CN101768307B - 聚丙烯酸十八酯在制备氢氧化铝阻燃聚丙烯材料中的应用 - Google Patents

聚丙烯酸十八酯在制备氢氧化铝阻燃聚丙烯材料中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种聚丙烯酸十八酯在制备氢氧化铝阻燃聚丙烯材料中的应用。首先采用悬浮聚合技术制备结合聚丙烯酸十八酯，将其与氢氧化铝在高速混合机中混合，然后将混合物与聚丙烯混合，再将得到的聚丙烯酸十八酯、氢氧化铝和聚丙烯混合物塑化、切粒、干燥，最后将前述得到的粒料投入注射机中成型，得到氢氧化铝改性阻燃聚丙烯材料。本发明使氢氧化铝填充高分子材料具备较好的力学冲击强度和加工流动性能，从而改善了氢氧化铝阻燃聚丙烯材料的阻燃性能。

Description

聚丙烯酸十八酯在制备氢氧化铝阻燃聚丙烯材料中的应用
技术领域
本发明涉及聚丙烯酸十八酯的新用途，特别是聚丙烯酸十八酯在制备氢氧化铝阻燃聚丙烯材料中的应用，属于高分子复合材料改性技术领域。
背景技术
氢氧化铝是公认的最为环境友好阻燃剂。氢氧化铝阻燃机理是遇热分解为氧化铝并释放出大量水蒸气，同时具有消烟功能，不产生二次污染。然而，作为高分子材料的阻燃剂，氢氧化铝在较高填充量才具有明显提高高分子材料阻燃性的效果。由于极性的无机氢氧化铝与高分子基体亲和性差，高填充量会导致材料力学性能显著降低，这成为制约高分子材料在该类阻燃剂中取得广泛应用的主要障碍。市场上广泛应用的增加高分子与无机填料亲和性的偶联剂，如硅烷类偶联剂，钛酸酯类偶联剂、铝酸酯类偶联剂等，添加到氢氧化铝填充高分子体系均不能起到显著的改性增强作用。这些偶联剂加入后加工流动性依然很差，材料力学性能也没有明显改善。目前，关于氢氧化铝超细化以及纳米化的研究较多，如何通过添加某种试剂改善体系性能的研究较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种聚丙烯酸十八酯的新用途，特别是聚丙烯酸十八酯在制备氢氧化铝阻燃聚丙烯材料中的应用，提高了阻燃材料抗冲击强度，改善了熔体流动性以及阻燃材料的阻燃效果。
本发明的构思是这样的。本发明是基于聚丙烯酸十八酯特殊的分子结构。聚丙烯酸十八酯分子结构中的侧基含有酯基，与完全非极性的聚丙烯分子结构相比，此极性的酯基与极性的氢氧化铝具有较强的结合力，并且聚丙烯酸十八酯的碳氢主链与非极性的聚丙烯分子具有良好的亲和性，所以聚丙烯酸十八酯有助于氢氧化铝在聚丙烯体系中的分散和增加氢氧化铝与聚丙烯的界面结合力。而聚丙烯酸侧基上柔性的长碳链的存在能够增加高分子链的活动性。因此，聚丙烯酸十八酯能够提高氢氧化铝填充聚丙烯的流动性能和冲击强度。
本发明采用悬浮聚合技术制备结合聚丙烯酸十八酯，将获得的聚丙烯酸十八酯先与氢氧化铝在高速混合机中混合，然后将混合物与聚丙烯在高速混合机中混合，再将得到的聚丙烯酸十八酯、氢氧化铝和聚丙烯混合物塑化、切粒、干燥。本发明中的聚丙烯酸十八酯是基于自由基聚合原理得到的无定形聚合物。聚丙烯酸十八酯在高分子树脂与氢氧化铝混合过程加入，能使氢氧化铝填充高分子材料具备较好的力学冲击强度和加工流动性能，扩大了氢氧化铝在阻燃高分子材料中的应用。
具体地，本发明聚丙烯酸十八酯在制备氢氧化铝阻燃聚丙烯材料中的应用，包括以下步骤：
(1)合成聚丙烯酸十八酯
在装有搅拌装置的三口瓶中倾入溶解有聚乙烯醇1799、十二烷基苯磺酸钠的蒸馏水，向其中加入溶解了过氧化二苯甲酰(BPO)的丙烯酸十八酯，开动搅拌，升温至65～80℃，反应2.5～3.5小时，结束，反应产物经水洗、过滤，得到乳白色细粒状固体聚丙烯酸十八酯，备用；
(2)将步骤(1)得到的聚丙烯酸十八酯与氢氧化铝按质量比为2％～7％在高速混合机中混合5～10分钟，然后加入聚丙烯及其他助剂粉料继续混合5～15分钟，其中，氢氧化铝与聚丙烯的质量比为20％～70％；
(3)将步骤(2)得到的混合物投入挤出机中塑化、造粒，最后将前述得到的粒料投入注射机成型，得到得到聚丙烯酸十八酯改性氢氧化铝阻燃聚丙烯材料。
本发明取得的有益效果如下：
本发明将悬浮聚合得到聚丙烯酸十八酯应用于氢氧化铝填充阻燃的聚丙烯材料中，能够显著提高材料的耐冲击性能，同时改善流动性能。与未加入聚丙烯酸十八酯的氢氧化铝填充阻燃的聚丙烯材料相比，冲击强度和熔体指数显著提高，以氢氧化铝与聚丙烯质量比为30％～50％为例，相同氢氧化铝与聚丙烯质量比下，冲击强度提高20％～35％，熔体质量流动速率提高24％～50％。从而改善了阻燃材料的阻燃效果。
基于相同机理，聚丙烯酸十八酯加入氢氧化镁填充阻燃聚丙烯体系，也可以使流动性能和冲击强度有效改善。可用于制备聚丙烯酸十八酯氢氧化镁阻燃聚丙烯材料。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明。
实施例1
(1)合成聚丙烯酸十八酯
在500ml三口瓶中加入0.5g聚乙烯醇1799，蒸馏水300ml，将温度升至95℃，开动搅拌，恒温搅拌约30分钟使聚乙烯醇完全溶解；加入0.06g十二烷基苯磺酸钠，降温至54℃后加入溶有过氧化二苯甲酰BPO的单体丙烯酸十八酯；控制升温速度，使体系在30～40分钟内升温至78℃并保持此温度恒定；反应进行到一小时左右加入0.06g聚乙烯醇1788，使反应再进行2小时后终止反应；将反应产物水洗，过滤，室温下鼓风烘干，得到细粒状固体聚丙烯酸十八酯，备用；
(2)将步骤(1)得到的聚丙烯酸十八酯与氢氧化铝分别按质量比3.5∶100、5.0∶100在高速混合机中混合5分钟后，加入聚丙烯和其他助剂继续混合10分钟；氢氧化铝与聚丙烯质量比为40∶100；其他助剂添加量，以聚丙烯100质量份计：硬脂酸2份，石蜡1份，抗氧剂1010(学名四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯)0.5份，抗氧剂DLTP(学名硫代二丙酸二月桂酯)0.5份；
(3)将上述得到的混合物投入双螺杆挤出机中塑化、造粒；得到聚丙烯酸十八酯改性氢氧化铝阻燃聚丙烯材料。继而投入注射机注射测试试样。
本实施例中，挤出机为CTE-35型同向双螺杆配混挤出机。
所用挤出机的工作参数如表1。
表1挤出机的工作参数
Figure G2010100333961D00041
注射机工作参数如表2。
表2注射机工作参数
Figure G2010100333961D00042
将得到的试样分别在CMT7104型微机控制电子万能试验机、XCF-4冲击试验机和XCB-150型熔体流动速率试验机上进行拉伸强度、冲击强度、熔体质量流动速率的测定；拉伸强度按GB/T1040-92测试；冲击强度按GB/T1843-93测试，熔体质量流动速率(MFR)按GB/T 3682-2000。
实施例1得到试样的力学性能数据(聚丙烯：石家庄联合炼化有限公司，液相本体法生产；氢氧化铝，分析纯，天津市博迪化工有限公司)见表3中编号3、编号4数据。
表3实施例1性能数据
Figure G2010100333961D00051
实施例2
(1)合成聚丙烯酸十八酯
在500ml三口瓶中加入0.3g聚乙烯醇1799，蒸馏水300ml，将温度升至95℃，开动搅拌，恒温搅拌约30分钟使聚乙烯醇完全溶解；加入0.05g十二烷基苯磺酸钠，降温至54℃后加入溶有过氧化二苯甲酰的丙烯酸十八酯；控制升温速度，使体系在30～40分钟内升温至78℃并保持此温度恒定；反应再进行3小时后，终止反应；将反应产物水洗，过滤，室温下鼓风烘干，得到粒状聚丙烯酸十八酯，备用；
(2)将步骤(1)得到的聚丙烯酸十八酯溶解在环己烷中(质量浓度10％)，然后将以上得到的溶液与氢氧化铝分别按聚丙烯酸十八酯与氢氧化铝质量比按2.0∶100、5.0∶100在高速混合机中混合5分钟后，加入聚丙烯和其他助剂继续混合10分钟；氢氧化铝与聚丙烯质量比为30∶100；再与聚丙烯粉料及助剂在高速混合机中混合10分钟，助剂添加量以聚丙烯100质量份计：硬脂酸2份，石蜡1份，抗氧剂1010(学名四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯)0.5份，抗氧剂DLTP(学名硫代二丙酸二月桂酯)0.5份。将以上混合物投入双螺杆挤出机塑化造粒，得到聚丙烯酸十八酯改性氢氧化铝阻燃聚丙烯材料。
继而投入注射机注射测试试样。挤出机和注射机工艺参数与实施例1相同；性能测试过程与依据标准与实施例1相同。测试后得到的试样的性能数据见表4。
表4实施例2性能数据
Figure G2010100333961D00061
实施例3
(1)在500ml三口瓶中加入聚乙烯醇1799 1.4g，蒸馏水300ml，搅拌升温度使1799完全溶解，加入0.06g十二烷基苯磺酸钠；降温至50℃，加入溶有过氧化二苯甲酰的丙烯酸十八酯单体，控制升温速度，使之在半小时左右升温到75℃，恒温反应3小时后终止反应。将反应产物水洗，过滤，室温下鼓风烘干，得到细粒状固体聚丙烯酸十八酯，备用；
(2)将步骤(1)得到的聚丙烯酸十八酯与氢氧化铝在高速混合机中混合5分钟后，与聚丙烯粉料及助剂在高速混合机中混合10分钟，助剂添加量以聚丙烯100质量份计：硬脂酸2份，石蜡1份，抗氧剂1010(学名四[β-(3，5-二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯)0.5份，抗氧剂DLTP(学名硫代二丙酸二月桂酯)0.5份。聚丙烯酸十八酯与氢氧化铝质量比分别选择3.5∶100和5∶100；氢氧化铝与聚丙烯质量比60∶100.将以上混合物投入双螺杆挤出机塑化造粒，得到聚丙烯酸十八酯改性氢氧化铝阻燃聚丙烯材料。
继而投入注射机注射测试试样。挤出机和注射机工艺参数与实施例1相同；性能测试过程与依据标准与实施例1相同。测试后得到的试样的性能数据见表5。
表5实施例3性能数据
Figure G2010100333961D00071

Claims (1)

1.聚丙烯酸十八酯在制备氢氧化铝阻燃聚丙烯材料中的应用，其特征在于包括以下步骤：
(1)合成聚丙烯酸十八酯
在装有搅拌装置的三口瓶中倾入溶解有聚乙烯醇1799和十二烷基苯磺酸钠的蒸馏水，向其中加入溶解了过氧化二苯甲酰(BPO)的丙烯酸十八酯，开动搅拌，升温至65～80℃，反应2.5～3.5小时，结束，反应产物经水洗、过滤，得到乳白色细粒状固体聚丙烯酸十八酯，备用；
(2)将步骤(1)得到的聚丙烯酸十八酯与氢氧化铝按质量比为2％～7％在高速混合机中混合5～10分钟，然后加入聚丙烯及其他助剂粉料继续混合5～15分钟，其中，氢氧化铝与聚丙烯的质量比为20％～70％；
(3)将步骤(2)得到的混合物投入挤出机中塑化、造粒，最后将前述得到的粒料投入注射机成型，得到聚丙烯酸十八酯改性氢氧化铝阻燃聚丙烯材料。
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