CN102558669A

CN102558669A - 无卤阻燃增强聚丙烯复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN102558669A
Application number: CN2010106131732A
Authority: CN
Inventors: 杨泽; 夏建盟; 何威; 邵华; 陶四平; 肖鹏
Original assignee: Shanghai Kingfa Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Shanghai Kingfa Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2010-12-30
Filing date: 2010-12-30
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2030-12-30
Also published as: CN102558669B

Abstract

本发明公开了一种无卤阻燃增强聚丙烯材料及其制备方法。本发明的无卤阻燃增强PP材料的组分及重量百分数包括：聚丙烯50-82.5，加工助剂0.2-1，热稳定剂0.3-2，增韧剂1-10，无卤磷氮型膨胀阻燃剂母粒10-40，玻纤相容剂1-5，玻璃纤维5-30。本发明产品，具有优异的阻燃效果，良好的综合力学性能，较低的收缩率以及较高的热变形温度，同时减少了加工过程中阻燃剂的分解可其阻燃性能可达到1.6mm V0。由于该材料使用不含卤素的磷氮系阻燃剂，阻燃效果完全达到UL94-V₀级，是新型环保材料。

Description

无卤阻燃增强聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种无卤阻燃增强聚丙烯材料及其制备方法，具体涉及用于家电、工业等领域的具有高阻燃性、低收缩率、环保以及优良综合力学性能的聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术

PP是一种现在四大通用塑料之一，广泛应用于工业、农业、交通运输及日常生活中，成为人们日常生活中不可或缺的材料之一。随着人民生活水平的提高，对环境安全要求的日益严格，具有阻燃性能的聚丙烯材料广泛进入人们生活的各个领域。近年来，含溴类阻燃剂对健康问题的隐患受到人们的强烈关注，无卤类阻燃PP开始受到们的重视和欢迎。

然而，目前为止，用于PP的无卤阻燃剂因在加工过程中受到强剪切容易分解，导致产品在放置过程中容易发黄，特别是对无卤阻燃增强PP，挤出造粒过程中，阻燃剂在玻纤的作用下极容易分解，导致加工成型后的粒子或制件在使用过程中很容易变黄。而一些耐高温的无卤阻燃剂，如日本ADK的FP-2200，其成本又特别高，阻碍了其使用范围。

因此，开发一种低成本同时又具有良好的颜色稳定性的无卤阻燃增强聚丙烯，可以解决现用的无卤阻燃剂成本过高影响推广等缺点，也符合国家节能环保的政策。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是公开一种无卤阻燃增强聚丙烯复合材料及其制备方法，以解决现有的无卤阻燃剂生产的增强聚丙烯的各种技术问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

无卤阻燃增强聚丙烯复合材料，按重量百分比计，组分和含量为：

聚丙烯 50-82.5％

热稳定剂 0.3-2％

加工助剂 0.2-1％

阻燃剂母粒 10-40％

玻纤相容剂 1-5％

玻璃纤维 5-30％。

所述的聚丙烯选用数均分子量为10-20万的聚丙烯。

所述的玻纤相容剂选自极性单体接枝聚合物，其中聚合物的基体选自聚乙烯、聚丙烯、乙烯-α-乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯与丁二烯的共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的一种或者其混合物；所述的极性单体选自马来酸酐及其类似物(例如富马酸、衣康酸、柠康酸、柠康酸酐和乙烯基丁二酸酐)，丙烯酸及其酯类衍生物(例如丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸环氧丙酯等)一种或其混合物，主要作用是增加玻璃纤维和聚合物基体的相容性。

所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维。

所述的阻燃剂母粒的组分和含量为：(重量百分比)

双峰聚乙烯 10-40％

热稳定剂 0.3-2％

加工助剂 0.2-1％

无卤阻燃剂 60-89.5％。

所述的双峰聚乙烯为在分子量分布上具有双峰或三峰以上的聚乙烯。

所述的热稳定剂选自酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类或杯芳烃中的一种或几种混合，主要作用是抑制加工过程中产生的降解。

所述的加工助剂选自低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类、酰胺类等中的一种或几种混合，主要作用是提高其加工性能。

所述的阻燃剂选自磷氮类无卤环保型膨胀阻燃剂。

无卤阻燃增强聚丙烯材料所用的阻燃母粒的制备方法如下：

将双峰聚乙烯、热稳定剂、加工助剂、无卤阻燃剂在挤出机中熔融混合分散，挤出造粒，最终阻燃剂母粒。

制备阻燃剂母粒所用的挤出机可以是长径比为36～40∶1的双螺杆挤出机，也可以是长径比为15～30∶1的单螺杆挤出机。

无卤阻燃增强聚丙烯复合材料的制备方法如下：

按上述配比称量聚丙烯、热稳定剂、加工助剂、增韧剂、阻燃剂母粒、玻纤相容剂；将聚丙烯、热稳定剂、加工助剂、增韧剂、阻燃剂母粒、玻纤相容剂在长径比为40∶1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，玻纤从侧喂料加入，挤出造粒，最终得到产品。

本发明产品，具有优异的阻燃效果，良好的综合力学性能，较低的收缩率以及较高的热变形温度，同时减少了加工过程中阻燃剂的分解；其阻燃性能可达到1.6mm V0。由于该材料使用不含卤素的磷氮系阻燃剂，阻燃效果完全达到UL94-V₀级，是新型环保材料。

具体实施方式

下面结合具体实施例进一步阐述本发明的技术特点。

实施例1

制备阻燃剂母粒：将双峰聚乙烯PE FB2230(北欧化工)20公斤、1公斤酚类热稳定剂Irganox 1010(CIBA公司)、加工助剂、无卤阻燃剂ANTI-610(上海石化研究院)在长径比为40∶1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，挤出造粒，最终阻燃剂母粒。

制备聚丙烯复合材料：将260公斤聚丙烯PP M2600R(上海石化)、3公斤酚类热稳定剂Irganox 1010(CIBA公司)、2公斤加工助剂、20公斤甲基丙烯酸环氧丙酯(GMA)接枝聚丙烯在长径比为40∶1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，94公斤玻纤、90公斤阻燃剂母粒则从侧喂口处加入，挤出温度为200℃，挤出造粒，最终得到产品。

上述产品具有优异的阻燃效果，良好的综合力学性能，较低的收缩率以及较高的热变形温度，其阻燃性能可达到1.6mm V0，拉伸强度≥50MPa，弯曲模量≥3000MPa，缺口冲击强度≥8KJ/m²，收缩率为4～6‰，热变形温度≥140℃。性能如下：

性能	单位	测试标准	测试结果
				HDT(1.82MPa)	℃	ISO75/1-93	140
拉伸强度	MPa	ISO527/2-93	55
				断裂伸长率	％	ISO527/2-93	5
注塑收缩率	‰	ASTM D-955	4～7
				弯曲强度	MPa	ISO178-93	80
弯曲模量	MPa	ISO178-93	3300

缺口冲击强度

KJ/m2

ISO180-93

9

实施例2

阻燃剂母粒制备过程如实施例1

制备聚丙烯复合材料：将260公斤聚丙烯PP M2600R(上海石化)、3公斤酚类热稳定剂Irganox 1010(CIBA公司)、2公斤加工助剂、20公斤甲基丙烯酸环氧丙酯(GMA)接枝聚丙烯在长径比为40∶1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，130公斤玻纤、100公斤阻燃剂母粒则从侧喂口处加入，挤出温度为200℃，挤出造粒，最终得到产品。

上述产品具有优异的阻燃效果，良好的综合力学性能，较低的收缩率以及较高的热变形温度，其阻燃性能可达到1.6mm V0，拉伸强度≥70MPa，弯曲模量≥4000MPa，缺口冲击强度≥10KJ/m²，收缩率为3～6‰，热变形温度≥150℃。性能如下：

性能	单位	测试标准	测试结果
				HDT(1.82MPa)	℃	ISO75/1-93	152
拉伸强度	MPa	ISO527/2-93	70
				断裂伸长率	％	ISO527/2-93	5
注塑收缩率	‰	ASTM D-955	3～6
				弯曲强度	MPa	ISO178-93	100
弯曲模量	MPa	ISO178-93	4000

缺口冲击强度

KJ/m2

ISO180-93

12

实施例3

制备阻燃剂母粒：将双峰聚乙烯PE FB2310(北欧化工)20公斤、1公斤酚类热稳定剂Irganox 1010(CIBA公司)、加工助剂、无卤阻燃剂ANTI-610(上海石化研究院)在长径比为40∶1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，挤出造粒，最终阻燃母粒。

制备聚丙烯复合材料：将260公斤聚丙烯PP S900(兰州石化)、3公斤酚类热稳定剂Irganox 1010(CIBA公司)、2公斤加工助剂、20公斤甲基丙烯酸环氧丙酯(GMA)接枝聚丙烯在长径比为40∶1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，120公斤玻纤、100公斤阻燃剂母粒则从侧喂口处加入，挤出温度为200℃，挤出造粒，最终得到产品。

上述产品具有优异的阻燃效果，良好的综合力学性能，较低的收缩率以及较高的热变形温度，其阻燃性能可达到1.6mm V0，拉伸强度≥110MPa，弯曲模量≥5000MPa，缺口冲击强度≥8KJ/m²，收缩率为4～6‰，热变形温度≥150℃，。性能如下：

性能	单位	测试标准	测试结果
				HDT(1.82MPa)	℃	ISO75/1-93	155
拉伸强度	MPa	ISO527/2-93	94
				断裂伸长率	％	ISO527/2-93	5

注塑收缩率	‰	ASTM D-955	4～7
				弯曲强度	MPa	ISO178-93	115
弯曲模量	MPa	ISO178-93	5400
				缺口冲击强度	KJ/m2	ISO180-93	10.5

实施例4

阻燃剂母粒制备过程如实施例1

制备聚丙烯复合材料：将260公斤聚丙烯PP SP179(兰州石化)、3公斤酚类热稳定剂Irganox 1010(CIBA公司)、2公斤加工助剂、10公斤马莱酸酐接枝聚丙烯BONDYRAM 1001CN(BRIGHTFIELD)在长径比为40∶1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，130公斤玻纤、70公斤阻燃剂母粒则从侧喂口处加入，挤出温度为200℃，挤出造粒，最终得到产品。

上述产品具有良好的阻燃效果，良好的综合力学性能，较低的收缩率以及较高的热变形温度，其阻燃性能可达到1.6mm V-1，拉伸强度≥65MPa，弯曲模量≥3000MPa，缺口冲击强度≥12KJ/m²，收缩率为3～6‰，热变形温度≥140℃。性能如下：

性能	单位	测试标准	测试结果
				HDT(1.82MPa)	℃	ISO75/1-93	145
拉伸强度	MPa	ISO527/2-93	67

断裂伸长率	％	ISO527/2-93	5
				注塑收缩率	‰	ASTM D-955	3～6
弯曲强度	MPa	ISO178-93	92
				弯曲模量	MPa	ISO178-93	3200
缺口冲击强度	KJ/m2	ISO180-93	14

对比实施例1-4可以发现，阻燃母粒用量增加，材料的阻燃性能明显提高；同时在保持材料无卤阻燃条件下，赋予了材料良好综合力学性能和较高的热变形温度。

上述实施例仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，凡在本发明的原则之内，所做的任何修改和变化，均在本发明的保护范围之内。

Claims

1.无卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于：按重量百分比计，组分和含量为：

聚丙烯 50-82.5％

热稳定剂 0.3-2％

加工助剂 0.2-1％

阻燃剂母粒 10-40％

玻纤相容剂 1-5％

玻璃纤维 5-30％。

2.根据权利要求1所述的无卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯选用数均分子量为10-20万的聚丙烯。

3.根据权利要求1所述的无卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的玻纤相容剂选自极性单体接枝聚合物，其中聚合物的基体选自聚乙烯、聚丙烯、乙烯-α-乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯与丁二烯的共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的一种或者几种混合；极性单体选自马来酸酐及其类似物，丙烯酸及其酯类衍生物中的一种或几种混合。

4.根据权利要求1所述的无卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述玻璃纤维为无碱玻璃纤维。

5.根据权利要求1所述的无卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于：按重量百分比计，阻燃剂母粒的组分和含量为：

双峰聚乙烯 10-40％

热稳定剂 0.3-2％

加工助剂 0.2-1％

无卤阻燃剂 60-89.5％。

6.根据权利要求1所述的无卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的双峰聚乙烯为在分子量分布上具有双峰或三峰以上的聚乙烯。

7.根据权利要求1或5所述的无卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的热稳定剂选自酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类和杯芳烃中的一种或几种混合。

8.根据权利要求1或5所述的无卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的加工助剂选自低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类和酰胺类众的一种或几种混合。

9.根据权利要求1或5所述的无卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的阻燃剂选自磷氮类无卤环保型膨胀阻燃剂。

10.根据权利要求1或5所述无卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的阻燃剂母粒的制备方法如下：将双峰聚乙烯、热稳定剂、加工助剂、无卤阻燃剂在挤出机中熔融混合分散，挤出造粒，最终阻燃剂母粒。

11.根据权利要求10所述无卤阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于：制备阻燃剂母粒所用的挤出机是长径比为36～40∶1的双螺杆挤出机和长径比为15～30∶1的单螺杆挤出机中的一种。

12.一种制备权利要求1所述无卤阻燃增强聚丙烯复合材料的方法，其特征在于：其具体步骤如下：按照所述重量配比称量聚丙烯、热稳定剂、加工助剂、增韧剂、阻燃剂母粒、玻纤相容剂；将聚丙烯、热稳定剂、加工助剂、增韧剂、阻燃剂母粒、玻纤相容剂在长径比为40∶1的双螺杆挤出机中熔融混合分散，玻纤从侧喂料加入，挤出造粒，最终得到产品。