业等领域时受到一定程度的限制。
随着人们环保安全意识地不断增强，开发一种既环保阻燃又抗静电性能优良的PP材料就显得格外重要。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种既环保阻燃又抗静电性能优良的聚丙烯材料及其制备方法。
为解决上述技术问题，本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
1、一种环保阻燃抗静电聚丙烯材料，该材料包括如下成分和重量份数：
PP树脂      100；
阻燃剂      30～50；
阻燃协效剂  10～20；
填充剂      40～60；
抗静电剂    10～30；
润滑分散剂  1～10；
抗氧剂      0.2～1.0。
其中，所述PP树脂为高流动性均聚PP，
其中，所述阻燃剂为十溴二苯乙烷，
其中，所述阻燃协效剂为三氧化二锑，
其中，所述填充剂为2000目滑石粉，
其中，所述抗静电剂为导电炭黑，
其中，所述润滑分散剂为乙撑双脂肪酸酰胺TAS-2A，
其中，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1010按2∶1复配而成的自制复配型。。
一种环保阻燃抗静电聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
a、按份数称取PP树脂100，阻燃剂30～50，阻燃协效剂10～20，填充剂40～60，抗静电剂10～30，润滑分散剂1～10；
b、将步骤601称取的成分在高速混合机中混合3～5分钟；
c、将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170～180℃、二区180～190℃、三区190～200℃、四区190～210℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa；
本发明的有益效果是：
本发明使用高效环保阻燃剂十溴二苯乙烷和阻燃协效剂三氧化二锑，提高材料的OI值，所得材料阻燃性好，且对材料的冲出性能也有大幅度的提高；本发明使用导电炭黑做抗静电剂，大幅降低PP材料的表面电阻率；本发明使用2000目滑石粉作为填充剂，提高PP材料的机械强度。本发明提出的PP材料的制备工艺简单，无需添加复杂设备，环保阻燃且抗静电效果优良。
[具体实施方式]
下面通过实施例对本发明进行进一步阐述：
本发明提出的PP材料，需要用到以下原材料：PP树脂、阻燃剂、阻燃协效剂、填充剂、抗静电剂、润滑分散剂、抗氧剂；
其中，PP树脂为均聚PP，阻燃剂为十溴二苯乙烷，阻燃协效剂为环保型三氧化二锑，填充剂为2000目滑石粉，抗静电剂为导电炭黑，润滑分散剂为乙撑双脂肪酸酰胺TAS-2A，抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1010按2∶1复配而成的自制复配型。
实施例1
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂十溴二苯乙烷30、阻燃协效剂三氧化二锑10、填充剂2000目滑石粉40、抗静电剂导电炭黑10、润滑分散剂1，在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170℃、二区180℃、三区190℃、四区190℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa；
实施例2
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂十溴二苯乙烷40、阻燃协效剂三氧化二锑15、填充剂2000目滑石粉50、抗静电剂导电炭黑20、润滑分散剂5，在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区175℃、二区185℃、三区195℃、四区200℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa；
实施例3
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂十溴二苯乙烷50、阻燃协效剂三氧化二锑20、填充剂2000目滑石粉60、抗静电剂导电炭黑30、润滑分散剂10，在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区180℃、二区190℃、三区200℃、四区210℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa；
实施例4
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂十溴二苯乙烷30、阻燃协效剂三氧化二锑10、填充剂2000目滑石粉40、抗静电剂导电炭黑10、润滑分散剂1，抗氧剂0.2，在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170℃、二区190℃、三区200℃、四区190℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa；
实施例5
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂十溴二苯乙烷40、阻燃协效剂三氧化二锑15、填充剂2000目滑石粉50、抗静电剂导电炭黑20、润滑分散剂5，抗氧剂0.5，在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区180℃、二区180℃、三区200℃、四区210℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa；
实施例6
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂十溴二苯乙烷50、阻燃协效剂三氧化二锑20、填充剂2000目滑石粉60、抗静电剂导电炭黑30、润滑分散剂10，抗氧剂1在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区180℃、二区180℃、三区190℃、四区200℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa；
对比例1
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂十溴二苯乙烷30、阻燃协效剂三氧化二锑10、填充剂2000目滑石粉40、润滑分散剂1，在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170℃、二区180℃、三区190℃、四区190℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa；
对比例2
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂十溴二苯乙烷40、阻燃协效剂三氧化二锑15、填充剂2000目滑石粉50、润滑分散剂5，在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区175℃、二区185℃、三区195℃、四区200℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa；
对比例3
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂十溴二苯乙烷50、阻燃协效剂三氧化二锑20、填充剂2000目滑石粉60、润滑分散剂10，在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区180℃、二区190℃、三区200℃、四区210℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa；
对比例4
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂十溴二苯乙烷30、阻燃协效剂三氧化二锑10、填充剂2000目滑石粉40、抗静电剂导电炭黑10，在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170℃、二区190℃、三区200℃、四区190℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa；
对比例5
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂十溴二苯乙烷40、阻燃协效剂三氧化二锑15、填充剂2000目滑石粉50、抗静电剂导电炭黑20，在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区180℃、二区180℃、三区200℃、四区210℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa；
对比例6
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂十溴二苯乙烷50、阻燃协效剂三氧化二锑20、填充剂2000目滑石粉60、抗静电剂导电炭黑30，在高速混合机中混合3～5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区180℃、二区180℃、三区190℃、四区200℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06Mpa。
下面对本发明实施例中所制备材料的性能进行说明：
将按上述方法完成造粒的粒子材料事先在80～90℃的烘箱下干燥2小时，然后将干燥好的粒子材料在注塑成型机上注塑出标准测试样条。
拉伸性能按ISO 527进行，试样尺寸为150×10×4mm，拉伸速度为50mm/min；弯曲性能按ISO 178进行，试样尺寸为80×10×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为50mm；简支梁缺口冲击强度按ISO 180进行，试样尺寸为80×10×4mm，缺口深度为试样厚度的1/3；热变形温试按ISO 75进行，试样尺寸为120×15×10mm，负载为1.82MPa；阻燃性测试按UL-94进行，样条为120×10×3.2mm(1/8in)和120×10×1.6mm(1/16in)；表面电阻率按ISO 3915进行。
材料的综合性能通过测试所得的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、IZOD缺口冲击强度、热变形温度、表面电阻率、阻燃性能的数值进行评判，材料的外观质量优劣通过在立式注塑机上注塑成标准尺寸的色板后目视色板表面光泽度进行评判。
其中，实例1～6的配方及各项性能测试结果见下表(一)：
表(一)实例1～6配方性能对照表
原料名称及物性参数     实例1   实例2   实例3   实例4   实例5   实例6
PP树脂     100     100     100     100     100     100
十溴二苯乙烷     30     40     50     30     40     50
三氧化二锑     10     15     20     10     15     20
2000目滑石粉     40     50     60     40     50     60
导电炭黑     10     20     30     10     20     30
TAS-2A     1     5     10     1     5     10
抗氧剂     0     0     0     0.2     0.5     1.0
拉伸强度(MPa)     28     30     32     28     30     32
断裂伸长率(％)     45     30     20     45     33     20
弯曲强度(MPa)     36     38     42     36     38     43
弯曲模量(MPa)     1,200     1,550     1,900     1,210     1,560     1,880
IZOD缺口冲击强度(KJ/M2) 12 10 7 12 10 7
熔融指数(g/10min)     19     12     6     19     12     6
热变形温度(℃)     120     130     135     122     135     138
阻燃性1/8in     V1     V0     V0     V0     V0     V0
阻燃性1/16in     V1     V0     V0     V0     V0     V0
表面电阻率Ω·cm     7.9×106     6.1×105     3.5×103     8.2×106     6.3×105     3.8×103
色板表面质量     普通黑亮    高黑亮     高黑亮     普通黑亮     高黑亮     高黑亮
从表(一)中可以看出，随着阻燃剂十溴二苯乙烷、阻燃协效剂三氧化二锑及抗静电剂导电炭黑、润滑分散剂含量的增加，材料的阻燃性大幅提高；拉伸强度呈小幅上升；弯曲强度及弯曲模量大幅提高；热变形温度大幅提高；断裂伸长率大幅下降；缺口冲击强度大幅下降；熔融指数大幅下降；表面电阻率大幅降低，当导电炭黑的量达到30份时，材料的表面电阻率下降到3.8×103Ω·cm，几乎可达到导电的效果；材料能过压色板目视观测，色板表面黑亮程度得到提升。
对比例1～6的配方及各项性能测试结果见下表(二)：
表(二)对比例1～6配方性能对照表
  原料名称及物性参数     对比例1 对比例2 对比例3 对比例4 对比例5 对比例6
    PP树脂     100     100     100     100     100     100
    十溴二苯乙烷     30     40     50     30     40     50
    三氧化二锑     10     15     20     10     15     20
    2000目滑石粉     40     50     60     40     50     60
    导电炭黑     10     20     30     10     20     30
    TAS-2A     1     5     10     0     0     0
    拉伸强度(MPa)     28     30     32     28     30     32
    断裂伸长率(％)     45     30     20     22     15     10
    弯曲强度(MPa)     36     38     42     36     38     43
    弯曲模量(MPa)     1,210     1,550     1,910     1,210     1,560     1,900
    IZOD缺口冲击强度(KJ/M2) 12 10 7 10 7 3
    熔融指数(g/10min)     19     12     6     15     9     4
    热变形温度(℃)     118     128     134     115     127     133
    阻燃性1/8in     V1     V0     V0     V0     V0     V0
    阻燃性1/16in     V1     V0     V0     V0     V0     V0
    表面电阻率Ω·cm     7.9×106     6.1×105     3.5×103     7.8×109     6.5×108     2.4×107
    色板表面质量     普通黑亮     高黑亮     高黑亮     黑，暗     黑，暗     黑，暗
由表(二)与表(一)比较可知，不加入抗氧剂，材料的热变形温度略有下降，其他性能变化不大；不加入润滑分散剂，材料的拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、阻燃性能变化不大；断裂伸长率、缺口冲击强度大幅度下降；材料的表面电阻率大PP原料树脂的基础上降低幅度不大，未能达到抗静电的目的和效果，而且材料所压色板的表面较暗淡、纹路粗糙。这是由于导电炭黑用作抗静电剂，其要体系中的分散效果很重要，分散效果不好，导电炭黑容易发生团聚，从而影材料的抗静电效果和冲击强度、断裂伸长率、表面质量。
综上所述，本发明通过加入一种环保型阻燃剂而提高材料氧指数、填充剂提高材料的机械强度、抗静电剂降低材料的表面电阻率、润滑分散剂提高抗静电剂在体系中的分散效果、抗氧剂提高材料的耐热氧老化性能，从而制备出一种机械强度好、抗静电效果优良且环保阻燃的聚丙烯材料。同时，本发明还介绍了具有机械强度好、抗静电效果优良且环保阻燃的聚丙烯材料的制备方法。

Claims (10)

1.一种环保阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于，其组成按重量配比为(份)：
PP树脂      100；
阻燃剂      30～50；
阻燃协效剂  10～20；
填充剂      40～60；
抗静电剂    10～30；
润滑分散剂  1～10。
2.根据权利要求1所述的一种环保阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于：还包括抗氧剂，其重量份数为0.2～1.0。
3.根据权利要求2所述的一种环保阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于：所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1010按2∶1复配而成的自制复配型。
4.根据权利要求1所述的一种环保阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于：所述PP树脂为高流动性均聚PP，所述阻燃剂为十溴二苯乙烷。
5.根据权利要求1所述的一种环保阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于：所述阻燃协效剂为三氧化二锑。
6.根据权利要求1所述的一种环保阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于：所述填充剂为2000目滑石粉。
7.根据权利要求1所述的一种环保阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于所述抗静电剂为导电炭黑。
8.根据权利要求1所述的一种环保阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于：所述润滑分散剂为乙撑双脂肪酸酰胺TAS-2A。
9.一种环保阻燃抗静电聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、按份数称取PP树脂100，阻燃剂30～50，阻燃协效剂10～20，填充剂40～60，抗静电剂10～30，润滑分散剂1～10；
b、将步骤601称取的成分在高速混合机中混合3～5分钟；
c、将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170～180℃、二区180～190℃、三区190～200℃、四区190～210℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa；
10.根据权利要求4所述的一种环保阻燃抗静电聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，步骤a中还包括：称取0.2～1.0份的抗氧剂。
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