发明内容
针对上述存在问题,本发明的目的在于克服上述缺陷,提供一种由低熔点树脂切片、天然蛋白纤维粉体、协效阻燃剂经过熔融共混而成的阻燃树脂母料及其制备方法,为满足本发明目的的技术解决方案是:
一种含有天然蛋白纤维粉体的阻燃树脂母料,阻燃树脂母料由天然蛋白纤维粉体与协效阻燃剂复配形成的阻燃体系和低熔点树脂切片经过熔融共混而成,阻燃体系在阻燃树脂母料中为分散相,低熔点树脂切片为连续相,且三种组分占阻燃树脂母料的质量百分比如下:
天然蛋白纤维粉体 40-50%,
协效阻燃剂 20-30%,
低熔点树脂切片 20-40%。
含有天然蛋白纤维粉体的阻燃树脂母料的制备方法采用以下步骤:
A低熔点树脂切片和天然蛋白纤维粉体的干燥
将低熔点树脂切片和天然蛋白纤维粉体分别放入干燥箱中进行干燥,干燥温度为105℃,干燥时间为3h,得到干燥后的低熔点树脂切片和天然蛋白纤维粉体并分开放置备用;
B干燥后天然蛋白纤维粉体的表面改性
按照占阻燃树脂母料质量百分比为40-50%的比例,将经A制备的干燥后天然蛋白纤维粉体置于高速混合机内,并在其中添加占干燥后天然蛋白纤维粉体质量0.5-5%的相容剂,高速混合机的混合温度为60-80℃,混合时间为10-20min,得到表面改性后的改性天然蛋白纤维粉体;
C改性天然蛋白纤维粉体/协效阻燃剂阻燃体系的复配与干燥
经B得到的改性天然蛋白纤维粉体保留在高速混合机内,在其中添加占阻燃树脂母料质量百分比为20-30%的协效阻燃剂,高速混合机的混合温度为60-80℃,在高速混合机中搅拌10-20min进行复配,然后将高速混合机的混合温度提升至105℃,在高速混合机中搅拌1h后得到复配后的阻燃体系;
D低熔点树脂切片与阻燃体系的熔融共混与造粒
将经C制备的阻燃体系保留在高速混合机内,按照占阻燃树脂母料质量百分比为20-40%的比例在其中添加经A制备的干燥后低熔点树脂切片,高速混合机的混合温度为60-80℃,在高速混合机中搅拌10-20min后取出放入双螺杆挤出机中进行熔融共混,熔融共混温度为170-200℃,然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒,得到阻燃树脂母料。
由于采用了以上技术方案,本发明具有以下特点:
1天然蛋白纤维粉体富含C、N、S元素,同时还含有少量的P元素,其中N、S两种元素具有在高温条件下可以抢夺O元素的特性,并发生化学反应释放不燃气体,进而稀释燃烧材料周围的氧浓度,达到阻燃效果。另外,P元素具有在高温下形成自由基的能力,能够阻止燃烧氧化反应的进行,这也是为什么天然蛋白纤维,如羊毛、蚕丝、羽绒不易燃烧的原因。同时,由于拥有大量的C元素,天然蛋白纤维粉体的剩碳率可达20-35%。将超细蛋白纤维粉体和协效阻燃剂复配后形成新的既含N元素又含P元素的复配阻燃体系,根据协效阻燃剂的不同,可以复配成不同阻燃效果的阻燃体系,而且阻燃树脂母料中天然蛋白纤维粉体燃烧后可以在树脂中形成大量隔绝空气的碳层,不仅减弱了树脂的熔滴现象,而且达到阻燃的效果,因此可以放大协效阻燃剂的阻燃效果,降低协效阻燃剂的添加量。
2天然蛋白纤维粉体与协效阻燃剂进行复配,利用天然蛋白纤维粉体中富含的C、N、S、P元素与协效阻燃剂的相互配合形成新的阻燃体系,同现有阻燃体系相比,天然蛋白纤维粉体燃烧后可以在树脂中形成大量隔绝空气的碳层,增强了协效阻燃剂的阻燃效果。另外,溶液状协效阻燃剂是一种优良的阻燃剂,溶液阻燃剂中P元素含量高,但由于其在液体状态下不能填充到树脂中,而只能对树脂表面进行涂层来达到阻燃效果,这种方法只对薄膜和纤维有效。而天然蛋白纤维粉体具有强吸附性能,利用天然蛋白纤维粉体的强吸附性能对液体状阻燃剂进行充分的吸附并干燥,然后再填充到树脂基体中,达到阻燃效果。
3天然蛋白纤维粉体与协效阻燃剂复配后形成的阻燃体系,填充到树脂切片中制备阻燃树脂母料,可以降低协效阻燃剂在树脂切片中的填充量,改善阻燃树脂母料的相容性,提升阻燃树脂母料的力学性能。
本发明的含有天然蛋白纤维粉体的阻燃树脂母料的制备方法,制备工艺简单,无特殊设备要求,阻燃树脂母料采用天然蛋白纤维粉体与协效阻燃剂复配的阻燃体系,改变了传统的阻燃树脂母料需用大量阻燃剂的缺陷,其制造成本低,原料易得,操作控制方便,易于实现工业化生产。
具体实施方式
一种含有天然蛋白纤维粉体的阻燃树脂母料,阻燃树脂母料由天然蛋白纤维粉体与协效阻燃剂复配形成的阻燃体系和低熔点树脂切片经过熔融共混而成,阻燃体系在阻燃树脂母料中为分散相,低熔点树脂切片为连续相,且三种组分占阻燃树脂母料的质量百分比如下:
天然蛋白纤维粉体 40-50%,
协效阻燃剂 20-30%,
低熔点树脂切片 20-40%。
其中,所述的低熔点树脂切片为PE、PP、TPU、EVA、PVC或ABS中的一种,其熔融指数为1-100,所述的天然蛋白纤维粉体为羊毛、羽绒或蚕丝中的一种,粉体的平均粒径≤500μm,所述的协效阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、红磷、膨胀型石墨、聚磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸氢二铵或三聚氰胺中的一种。
阻燃树脂母料阻燃树脂母料的制备方法采用以下步骤:
A低熔点树脂切片和天然蛋白纤维粉体的干燥
将低熔点树脂切片和天然蛋白纤维粉体分别放入干燥箱中进行干燥,干燥温度为105℃,干燥时间为3h,得到干燥后的低熔点树脂切片和天然蛋白纤维粉体并分开放置备用;
B干燥后天然蛋白纤维粉体的表面改性
按照占阻燃树脂母料质量百分比为40-50%的比例,将经A制备的干燥后天然蛋白纤维粉体置于高速混合机内,并在其中添加占干燥后天然蛋白纤维粉体质量0.5-5%的相容剂,高速混合机的混合温度为60-80℃,混合时间为10-20min,得到表面改性后的改性天然蛋白纤维粉体;
C改性天然蛋白纤维粉体/协效阻燃剂阻燃体系的复配与干燥
经B得到的改性天然蛋白纤维粉体保留在高速混合机内,在其中添加占阻燃树脂母料质量百分比为20-30%的协效阻燃剂,高速混合机的混合温度为60-80℃,在高速混合机中搅拌10-20min进行复配,然后将高速混合机的混合温度提升至105℃,在高速混合机中搅拌1h后得到复配后的阻燃体系;
D低熔点树脂切片与阻燃体系的熔融共混与造粒
将经C制备的阻燃体系保留在高速混合机内,按照占阻燃树脂母料质量百分比为20-40%的比例在其中添加经A制备的干燥后低熔点树脂切片,高速混合机的混合温度为60-80℃,在高速混合机中搅拌10-20min后取出放入双螺杆挤出机中进行熔融共混,熔融共混温度为170-200℃,然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒,得到阻燃树脂母料。
所述的相容剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂或硬脂酸中的一种。
下面结合具体实施例对本发明的含有天然蛋白纤维粉体的阻燃树脂母料的制备方法做进一步详细描述:
实施例1
A将熔融指数为1的PP切片和平均粒径为500μm的超细羊毛粉体分别放入干燥箱中进行干燥,干燥温度为105℃,干燥时间为3h,得到干燥后的PP切片20g和超细羊毛粉体50g。
B将经A制备的50g干燥后的超细羊毛粉体置于高速混合机内,并在其中添加占干燥后天然羊毛粉体质量0.5%的硅烷偶联剂,高速混合机的混合温度为60℃,混合时间为20min,得到表面改性后的超细羊毛粉体。
C经B得到改性后的超细羊毛粉体保留在高速混合机内,在其中添加30g的氢氧化铝,高速混合机的混合温度为60℃,在高速混合机中搅拌20min进行复配,然后将高速混合机的混合温度提升至105℃,在高速混合机中搅拌1h后得到复配后的阻燃体系。
D将经C制备的阻燃体系保留在高速混合机内,在其中添加经A制备的20g干燥后的PP切片,高速混合机的混合温度为60℃,在高速混合机中搅拌10min后取出放入双螺杆挤出机中进行熔融共混,熔融共混温度为200℃,然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒,得到PP为20g、超细羊毛粉体为50g、氢氧化铝为30g的阻燃树脂母料。经测试,由该阻燃树脂母料与通用PP制备的专用树脂产品的燃烧等级为V-0级,极限氧指数为23.5。
实施例2
A将熔融指数为20的PE切片和平均粒径为300μm的超细羽绒粉体分别放入干燥箱中进行干燥,干燥温度为105℃,干燥时间为3h,得到干燥后的PE切片35g和超细羽绒粉体45g。
B将经A制备的45g干燥后的超细羽绒粉体置于高速混合机内,并在其中添加占干燥后天然羽绒粉体质量1.0%的钛酸酯偶联剂,高速混合机的混合温度为80℃,混合时间为10min,得到表面改性后的超细羽绒粉体。
C经B得到改性后的超细羽绒粉体保留在高速混合机内,在其中添加20g的氢氧化镁,高速混合机的混合温度为65℃,在高速混合机中搅拌18min进行复配,然后将高速混合机的混合温度提升至105℃,在高速混合机中搅拌1h后得到复配后的阻燃体系。
D将经C制备的阻燃体系保留在高速混合机内,在其中添加经A制备的35g干燥后的PE切片,高速混合机的混合温度为70℃,在高速混合机中搅拌15min后取出放入双螺杆挤出机中进行熔融共混,熔融共混温度为170℃,然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒,得到PE为35g、超细羽绒粉体为45g、氢氧化镁为20g的阻燃树脂母料。经测试,由该阻燃树脂母料与通用PE制备的专用树脂产品的燃烧等级为V-0级,极限氧指数为23。
实施例3
A将熔融指数为40的TPU切片和平均粒径为100μm的超细蚕丝粉体分别放入干燥箱中进行干燥,干燥温度为105℃,干燥时间为3h,得到干燥后的TPU切片40g和超细蚕丝粉体40g。
B将经A制备的40g干燥后的超细蚕丝粉体置于高速混合机内,并在其中添加占干燥后天然蚕丝粉体质量2.5%的硬脂酸,高速混合机的混合温度为70℃,混合时间为15min,得到表面改性后的超细蚕丝粉体。
C经B得到改性后的超细蚕丝粉体保留在高速混合机内,在其中添加20g的红磷,高速混合机的混合温度为70℃,在高速混合机中搅拌15min进行复配,然后将高速混合机的混合温度提升至105℃,在高速混合机中搅拌1h后得到复配后的阻燃体系。
D将经C制备的阻燃体系保留在高速混合机内,在其中添加经A制备的40g干燥后的TPU切片,高速混合机的混合温度为80℃,在高速混合机中搅拌20min后取出放入双螺杆挤出机中进行熔融共混,熔融共混温度为180℃,然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒,得到TPU为40g、超细蚕丝粉体为40g、红磷为20g的阻燃树脂母料。经测试,由该阻燃树脂母料与通用TPU制备的专用树脂产品的燃烧等级为V-0级,极限氧指数为24。
实施例4
A将熔融指数为60的EVA切片和平均粒径为50μm的超细羊毛粉体分别放入干燥箱中进行干燥,干燥温度为105℃,干燥时间为3h,得到干燥后的EVA切片20g和超细羊毛粉体50g。
B将经A制备的50g干燥后的超细羊毛粉体置于高速混合机内,并在其中添加占干燥后天然羊毛粉体质量3.0%的铝酸酯偶联剂,高速混合机的混合温度为65℃,混合时间为20min,得到表面改性后的超细羊毛粉体。
C经B得到改性后的超细羊毛粉体保留在高速混合机内,在其中添加30g的膨胀型石墨,高速混合机的混合温度为75℃,在高速混合机中搅拌13min进行复配,然后将高速混合机的混合温度提升至105℃,在高速混合机中搅拌1h后得到复配后的阻燃体系。
D将经C制备的阻燃体系保留在高速混合机内,在其中添加经A制备的20g干燥后的EVA切片,高速混合机的混合温度为65℃,在高速混合机中搅拌10min后取出放入双螺杆挤出机中进行熔融共混,熔融共混温度为190℃,然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒,得到EVA为20g、超细羊毛粉体为50g、膨胀型石墨为30g的阻燃树脂母料。经测试,由该阻燃树脂母料与通用EVA制备的专用树脂产品的燃烧等级为V-0级,极限氧指数为23.5。
实施例5
A将熔融指数为80的PVC切片和平均粒径为20μm的超细羽绒粉体分别放入干燥箱中进行干燥,干燥温度为105℃,干燥时间为3h,得到干燥后的PVC切片35g和超细羽绒粉体45g。
B将经A制备的45g干燥后的超细羽绒粉体置于高速混合机内,并在其中添加占干燥后天然羽绒粉体质量4.5%的硅烷偶联剂,高速混合机的混合温度为75℃,混合时间为10min,得到表面改性后的超细羽绒粉体。
C经B得到改性后的超细羽绒粉体保留在高速混合机内,在其中添加20g的聚磷酸铵,高速混合机的混合温度为80℃,在高速混合机中搅拌10min进行复配,然后将高速混合机的混合温度提升至105℃,在高速混合机中搅拌1h后得到复配后的阻燃体系。
D将经C制备的阻燃体系保留在高速混合机内,在其中添加经A制备的35g干燥后的PVC切片,高速混合机的混合温度为75℃,在高速混合机中搅拌15min后取出放入双螺杆挤出机中进行熔融共混,熔融共混温度为180℃,然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒,得到PVC为35g、超细羽绒粉体为45g、聚磷酸铵为20g的阻燃树脂母料。经测试,由该阻燃树脂母料与通用PVC制备的专用树脂产品的燃烧等级为V-0级,极限氧指数为42.5。
实施例6
A将熔融指数为100的ABS切片和平均粒径为10μm的超细蚕丝粉体分别放入干燥箱中进行干燥,干燥温度为105℃,干燥时间为3h,得到干燥后的ABS切片40g和超细蚕丝粉体40g。
B将经A制备的40g干燥后的超细蚕丝粉体置于高速混合机内,并在其中添加占干燥后天然蚕丝粉体质量5.0%的硬脂酸,高速混合机的混合温度为80℃,混合时间为15min,得到表面改性后的超细蚕丝粉体。
C经B得到改性后的超细蚕丝粉体保留在高速混合机内,在其中添加20g的磷酸氢二铵,高速混合机的混合温度为60℃,在高速混合机中搅拌20min进行复配,然后将高速混合机的混合温度提升至105℃,在高速混合机中搅拌1h后得到复配后的阻燃体系。
D将经C制备的阻燃体系保留在高速混合机内,在其中添加经A制备的40g干燥后的ABS切片,高速混合机的混合温度为60℃,在高速混合机中搅拌20min后取出放入双螺杆
挤出机中进行熔融共混,熔融共混温度为200℃,然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒,得到ABS为40g、超细蚕丝粉体为40g、磷酸氢二铵为20g的阻燃树脂母料。经测试,由该阻燃树脂母料与通用ABS制备的专用树脂产品的燃烧等级为V-0级,极限氧指数为22.5。
实施例7
A将熔融指数为30的PE切片和平均粒径为5μm的超细羊毛粉体分别放入干燥箱中进行干燥,干燥温度为105℃,干燥时间为3h,得到干燥后的PE切片40g和超细羊毛粉体45g。
B将经A制备的45g干燥后的超细羊毛粉体置于高速混合机内,并在其中添加占干燥后天然羊毛粉体质量1.5%的硅烷偶联剂,高速混合机的混合温度为65℃,混合时间为20min,得到表面改性后的超细羊毛粉体。
C经B得到改性后的超细羊毛粉体保留在高速混合机内,在其中添加15g的磷酸二氢铵,高速混合机的混合温度为70℃,在高速混合机中搅拌15min进行复配,然后将高速混合机的混合温度提升至105℃,在高速混合机中搅拌1h后得到复配后的阻燃体系。
D将经C制备的阻燃体系保留在高速混合机内,在其中添加经A制备的40g干燥后的PE切片,高速混合机的混合温度为80℃,在高速混合机中搅拌10min后取出放入双螺杆挤出机中进行熔融共混,熔融共混温度为170℃,然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒,得到PE为40g、超细羊毛粉体为45g、磷酸二氢铵为15g的阻燃树脂母料。经测试,由该阻燃树脂母料与通用PE制备的专用树脂产品的燃烧等级为V-0级,极限氧指数为23.5。
实施例8
A将熔融指数为50的TPU切片和平均粒径为1μm的超细羽绒粉体分别放入干燥箱中进行干燥,干燥温度为105℃,干燥时间为3h,得到干燥后的TPU切片20g和超细羽绒粉体50g。
B将经A制备的50g干燥后的超细羽绒粉体置于高速混合机内,并在其中添加占干燥后天然羽绒粉体质量2.0%的钛酸酯偶联剂,高速混合机的混合温度为70℃,混合时间为10min,得到表面改性后的超细羽绒粉体。
C经B得到改性后的超细羽绒粉体保留在高速混合机内,在其中添加30g的三聚氰胺,高速混合机的混合温度为65℃,在高速混合机中搅拌18min进行复配,然后将高速混合机的混合温度提升至105℃,在高速混合机中搅拌1h后得到复配后的阻燃体系。
D将经C制备的阻燃体系保留在高速混合机内,在其中添加经A制备的20g干燥后的TPU切片,高速混合机的混合温度为70℃,在高速混合机中搅拌15min后取出放入双螺杆挤出机中进行熔融共混,熔融共混温度为180℃,然后将熔融共混后的混合料进行造粒、冷却和切粒,得到TPU为20g、超细羽绒粉体为50g、三聚氰胺为30g的阻燃树脂母料。经测试,由该阻燃树脂母料与通用TPU制备的专用树脂产品的燃烧等级为V-0级,极限氧指数为22.5。