CN101235174A - 环保无卤阻燃聚丙烯复合材料及制备方法 - Google Patents

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施利毅
韩丹丹
丁鹏
杨慧
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Abstract

本发明公开了一种新型环保无卤阻燃聚丙烯复合材料，以重量份记，由如下组分及其含量组成：聚丙烯100，氢氧化镁10－100，红磷1－10，弹性体5－20，相容剂10－30，抗氧剂0.1－0.5，少量润滑剂，该聚丙烯是采用双螺杆挤出共混的方法将聚丙烯粉料与氢氧化镁、红磷，按照一定的配比，在高混机中预混合处理好，在常规加料速度、温度和螺杆转速的条件下，加入双螺杆挤出机，经过挤出、冷却、切粒后干燥、注塑制得。本发明的阻燃聚丙烯材料克服了传统卤系阻燃剂阻燃聚丙烯材料对环境的污染和对人体的危害，且发烟量小，无毒绿色环保。且本发明的无卤阻燃聚丙烯材料既能保证优异的阻燃性能又能保持良好的机械性能。

Description

环保无卤阻燃聚丙烯复合材料及制备方法
技术领域
本发明涉及一种环保无卤阻燃聚丙烯复合材料及制备方法，属阻燃复合材料技术领域。
背景技术
聚丙烯(PP)是一种综合性能优良的热塑性材料，被广泛应用于纺织纤维、家庭用品、工业零部件等方面。但PP的易燃性限制了它在许多领域的应用。为提高PP的阻燃性能，拓宽其应用范围，可添加阻燃剂。目前市场上的阻燃聚丙烯大多数仍采用卤、锑阻燃体系。由于目前采用的卤/锑阻燃体系对环境和人体的潜在危险，在欧盟《RoHS指令》下，无卤环保型阻燃PP的研制也十分必要和紧迫，且市场前景广阔。
氢氧化镁是目前应用较为广泛的无机阻燃剂之一，它具有热稳定性好、无毒、不产生腐蚀性气体、发烟量小等优点。其最大缺点就是阻燃效率低，填充量大，与高分子材料相容性差、难分散，导致材料的力学性能、电学性能和加工性能严重下降。文献号为CN1341669、CN1465618、CN1696188、CN1712444的中国专利中公开了解决阻燃的一些办法，采用氢氧化镁作为阻燃剂，通过对其表面处理和超细化，提高其阻燃效果。US4987173报道了含纤维状无机填料的聚烯烃复合材料，其无机填料为氢氧化镁、氧化镁、石膏或两种以上复合物，添加量在70(重量份)时，无法加工。
已有技术中无卤阻燃剂的添加量需要达到50-60(重量份)以上才有可能达到阻燃效果，而随着添加量的增加，材料的力学性能下降显著。
发明内容
本发明的目的是提供一种环保无卤阻燃聚丙烯复合材料，旨在克服现有技术的不足，不仅能满足材料所需的阻燃性能，而且具有低发烟量和无毒性的优点，对人体和环境的危害及污染程度低。
本发明的另一个目的是提供一种上述聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
一种环保无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：以重量份计，由如下组分及其含量组成：聚丙烯100，氢氧化镁10-100，红磷1-10，弹性体5-20，相容剂10-30，抗氧剂0.1-0.5，少量润滑剂。
实现本发明目的的一种较好的实施方式是，由下列组分按重量份组成：聚丙烯100，氢氧化镁30-100，红磷2-10，弹性体10-15，相容剂15-20，抗氧剂0.2-0.4，少量润滑剂。
所述氢氧化镁为天然矿石粉末或合成氢氧化镁，并经过表面处理，其颗粒度一般为1-100um，最佳颗粒度为1-20um。
所述阻燃剂为氢氧化镁和红磷的复配型阻燃剂，二者的添加比例为2-40∶1-2。氢氧化镁和红磷之间具有协同效应，三者相互促进，更好地发挥各自的阻燃机制，产生更好的阻燃效果。
所述的弹性体为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中任一种。
所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)。
所述的抗氧剂为(2，4-二叔丁基苯基)亚碳酸三酯，β-(3，5-二叔丁基-羟基苯基)丙酸十八酯，季戊四醇双亚磷酸二(2，4)二特丁基苯基)酯，亚磷酸三(2，4-二特丁基苯基)酯中任一种。
所述的润滑剂为硅油、白油中任一种。
一种用于权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于该方法由以下步骤组成：
a.按重量份计为：聚丙烯100，氢氧化镁10-100，红磷1-10，弹性体5-20，相容剂10-30，抗氧剂0.1-0.5，少量润滑剂，进行配料，在高速混合机中高速搅拌0.5-5分钟，得到预混物；
b.将步骤a预混物加入双螺杆挤出机，以10-40r/min的主机转速条件，在170-225℃的加工温度下挤出、冷却、切粒、烘干、注塑，得到环保无卤阻燃聚丙烯复合材料。
所述的无卤素阻燃聚丙烯，是采用双螺杆挤出共混的方法将聚丙烯粉料与氢氧化镁和红磷等按照一定的配比，在高混机中预混合处理好，在常规加料速度、温度和螺杆转速的条件下，加入双螺杆挤出机，经过挤出、冷却、切粒、烘干、注塑，制得本发明的无卤素阻燃聚丙烯。
所述的新型环保无卤阻燃聚丙烯复合材料，由于其不含卤素，解决了传统阻燃聚丙烯材料对环境和人体的潜在危害。且此种聚丙烯燃烧时发烟量小，无毒绿色环保。且本发明所述的无卤阻燃聚丙烯在保证优异的阻燃性能的同时又能保证良好的机械性能。
具体实施方式
现将本发明的具体实施例进一步说明如后。
实施例1
准确称取聚丙烯粉料100重量份、氢氧化镁30重量份、红磷3重量份、MBS 10重量份、PP-g-MAH 20重量份、抗氧剂(2，4-二叔丁基苯基)亚碳酸三酯0.2重量份、少量润滑剂白油在高速混合机中搅拌两分钟；将预混物在双螺杆挤出机上熔融挤出、冷却、切粒后烘干、注塑。挤出机的九区间温度：一区间175℃，二区间180℃，三区间189℃，四区间197℃，五区间201℃，六区间201℃，七区间202℃，八区间205℃，九区间205℃，主机转速为22r/min。将粒料在注塑机制成所需的测试样条。测定阻燃材料的阻燃性能和机械性能。测试数据见表1。
实施例2
准确称取聚丙烯粉料100重量份、氢氧化镁40重量份、红磷3重量份、MBS 10重量份、PP-g-MAH 20重量份、抗氧剂(2，4-二叔丁基苯基)亚碳酸三酯0.2重量份、少量润滑剂白油在高速混合机中搅拌两分钟；将预混物在双螺杆挤出机上熔融挤出、冷却、切粒后烘干、注塑。挤出机的九区间温度：一区间175℃，二区间180℃，三区间189℃，四区间197℃，五区间201℃，六区间201℃，七区间202℃，八区间205℃，九区间205℃，主机转速为22r/min。将粒料在注塑机制成所需的测试样条。测定阻燃材料的阻燃性能和机械性能。测试数据见表1。
实施例3
准确称取聚丙烯粉料100重量份、氢氧化镁50重量份、红磷3重量份、MBS 10重量份、PP-g-MAH 20重量份、抗氧剂(2，4-二叔丁基苯基)亚碳酸三酯0.2重量份、少量润滑剂白油在高速混合机中搅拌两分钟；将预混物在双螺杆挤出机上熔融挤出、冷却、切粒后烘干、注塑。挤出机的九区间温度：一区间175℃，二区间180℃，三区间189℃，四区间197℃，五区间201℃，六区间201℃，七区间202℃，八区间205℃，九区间205℃，主机转速为22r/min。将粒料在注塑机制成所需的测试样条。测定阻燃材料的阻燃性能和机械性能。测试数据见表1。
实施例4
准确称取聚丙烯粉料100重量份、氢氧化镁60重量份、红磷3重量份、MBS10重量份、PP-g-MAH 20重量份、抗氧剂(2，4-二叔丁基苯基)亚碳酸三酯0.2重量份，少量润滑剂白油在高速混合机中搅拌两分钟；将预混物在双螺杆挤出机上熔融挤出、冷却、切粒后烘干、注塑。挤出机的九区间温度：一区间175℃，二区间180℃，三区间189℃，四区间197℃，五区间201℃，六区间201℃，七区间202℃，八区间205℃，九区间205℃，主机转速为22r/min。将粒料在注塑机制成所需的测试样条。测定阻燃材料的阻燃性能和机械性能。测试数据见表1。
            表1聚丙稀复合材料的力学性能、加工性能和阻燃性
  实例编号   缺口冲击强度(KJ/m2)   拉伸强度(MPa)   断裂伸长率(％)   弯曲强度(MPa)   弯曲模量(MPa)   熔融指数(g/min)   阻燃性
  1   8.225   20.67   31.54   30.20   1210   17.99   V2
  2   8.026   20.61   31.27   29.90   1176   15.48   V1
  3   7.540   20.50   28.74   29.15   1132   13.52   V0
  4   6.467   20.26   27.80   28.92   1094   12.42   V0
注：阻燃性能采用UL94垂直燃烧实验

Claims (9)

1.一种环保无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于它是由下列组份按重量份计为：聚丙烯100，氢氧化镁10-100，红磷1-10，弹性体5-20，相容剂10-30，抗氧剂0.1-0.5，少量润滑剂。
2.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于其组分按重量份计为：聚丙烯100，氢氧化镁30-100，红磷2-10，弹性体10-15，相容剂15-20，抗氧剂0.2-0.4，少量润滑剂。
3.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于所述的氢氧化镁的平均粒径为1-100um。
4.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于所述的氢氧化镁和红磷的配比为2-40∶1-2。
5.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于所述的弹性体为甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物中任一种。
6.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
7.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于所述的抗氧剂为(2，4-二叔丁基苯基)亚碳酸三酯，β-(3，5-二叔丁基-羟基苯基)丙酸十八酯，季戊四醇双亚磷酸二(2，4)二特丁基苯基酯，亚磷酸三(2，4-二特丁基苯基)酯中任一种。
8.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于所述的润滑剂为硅油、白油中任一种。
9.一种用于权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于该方法由以下步骤组成：
a.按重量份计为：聚丙烯100，氢氧化镁10-100，红磷1-10，弹性体5-20，相容剂10-30，抗氧剂0.1-0.5，少量润滑剂，进行配料，在高速混合机中高速搅拌0.5-5分钟，得到预混物；
b.将步骤a预混物加入双螺杆挤出机，以10-40r/min的主机转速条件，在170-225℃的加工温度下挤出、冷却、切粒、烘干、注塑，得到环保无卤阻燃聚丙烯复合材料。
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