CN102492218A - 一种无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开的一种无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料,该聚丙烯材料是由按质量百分比计的聚丙烯树脂40%-74%、无卤膨胀型阻燃剂15%-30%、阻燃协效剂0%-6%、玻璃纤维5%-30%、填充剂0%-20%、相容剂5%-15%、成核剂0.2%-0.6%、抗氧剂0.3%-1%、润滑剂0.5%-2%制得。本发明公开的阻燃玻纤增强聚丙烯材料因无卤阻燃剂添加量少,阻燃效果好,且复配的阻燃协效剂,不影响树脂的性能,而且可以提高材料的阻燃性且能降低成本,复配的阻燃剂产品在长期存放表面不析出,解决了阻燃产长期存放析出的缺点,真正意义上做到了无卤、环保、性能优异且可长期使用。

Description

一种无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料领域,特别涉及一种无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料的制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)因其优异的综合性能、质轻价廉、来源广泛、易于成型加工等特点而成为最为重要的通用塑料之一,近几年发展极其迅猛,广泛用于汽车工业、家电工业、电子仪表工业。但聚丙烯极易燃烧,其氧指数仅仅17.0%-18.0%,着火后不能熄灭,因而必须对其进行阻燃改性,才能扩宽其应用领域。
聚丙烯的阻燃改性主要是通过加入阻燃剂是材料在燃烧时发生系列物理化学反应而达到阻燃目的,用于聚丙烯的阻燃剂通常分为两大类,分别为卤系阻燃剂和无卤阻燃剂。随着人类对材料要求和环保意识的提高,这就要求聚丙烯材料不仅要性能优异且有利于环保阻燃。
通过研究表明,溴系阻燃剂在燃烧过程中会释放出一种致癌物质,严重危害人类的健康,因此,以欧盟为代表的许多国家和地区已经明确颁布法令禁止该类阻燃剂及其对应阻燃产品的生产和使用。鉴于此,无卤阻燃技术近年来得到了快速的发展,主要通过添加金属氢氧化物、红磷、有机硅系阻燃剂、P-N膨胀型阻燃剂来提高聚丙烯的阻燃性能。金属氢氧化物与树脂结合性差,添加量高,会降低聚合物的机械性能,不利于聚合物的加工;红磷易吸潮、氧化、并放出剧毒的气体,粉尘易爆炸,呈深红色,因此使用受到很大的限制;有机硅系阻燃剂成本较高;而膨胀型阻燃剂因添加量相对较少,对PP机械性能及加工性能影响较小而倍受市场关注。
发明内容
本发明的目的是针对现有的阻燃PP以及他们的玻纤增强产品存在的问题,提供一种复配的无卤膨胀阻燃剂阻燃的聚丙烯材料。
为了解决上述技术问题,本发明采用的技术方案是,一种无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料,该材料是由以下组分,经熔融共混制得:
Figure BDA0000113905450000021
其所述PP树脂为均聚PP,且组分的含量为质量百分含量。
无卤膨胀型阻燃剂由平均聚合度≥400的高聚磷酸铵、三聚氰胺及其衍生物、磷酸酯或尿素、三嗪类齐聚物成碳剂加偶联剂复配而成,其聚磷酸铵、三聚氰胺及其衍生物、磷酸酯或尿素、三嗪类齐聚物成碳剂的质量分数比例范围为:
聚磷酸铵∶三聚氰胺及其衍生物∶磷酸酯或尿素∶三嗪类齐聚物成碳剂=15-25∶10-20∶10-20∶5-15
先将以上比例的聚磷酸铵、三聚氰胺及其衍生物、磷酸酯或尿素、三嗪类齐聚物成碳剂混合,再加入1%-3%的偶联剂混合均匀。
阻燃协效剂为蒙脱土、改性蒙脱土、膨润土、分子筛、海泡石、硅藻土、金属氧化物、金属盐或者双羟基氧化物的任意一种。
以上材料中所述的玻璃纤维为直径是6-15微米的玻璃纤维。
以上材料所述的填充剂为粒径400-2000目的滑石粉,而且滑石粉为粒径400-2000目中某一目的滑石粉单独使用或者将不同粒径的滑石粉级配而成。
以上材料中所述的成核剂为山糖醇衍生物类、有机羧酸及其盐类、二芳基膦金属盐类、松香酸及其盐类。
以上材料中所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
以上材料中所述的抗氧剂为1-3∶1的抗氧剂1010和抗氧剂168复配的抗氧剂。
以上材料中所述的润滑剂为为白矿油、硬脂酰胺类润滑剂、硬脂酸类润滑剂、PE蜡、PP蜡、OP蜡、EVA蜡中的一种或几种的混合物。
本发明提供的材料制备方法,包括以下步骤:
(1)按质量百分比称取PP树脂、无卤膨胀型阻燃剂、阻燃协效剂、玻璃纤维、成核剂、相容剂、抗氧剂、润滑剂,将上述称取的成分预先在高速混料机中充分混匀。
(2)将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤出、造粒,其挤出工艺为:
一区温度为170-190℃;二区温度为170-190℃;三区温度为170-190℃;四区温度为170-190℃;五区温度为170-190℃;六区温度为170-190℃;七区温度为170-190℃;八区温度为170-190℃;机头温度为170-210℃;物料在双螺杆挤出机中停留时间为1-2min;熔体压力3.0-4.0MPa,真空度-0.03-0.06MPa。
本发明具有以下优点:
1.由于本发明提供的无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料中添加的阻燃剂为无卤膨胀型阻燃剂,因而在使用过程中无有毒的卤素气体释放,特别是在燃烧过程中释放的有毒害气体对人体造成伤害和对环境造成污染。
2.由于本发明添加的无卤膨胀型阻燃剂的热稳定性好,特别是高聚合度的聚磷酸铵,因而不仅与成碳剂配合使用阻燃效率高,且与PP树脂相容性好,加工性能优良。
3.本发明提供的无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料不仅阻燃性能好,而且具有优良的力学性能。
4.本发明提供的无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料不仅阻燃性能和力学性能好,而且尺寸稳定性好,低翘曲变形。
5.本发明提供的无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料可以复配阻燃协效剂,而且本发明提供的阻燃协效剂在聚合物中分散良好,使得聚丙烯树脂的机械性能得以增强。
6.本发明提供的无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料在燃烧过程中,阻燃协效剂在燃烧过程中起到了很好的阻隔作用,并且可催化主体阻燃剂形成更加致密的碳层,因而阻燃效果更好。
具体实施方式
为了更好地理解本发明,下面通过实施例对本发明进行具体描述:
实施例1:
1)先将聚磷酸铵、三聚氰胺及其衍生物、磷酸酯或尿素、三嗪类齐聚物成碳剂(质量比为15∶10∶10∶5)放入高速混合机中混合均匀,再将2%的偶联剂继续与高速混合机中混合均匀,复配成无卤阻燃剂。
2)按质量百分比称取PP树脂(70%)、无卤膨胀型阻燃剂(20%)、阻燃协效剂(1%)、成核剂(0.2%)、相容剂(8%)、抗氧剂(0.3%)、润滑剂(0.5%),将上述称取的成分预先在高速混料机中充分混匀。
3)的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤出、造粒,其挤出工艺为:一区温度为170-190℃;二区温度为170-190℃;三区温度为170-190℃;四区温度为170-190℃;五区温度为170-190℃;六区温度为170-190℃;七区温度为170-190℃;八区温度为170-190℃;机头温度为170-210℃;物料在双螺杆挤出机中停留时间为1-2min;熔体压力3.0-4.0MPa,真空度-0.03-0.06MPa。上述实施例1为对比例,没有玻璃纤维。
实施例2:
1)先将聚磷酸铵、三聚氰胺及其衍生物、磷酸酯或尿素、三嗪类齐聚物成碳剂(质量比为15∶10∶10∶5)放入高速混合机中混合均匀,再将2%的偶联剂继续与高速混合机中混合均匀,复配成无卤阻燃剂。
2)按质量百分比称取PP树脂(50%)、无卤膨胀型阻燃剂(20%)、阻燃协效剂(1%)、玻璃纤维(10%)、滑石粉(10%)、成核剂(0.2%)、相容剂(8%)、抗氧剂(0.3%)、润滑剂(0.5%),将上述称取的成分预先在高速混料机中充分混匀。
3)的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤出、造粒,其挤出工艺为:一区温度为170-190℃;二区温度为170-190℃;三区温度为170-190℃;四区温度为170-190℃;五区温度为170-190℃;六区温度为170-190℃;七区温度为170-190℃;八区温度为170-190℃;机头温度为170-210℃;物料在双螺杆挤出机中停留时间为1-2min;熔体压力3.0-4.0MPa,真空度-0.03-0.06MPa。
实施例3:
1)先将聚磷酸铵、三聚氰胺及其衍生物、磷酸酯或尿素、三嗪类齐聚物成碳剂(质量比为15∶10∶10∶5)放入高速混合机中混合均匀,再将2%的偶联剂继续与高速混合机中混合均匀,复配成无卤阻燃剂。
2)按质量百分比称取PP树脂(45%)、无卤型阻燃剂(20%)、阻燃协效剂(1%)、玻璃纤维(15%)、滑石粉(10%)、成核剂(0.2%)、相容剂(8%)、抗氧剂(0.3%)、润滑剂(0.5%),将上述称取的成分预先在高速混料机中充分混匀。
3)的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤出、造粒,其挤出工艺为:
一区温度为170-190℃;二区温度为170-190℃;三区温度为170-190℃;四区温度为170-190℃;五区温度为170-190℃;六区温度为170-190℃;七区温度为170-190℃;八区温度为170-190℃;机头温度为170-210℃;物料在双螺杆挤出机中停留时间为1-2min;熔体压力3.0-4.0MPa,真空度-0.03-0.06MPa。
实施例4:
1)先将聚磷酸铵、三聚氰胺及其衍生物、磷酸酯或尿素、三嗪类齐聚物成碳剂(质量比为15∶10∶10∶5)放入高速混合机中混合均匀,再将2%的偶联剂继续与高速混合机中混合均匀,复配成无卤阻燃剂。
2)按质量百分比称取PP树脂(40%)、无卤型阻燃剂(20%)、阻燃协效剂(1%)、玻璃纤维(20%)、滑石粉(10%)、成核剂(0.2%)、相容剂(8%)、抗氧剂(0.3%)、润滑剂(0.5%),将上述称取的成分预先在高速混料机中充分混匀。
3)的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤出、造粒,其挤出工艺为:一区温度为170-190℃;二区温度为170-190℃;三区温度为170-190℃;四区温度为170-190℃;五区温度为170-190℃;六区温度为170-190℃;七区温度为170-190℃;八区温度为170-190℃;机头温度为170-210℃;物料在双螺杆挤出机中停留时间为1-2min;熔体压力3.0-4.0MPa,真空度-0.03-0.06MPa。
根据国家标准,将粒料加工成测试力学性能、阻燃性能的样条,测定的力学性能和氧指数如附表:
Figure BDA0000113905450000071
从表可以看出,材料的阻燃性能达到V0,该材料具有优异的阻燃性能;通过与玻璃纤维的复合,在聚丙烯中添加相容剂,以改善复合体系的相容性和界面粘结能力,大幅度的提高了材料的力学性能。通过加入填充,增强了其尺寸稳定性和耐翘曲性能。

Claims (10)

1.一种无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料,该材料是由以下组分,经熔融共混制得:
Figure FDA0000113905440000011
其所述PP树脂为均聚PP,上面组分的含量为质量百分含量。
2.根据权利要求1所述的无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述的无卤膨胀型阻燃剂由平均聚合度≥400的高聚磷酸铵、三聚氰胺及其衍生物、磷酸酯或尿素、三嗪类齐聚物成碳剂加偶联剂复配而成,其中:高聚磷酸铵、三聚氰胺及其衍生物、磷酸酯或尿素、三嗪类齐聚物成碳剂的质量比例份数范围为:
高聚磷酸铵∶三聚氰胺及其衍生物∶磷酸酯或尿素∶三嗪类齐聚物成碳剂分别为∶15-25∶10-20∶10-20∶5-15;
其制备方法为:
先将以上比例的高聚磷酸铵、三聚氰胺及其衍生物、磷酸酯或尿素、三嗪类齐聚物成碳剂搅拌混合均匀,再加入1%-3%质量的偶联剂混合均匀,所用偶联剂为铝酸酯偶联剂或者硅烷偶联剂的任一种。其中铝酸酯偶联剂选自二(二辛基磷酰氧基)钛酸异丙酯、三(十二烷基苯磺酰基)钛酸异丙酯、二(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯、三(二辛基焦磷酰氧基)钛酸异丙酯、二(亚磷酸二辛酯基)钛酸异丙酯或复合型单烷基钛酸酯;硅烷偶联剂选自KH-550、KH-560、KH-570。
3.根据权利要求1所述的无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述的阻燃协效剂为蒙脱土、改性蒙脱土、膨润土、分子筛、海泡石、硅藻土、金属氧化物、金属盐或者双羟基氧化物的任意一种。
4.根据权利要求1所述的无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述的玻璃纤维为直径是6-15微米的玻璃纤维。
5.根据权利要求1所述的无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述的填充剂为粒径400-2000目的滑石粉,滑石粉为粒径400-2000目中某一目的滑石粉单独使用或者将不同的滑石粉级配而成。
6.根据权利要求1所述的无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述的成核剂为山糖醇衍生物类、有机羧酸及其盐类、二芳基膦金属盐类、松香酸及其盐类的一种或者几种复配而成。
7.根据权利要求1所述的无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
8.根据权利要求1所述的无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述的抗氧剂为1-3∶1的抗氧剂1010和抗氧剂168复配的抗氧剂。
9.根据权利要求1所述的无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料,其特征在于:所述的润滑剂为白矿油、硬脂酰胺类润滑剂、硬脂酸类润滑剂、PE蜡、PP蜡、OP蜡、EVA蜡中的一种或几种的混合物。
10.根据权利要求1-9任一项所述的无卤膨胀型阻燃玻纤增强聚丙烯材料的制备方法,其特征在于:
(1)按质量百分比称取PP树脂、无卤膨胀型阻燃剂、阻燃协效剂、玻璃纤维、成核剂、相容剂、抗氧剂、润滑剂,将上述称取的成分预先在高速混料机中充分混匀;
(2)将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤出、造粒,其挤出工艺为
一区温度为170-190℃;二区温度为170-190℃;三区温度为170-190℃;四区温度为170-190℃;五区温度为170-190℃;六区温度为170-190℃;七区温度为170-190℃;八区温度为170-190℃;机头温度为170-210℃;物料在双螺杆挤出机中停留时间为1-2min;熔体压力3.0-4.0MPa,真空度-0.03-0.06MPa。
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