CN103351525B - 一种高光泽阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高光泽阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。该阻燃聚丙烯复合材料包括如下重量百分比的配方组分：PP树脂49～90、相容剂3～10、增韧剂0～15、阻燃剂3～15、协效阻燃剂2-6、成核剂0.5～1.5、抗氧剂0.3～1.0、光稳定剂0.3～1.0、紫外线吸收剂0.3-1.0和润滑剂0.6～1.5。本发明以PP树脂为基体组分，在增韧剂、阻燃剂、相容剂及其他组分的熔融挤出过程中发生协同作用，赋予了该阻燃聚丙烯复合材料光泽度和强度高、热性能好的优点，其中，可以选择价格低廉的原料，降低了生产成本。其制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低，适于工业化生产。

Description

一种高光泽阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于改性塑料领域，特别涉及一种高光泽阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯(PP)是目前用量最大的通用塑料之一，具有质轻、无毒、电绝缘性能好、化学稳定性好、易于成型加工等优点，因而广泛应用于工业生产的各个领域。但是聚丙烯的氧指数仅有17%-18%，极易燃烧，着火后不能自熄，故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在材料中加入阻燃剂使得材料在燃烧时发生系列物理化学反应以达到阻燃的目的，目前，用于聚丙烯的阻燃剂主要为有卤阻燃剂和无卤阻燃剂两大类。无卤阻燃技术至今有一定的发展，但是由于阻燃剂本身存在一些缺陷且添加量大，使得其应用受到了限制，因此有卤阻燃是当前技术的主流。有卤阻燃体系目前主要使用溴系阻燃剂而不是氯系阻燃剂，因为氯系阻燃剂热稳定性较差。

紫外线辐照的能量可以使阻燃PP中的分子链断裂，会使阻燃PP变色、发脆、粉化等不良，而且严重影响PP材料的综合性能，为延长材料使用时间并且拓展其应用的领域，必须对其进行耐候改性。

另外，在电子电器、卫浴洁具等领域，所使用的塑料材料不仅需要具有一定的阻燃性能，而且还需要具有很好的耐候性、表面析出低、光泽度高、高刚性和高耐热性等特点。但是现有的该类有卤阻燃材料的强度和热性能较低、选择的原料成本较高，而且在加工时比较容易被碳化，这样大大制约了该类制品的使用性能。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种成本低、耐候、强度和热性能好的高光泽阻燃聚丙烯复合材料。

本发明的另一目的是提供一种工艺简单，条件易控，生产成本低的高光泽阻燃聚丙烯复合材料的制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种高光泽阻燃聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的配方组分：

以及，一种高光泽阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：

按照上述阻燃聚丙烯复合材料配方分别称取各组分；

将所述称取各组分进行混料处理，得到混合物料；

将所述混合物料于150-220℃下熔融挤出，造粒，得到所述阻燃聚丙烯复合材料。

上述阻燃聚丙烯复合材料以PP树脂为基体组分，将阻燃剂和协效阻燃剂混合使用，赋予该材料更好的阻燃性能，将光稳定剂与紫外线吸收剂混合使用，赋予了该材料更好的耐候性，而且在增韧剂、阻燃剂、相容剂及其他组分的熔融挤出过程中发生协同作用，赋予了该阻燃聚丙烯复合材料高光泽、高强度和热性能好的优点，其中，可以选择价格低廉的原料，降低了生产成本。

上述阻燃聚丙烯复合材料的制备方法只需按配方将各组分混合并在适当的温度下熔融挤出即可得到产品，其制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低，适于工业化生产。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种高光泽、高强度和热性能好的阻燃聚丙烯复合材料。该阻燃聚丙烯复合材料，包括如下重量百分比的配方组分：

具体地，上述PP树脂为基体组分，在增韧剂、阻燃剂和协效阻燃剂、光稳定剂和紫外线吸收剂、相容剂及其他组分的协同作用下具有表面光泽度好，低表面析出、高刚性、高耐热等优点，可满足开关面板、卫浴洁具、家用电器外壳等领域的应用要求。在优选实施例中，该PP树脂选用均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种，其中均聚聚丙烯可以是中石化生产的T03、V30G、Z30S等。共聚聚丙烯可以是中石化的EPS30R、EPC30R-H、台化的K8802等。

上述相容剂可以促进上述各组分之间的相容性，使各组分稳定结合在一起。在优选实施例中，相容剂为自制相容剂，具体包括以下重量百分比的配方组分：均聚聚丙烯：95.7～96%，马来酸酐：1.0～2%；苯乙烯：1.0～2%；引发剂：0.1～1%，其中，所述均聚聚丙烯优选熔融指数小于10g/10min的均聚聚丙烯，所述引发剂优选过氧化二异丙苯。该自制相容剂可以采用现有的相容剂制备方法制备，优选制备方法为将所述所有相容剂组分混合后在温度135-185摄氏度下熔融挤出造粒制成。制备设备优选双螺杆挤出机，当然其他能达到此目的的设备也囊括于此。

上述增韧剂可以提高材料的抗冲击性能。在优选实施例中，该增韧剂为乙烯、丙烯类共聚物，具体可优选乙烯、丙烯共聚物，但不限于此，其他该烯类共聚物增韧剂也可，这样能更好地提高材料的抗冲击性能。

上述阻燃剂赋予了易燃聚合物难燃性的功能，提高了材料的安全性。在优选实施例中，所述阻燃剂为八溴S醚、TBC和FR-370（即三(三溴新戊基)磷酸酯）中的至少一种与十溴二苯乙烷复配而成，复配的比例为1:3～4:1，具体例如：八溴S醚与十溴二苯乙烷复配、TBC与十溴二苯乙烷复配、TBC和FR-370（即三(三溴新戊基)磷酸酯）与十溴二苯乙烷复配等，具体复配比例可优选为1：3、2：3、1：1、3：1等。因为现有阻燃改性中，为获得高光泽阻燃聚丙烯复合材料，一般需使用TBC、FR-370（即三(三溴新戊基)磷酸酯）、八溴S醚这一类阻燃剂，这一类阻燃剂熔点低，在于PP共混时，能够很好地分散到PP树脂中，对材料冲击性能影响也不大。但是这一类阻燃剂会使材料的强度和热性能明显降低，成本也较高，又由于它们的熔点较低，加工时比较容易碳化，大大制约了制品的使用性能。而十溴二苯乙烷熔点较高（350℃），不易碳化，类似于填料，对材料强度和热性能影响较小，成本相对低廉，减少了八溴S醚、TBC和FR-370（即三(三溴新戊基)磷酸酯）的单独使用量，解决了现有高光泽阻燃聚丙烯复合材料成本高的问题。同时克服了该类材料加工容易碳化，注塑成型时热性能差的缺陷，提高了注塑成型的耐热性。为进一步增进阻燃效果，可以在有上述阻燃剂的基础上加入占总配方组分重量百分比2%～6%的协效阻燃剂，使得阻燃剂与协效阻燃剂配合使用，起到很好的协同作用，达到更好的阻燃效果。本发明的优选实施方案中，所述协效阻燃剂为三氧化二锑、五氧化二锑和硼酸锌中的至少一种。

上述成核剂可以加速结晶并提高材料的光泽度。在优选实施例中，所述成核剂为透明成核剂，相比于非透明成核剂，可以更好地提高光泽度，例如：美利肯的NX8000。

上述抗氧剂能阻断、抑制或延缓聚合物氧化或自动氧化过程。在优选实施例中，所述抗氧剂为主抗氧剂与辅助抗氧剂配合而成，所述主抗氧剂为1010（即[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯），所述辅助抗氧剂为168（即三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯）。

上述光稳定剂能够帮助材料抵抗紫外线辐照，可抑制或减弱光对塑料的降解作用，提高塑料材料的耐候性。在优选实施例中，所述光稳定剂为复配受阻胺类稳定剂，该类稳定剂与酸性物质无互相反应，具有更低的添加量和相容性，无气熏和析出现象，且具有卓越的耐候性，可降低模具长时间使用后的污垢堆积残留，保持优异的漆面附着性。例如：美国氰特化工的V703。在更优的实施例中，在有光稳定剂的基础上加入占总配方组分总量0.3%～1%（重量百分比）的紫外线吸收剂，紫外线吸收剂能吸收阳光及荧光光源中的紫外线部分，而本身又不发生变化。光稳定剂与紫外线吸收剂混合使用，可以达到更好的耐候效果。所述紫外线吸收剂优选为UV-5411、UV-234、UV-239、UV-3808PP5、UV-328和UV-531中的至少一种。另外，进一步地，还可以在配方中添加光屏蔽剂，能通过屏蔽作用使高分子减少或免于光老化，光屏蔽剂具体为炭黑、钛白粉或者硫化锌，由于炭黑本身是黑色的，钛白粉和硫化锌本身是白色，在使用光屏蔽剂时会有限制。

选用润滑剂时，一般须考虑摩擦副的运动情况、材料、表面粗糙度、工作环境和工作条件以及润滑剂的性能等多方面因素，上述润滑剂以PP树脂为基体，优选TAF和PETS中的至少一种，这些润滑剂具有优异的耐热性能，且能够使得阻燃剂在PP树脂中分散均匀。

本发明的实施例采用PP树脂为基材，将相容剂、增韧剂、阻燃剂、光稳定剂等结合起来，熔融组合，形成相互协同作用，以此制成的聚丙烯复合材料适用于电子电器、卫浴洁具等领域，因为该类复合材料不仅具有该领域所需的阻燃性能，而且还具有很好的耐候性、表面析出低、光泽度高、高刚性和高耐热性等特点。具体地，本发明的实施例将阻燃剂和协效阻燃剂混合使用，赋予该材料更好的阻燃性能，将光稳定剂与紫外线吸收剂混合使用，赋予了该材料更好的耐候性。进一步地，当阻燃剂、相容剂等选自上述优选方案时，该类有卤阻燃材料的强度和热性能较高、选择的原料成本较低，而且在加工时不容易被碳化，大大拓展了该类制品的使用性能。

相应地，本发明实施例还提供了上述高光泽阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，该方法包括如下步骤：

S01.称取配方组分：按照上述高光泽阻燃聚丙烯复合材料的配方称取各组分；

S02.制备混合物料：将步骤S01中称取各组分进行混料处理，得到混合物料；

S03.混合物料的熔融挤出：将步骤S02中的混合物料进行熔融挤出，得到所述高光泽阻燃聚丙烯复合材料。

具体地，上述步骤S01中的高光泽阻燃聚丙烯复合材料的配方以及配方中的各组分优选含量和种类如上文所述，为了节约篇幅，在此不再赘述。

上述步骤S02中，各组分进行混料处理的时间可以根据实际生产条件进行灵活的调整，只要各组分预混充分即可，如混合的设备可以是混料筒等。在优选实施例中，混料处理是将各组分在高速（如转速为200r/min～400r/min）的高速混合机中混合处理10～15分钟，使得各组分混合均匀。

上述步骤S03中，混合物料的熔融挤出可以采用本领域常规的工艺。为了使得各组分在熔融挤出中更好的协同作用，赋予上述高光泽阻燃聚丙烯复合材料更加优异的光泽度、更高的强度和耐热性能，在优选实施例中，混合物料熔融挤出是采用弱剪切双螺杆挤出机熔融挤出，挤出工艺条件为：挤出温度为150-220℃，转速为300-450rpm。

上述高光泽阻燃聚丙烯复合材料制备方法只需按配方将各组分混合并在适当的温度下熔融挤出即可得到产品，在熔融挤出过程中只需控制熔融挤出的温度和时间即可，因此，其制备方法工艺简单，条件易控，成本低廉，对设备要求低的特点，适于工业化生产。

现以具体高光泽阻燃聚丙烯复合材料的配方和制备方法为例，对本发明进行进一步详细说明。其中，相容剂为上述自制相容剂。

实施例一

一种高光泽阻燃聚丙烯复合材料，包括以下重量百分比的配方组分：PP树脂：87%；自制相容剂：3%、增韧剂2%、阻燃剂4%、协效阻燃剂2%、透明成核剂0.5%、抗氧剂0.3%、紫外线吸收剂0.3%、光稳定剂0.3%、润滑剂0.6%。其中，PP树脂为中石化生产的V30G，增韧剂为乙烯、丙烯共聚物，阻燃剂为八溴S醚与十溴二苯乙烷的复配物（复配比例为1:2），紫外线吸收剂为UV-5411，协效阻燃剂为三氧化二锑，润滑剂为PETS。

具体制备方法如下：

1)按上述组分配方称取各组分含量，并将它们在转速为200r/min的高速混合机中混合均匀；

2）将经步骤1）后的混合物加入挤出温度为150℃，转速为300rmp的弱剪切双螺杆中挤出，而后拉条、冷却、切粒、干燥后得到高光泽阻燃聚丙烯复合材料。

实施例二

一种高光泽阻燃聚丙烯复合材料，包括以下重量百分比的配方组分：PP树脂：82%；自制相容剂：3%、增韧剂2%、阻燃剂8%、协效阻燃剂3%、透明成核剂0.5%、抗氧剂0.3%、紫外线吸收剂0.3%、光稳定剂0.3%、润滑剂0.6%。其中，PP树脂为中石化生产的V30G，增韧剂为乙烯、丙烯类共聚物，阻燃剂为TBC与十溴二苯乙烷的复配物，紫外线吸收剂为UV-234，协效阻燃剂为硼酸锌，润滑剂为TAF。

具体制备方法如下：

1)按上述组分配方称取各组分含量，并将它们在转速为400r/min的高速混合机中混合均匀；

2）将经步骤1）后的混合物加入挤出温度为220℃，转速为300rmp的弱剪切双螺杆中挤出，而后拉条、冷却、切粒、干燥后得到高光泽阻燃聚丙烯复合材料。

实施例三

一种高光泽阻燃聚丙烯复合材料，包括以下重量百分比的配方组分：PP树脂：80%；自制相容剂：3%、增韧剂2%、阻燃剂12%、协效阻燃剂4%、透明成核剂0.5%、抗氧剂0.3%、紫外线吸收剂0.3%、光稳定剂0.3%、润滑剂0.6%。其中，PP树脂为中石化生产的V30G，增韧剂为乙烯、丙烯类共聚物，阻燃剂为TBC与十溴二苯乙烷的复配物，复配比例为1：2；紫外线吸收剂为UV-239和UV-3808PP5的混合物，协效阻燃剂为三氧化二锑、五氧化二锑和硼酸锌的混合物，润滑剂为TAF和PETS的混合物。

具体制备方法如下：

1)按上述组分配方称取各组分含量，并将它们在转速为400r/min的高速混合机中混合均匀；

2）将经步骤1）后的混合物加入挤出温度为200℃，转速为300rmp的弱剪切双螺杆中挤出，而后拉条、冷却、切粒、干燥后得到高光泽阻燃聚丙烯复合材料。

实施例四

一种高光泽阻燃聚丙烯复合材料，包括以下重量百分比的配方组分：PP树脂：82%；自制相容剂：5%、阻燃剂6%、协效阻燃剂3%、透明成核剂1%、抗氧剂0.7%、紫外线吸收剂0.3%、光稳定剂0.5%、润滑剂1.5%。其中，PP树脂为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的混合物，具体为中石化生产的EPS30R和Z30S的混合物，阻燃剂为八溴S醚、TBC和FR-370（即三(三溴新戊基)磷酸酯）与十溴二苯乙烷的复配物，紫外线吸收剂为UV-3808PP5，协效阻燃剂为五氧化二锑，润滑剂为TAF和PETS的混合物。

具体制备方法如下：

1)按上述组分配方称取各组分含量，并将它们在转速为300r/min的高速混合机中混合均匀；

2）将经步骤1）后的混合物加入挤出温度为190℃，转速为450rmp的弱剪切双螺杆中挤出，而后拉条、冷却、切粒、干燥后得到高光泽阻燃聚丙烯复合材料。

实施例五

一种高光泽阻燃聚丙烯复合材料，包括以下重量百分比的配方组分：PP树脂：48%；自制相容剂：10%、增韧剂15%、阻燃剂15%、协效阻燃剂6%、透明成核剂1.5%、抗氧剂1%、紫外线吸收剂1%、光稳定剂1%、润滑剂1.5%。其中，PP树脂为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯的混合物，具体为中石化生产的EPS30R和Z30S的混合物，增韧剂为乙烯、丙烯共聚物，阻燃剂为TBC和FR-370（即三(三溴新戊基)磷酸酯）与十溴二苯乙烷的复配物，紫外线吸收剂为UV-234和UV-3808PP5的混合物，协效阻燃剂为硼酸锌与五氧化二锑的混合物。

具体制备方法如下：

1)按上述组分配方称取各组分含量，并将它们在转速为300r/min的高速混合机中混合均匀；

2）将经步骤1）后的混合物加入挤出温度为180℃，转速为450rmp的弱剪切双螺杆中挤出，而后拉条、冷却、切粒、干燥后得到高光泽阻燃聚丙烯复合材料。

性能测试：

将上述实施例1至实施例5制备的高光泽阻燃聚丙烯复合材料进行相关性能测试。其中，各相关性能测试方法如下：

拉伸强度标准：ASTMD638，试样类型为I型，样条尺寸为57mm*13mm*3.2mm(有效尺寸)，拉伸速度为50mm/min；

弯曲强度标准：ASTMD790，样条尺寸为128mm*13mm*3.2mm，弯曲速度为20mm/min；

经测试，上述实施例1至实施例5制备的高光泽阻燃聚丙烯复合材料相关性能测试结果分别如表1所示。

其中：拉伸强度(MPa)；熔融指数(230℃/2.16KG）；弯曲强度(MPa)；缺口冲击强度（J/m）；热变形温度℃（1.8MPa）。

表1

由上述表1可知，本发明通过选择合适的基础树脂以及各种助剂，并调节合适的配比，得到了高流动、高光泽、高强度和热性能良好的阻燃聚丙烯复合材料，且具有优异的阻燃性能，阻燃级别可达到UL94V-2/V-0，可广泛应用于开关面板、卫浴洁具、家用电器外壳等领域。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高光泽阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，由如下重量百分比的配方组分组成：

其中，

所述阻燃剂为八溴S醚、TBC和三(三溴新戊基)磷酸酯中的至少一种与十溴二苯乙烷复配而成，复配的比例为1:3～4:1；

所述润滑剂为TAF和/或PETS；

所述相容剂为聚丙烯接枝马来酸酐，所述聚丙烯接枝马来酸酐包括以下重量百分比的组分经熔融挤出制备：

其中，所述均聚聚丙烯的熔融指数小于10g/10min；

所述协效阻燃剂为三氧化二锑、五氧化二锑和硼酸锌中的至少一种。

2.如权利要求1所述的高光泽阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述紫外线吸收剂为UV-5411、UV-234、UV-239、UV-3808PP5、UV-328和UV-531中的至少一种。

3.如权利要求1至2任一项所述的高光泽阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述成核剂为透明成核剂。

4.如权利要求1至2任一项所述的高光泽阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为主抗氧剂与辅助抗氧剂配合而成，所述主抗氧剂为1010，所述辅助抗氧剂为168。

5.如权利要求1至2任一项所述的高光泽阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯共聚物或丙烯共聚物。

6.一种高光泽阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

按照权利要求1～5任一项所述高光泽阻燃聚丙烯复合材料的配方分别称取各组分；

将所述称取的各组分进行混料处理，得到混合物料；

将所述混合物料进行熔融挤出，造粒，得到所述高光泽阻燃聚丙烯复合材料；

其中，所述熔融挤出的温度为150-220℃。