CN102276919B - 一种阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及了一种阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，复合材料由下列组分按重量份数组成：均聚聚丙烯65-78、微胶囊化红磷3-8、硼酸锌2-15、偏铝酸钠2-20、热稳定剂0.3-1、防滴落剂0.1-1.5、抗氧剂0.1-0.3。该聚丙烯复合材料由于红磷、硼、铝、锌的协同效应，具有良好的阻燃性，并且燃烧时具有低烟、无毒、无熔滴、绿色环保的特点，减小了对环境的污染和对人体的危害。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

一种阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型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
聚丙烯是一种综合性能优良的热塑性塑料，由于聚丙烯的易燃性限制了它在许多领域的应用。目前市场上的阻燃聚丙烯大多数仍采用卤/锑阻燃体系，由于欧盟颁布了《RoHS指令》，所以无卤环保型阻燃聚丙烯的市场前景非常广阔。
红磷因为仅含有阻燃元素磷，所以比其他磷系阻燃剂的阻燃效率高。但是红磷颗粒易与氧及水接触而产生磷化氢而失去阻燃效果，也容易由于热和冲击引起自燃。红磷在水气存在下被氧化成粘性的含氧酸，这类酸在加速脱水炭化和减少挥发性可燃物质功能上有所欠缺，急需其他物质的引入提高其阻燃效果，从而达到协同效应。
发明内容
本发明的目的是提供一种阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，旨在克服现有技术的不足，不仅能够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。
为了达到上述目的，本发明的阻燃聚丙烯复合材料，由下列组分按重量份数组成：均聚聚丙烯65-78、微胶囊化红磷3-8、硼酸锌2-15、偏铝酸钠2-20、热稳定剂0.3-1、防滴落剂0.1-1.5、抗氧剂0.1-0.3。
本发明的阻燃聚丙烯复合材料，由下列组分按重量份数组成：均聚聚丙烯70-75、微胶囊化红磷5-7、硼酸锌5-8、偏铝酸钠9-15、热稳定剂0.3-1、防滴落剂0.1-1.5、抗氧剂0.1-0.3。
优选的阻燃聚丙烯复合材料，由下列组分按重量份数组成：均聚聚丙烯73.5、微胶囊化红磷7、硼酸锌5、偏铝酸钠12、热稳定剂1、防滴落剂1.2、抗氧剂0.3。
前述阻燃聚丙烯材料，热稳定剂为二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡，防滴落剂为聚四氟乙烯，抗氧剂1010为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯。
本发明阻燃聚丙烯复合材料制备方法的包括以下步骤：
（1）、微胶囊化红磷的制备：在将红磷悬浮于硼酸溶液中，加入氧化锌，加热蒸发水分，使生成的硼酸锌沉积在红磷表面并形成均一而致密的包覆层，
(2)、按份数称取均聚聚丙烯65-78、微胶囊化红磷3-8、硼酸锌2-15、偏铝酸钠2-20、热稳定剂0.3-1、防滴落剂0.1-1.5、抗氧剂0.1-0.3；
(3)、在高速混合机中混合3-5分钟；
(4)、将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤出、造粒，将上述原料预混后在长径比为48，分九区控温的双螺杆挤出机中进行挤出造粒，一至九区加工温度依次为：200℃，195℃，190℃，195℃，200℃，205℃，195℃，200℃，205℃，机头温度210℃，螺杆转速45-60r/min，喂料频率5-8 Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03至-0.06MPa。
本发明的无卤阻燃聚丙复合材料与已有技术相比，具有突出的实质性特点和显著进步：首先微胶囊化是稳定红磷的有效方法，微胶囊化红磷与普通红磷相比，不仅保持了原有红磷的优点，而且更具有实用性，其次它的阻燃效率高，对制品的物理、机械性能影响小，且能赋予被阻燃材料较好的冲击性能，能改善阻燃剂和树脂的相容性，可使红磷均匀地分散在树脂中，最后，热稳定性好，可用于改善某些需高温加工成型的高聚物制品。
红磷在水气存在下被氧化成粘性的含氧酸，这类酸在加速脱水炭化和减少挥发性可燃物质功能上有所欠缺，所以我们引入了含有铝、硼、锌元素的物质。铝元素的引入加快了磷含氧酸脱水炭化；硼元素减少挥发性可燃物质的生成，并且有抑烟的作用；锌在促进成炭的同时使炭层的强度得到了提高，能够承受更高的气体压力，可燃性气体难以透过炭层参与燃烧，这样就有效地延缓了火焰的蔓延和传播。所以红磷、硼、铝、锌之间具有完美的协同效应，四者相互促进，更好地发挥各自的阻燃机制，产生更好的阻燃效果。
具体实施方式
实施方式及样品中的性能测试方法：
拉伸强度按GB/T1040-2006标准进行检验，拉伸速度为5mm/s；
弯曲强度和弯曲模量按GB/T9341-2008标准进行检验。试样尺寸(mm)：(80士2)×(10士0.2)×(4士0.2)，弯曲速度为20mm/min；
以下数值的测试方式：
缺口冲击强度按GB/T1843-2008标准进行检验。试样尺寸(mm)：(80士2)×(10士0.2)×(4士0.2)，缺口底部半径(mm)0.25士0.05，缺口保留厚度(mm)8.0士0.2。
热变形温度按GB/T1634-2004标准进行检验。施加的弯曲应力0.45MPa。
燃烧性按GB／T2408-2008标准进行检验。
氧指数按GB／T2406-2009标准进行检验。
实施例1
在高速混合机中将由下列组分按重量份数组成组分混合3-5分钟：均聚聚丙烯73.5、微胶囊化红磷7、硼酸锌5、偏铝酸钠12、热稳定剂1、防滴落剂1.2、抗氧剂0.3。其中微胶囊化红磷的制备：在将红磷悬浮于硼酸溶液中，加入氧化锌，加热蒸发水分，使生成的硼酸锌沉积在红磷表面并形成均一而致密的包覆层；将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤出、造粒，将上述原料预混后在长径比为48，分九区控温的双螺杆挤出机中进行挤出造粒，一至九区加工温度依次为：200℃，195℃，190℃，195℃，200℃，205℃，195℃，200℃，205℃，机头温度210℃，螺杆转速45r/min，喂料频率5Hz，熔体压力3.0MPa，真空度-0.03MPa，成型加工的试样的性能测试结果见表1所示。     
实施例2
阻燃聚丙烯复合材料由下列组分的重量份组成：均聚聚丙烯68、微胶囊化红磷6、硼酸锌9、偏铝酸钠14.5、热稳定剂1、防滴落剂1.2、抗氧剂0.3，其中微胶囊化红磷的制备：在将红磷悬浮于硼酸溶液中，加入氧化锌，加热蒸发水分，使生成的硼酸锌沉积在红磷表面并形成均一而致密的包覆层；将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤出、造粒，将上述原料预混后在长径比为48，分九区控温的双螺杆挤出机中进行挤出造粒，一至九区加工温度依次为：200℃，195℃，190℃，195℃，200℃，205℃，195℃，200℃，205℃，机头温度210℃，螺杆转速60r/min，喂料频率8 Hz，熔体压力4.0MPa，真空度0.06MPa，成型加工的试样的性能测试结果见表1所示。     
实施例3
阻燃聚丙烯复合材料由下列组分的重量份组成：均聚聚丙烯78、微胶囊化红磷5、硼酸锌3、偏铝酸钠11.5、热稳定剂1、防滴落剂1.2、抗氧剂0.3，其中微胶囊化红磷的制备：在将红磷悬浮于硼酸溶液中，加入氧化锌，加热蒸发水分，使生成的硼酸锌沉积在红磷表面并形成均一而致密的包覆层；将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤出、造粒，将上述原料预混后在长径比为48，分九区控温的双螺杆挤出机中进行挤出造粒，一至九区加工温度依次为：200℃，195℃，190℃，195℃，200℃，205℃，195℃，200℃，205℃，机头温度210℃，螺杆转速50r/min，喂料频率7 Hz，熔体压力3.5MPa，真空度-0.04MPa，成型加工的试样的性能测试结果见表1所示。     
为了体现出红磷、硼酸锌、偏铝酸钠之间的协同效应，我们在对比试样组分中不加硼酸锌、偏铝酸钠，对比样品中除了组分及其重量份数不同外，此外1号样品的红磷没有胶囊化，在制备过程中也没有红磷微胶囊化的制备过程，成分及配比按下述1、2号样品组成，其他制备方法按实施例1中的方法实施，将所得样品按照同样测定方式进行性能测试，进行了对比试验，测试结果见表1所示。
号样品：聚丙烯73.5、红磷24、热稳定剂1、防滴落剂1.2、抗氧剂0.3。
号样品：聚丙烯73.5、微胶囊化红磷24、热稳定剂1、防滴落剂1.2、抗氧剂0.3。
表1  试样性能测试结果对比 
Figure 2011102248224100002DEST_PATH_IMAGE001
从实验数据可以看出，红磷微胶囊化后，实施例的阻燃效果和力学性能与样品相比都得到提升，说明微胶囊化后改善了阻燃剂和树脂的相容性，可使红磷均匀地分散在树脂中。微胶囊化红磷与硼酸锌、偏铝酸钠配合使用，虽然力学性能稍有下降，但是燃烧性由UL94V-1变为UL94V-0，氧指数升高，说明微胶囊化红磷与硼酸锌、偏铝酸钠之间具有较好的协同效应。

Claims (6)

1.一种阻燃聚丙烯复合材料，由下列组分按重量份数组成：均聚聚丙烯65-78、微胶囊化红磷3-8、硼酸锌2-15、偏铝酸钠2-20、热稳定剂0.3-1、防滴落剂0.1-1.5、抗氧剂0.1-0.3。
2.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于所述组分按下列重量份数组成：均聚聚丙烯70-75、微胶囊化红磷5-7、硼酸锌5-8、偏铝酸钠9-15、热稳定剂0.3-1、防滴落剂0.1-1.5、抗氧剂0.1-0.3。
3.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于所述组分按下列重量份数组成：均聚聚丙烯73.5、微胶囊化红磷7、硼酸锌5、偏铝酸钠12、热稳定剂1、防滴落剂1.2、抗氧剂0.3。
4.根据权利要求1-3任一所述的阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于所述的热稳定剂为二巯基乙酸异辛酯二正辛基锡，防滴落剂为聚四氟乙烯，抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸酯]季戊四醇酯。
5.根据权利要求1-3任一所述的阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于所述的微胶囊化红磷特征为红磷含量为87%，白磷含量≤0.004%，游离酸≤0.2，密度2.2g/cm3，装填密度0.8g/cm3。
6.根据权利要求1-3任一所述的一种阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)、微胶囊化红磷的制备：在将红磷悬浮于硼酸溶液中，加入氧化锌，加热蒸发水分，使生成的硼酸锌沉积在红磷表面并形成均一而致密的包覆层；
(2)、按份数称取均聚聚丙烯、微胶囊化红磷、硼酸锌、偏铝酸钠、热稳定剂、防滴落剂、抗氧剂；
(3)、在高速混合机中混合3-5分钟；
(4)、将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤出、造粒，将上述原料预混后在长径比为48，分九区控温的双螺杆挤出机中进行挤出造粒，一至九区加工温度依次为：200℃，195℃，190℃，195℃，200℃，205℃，195℃，200℃，205℃，机头温度210℃，螺杆转速45-60r/min，喂料频率5-8Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03至-0.06MPa。
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