CN103642125A - 纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯材料及其制备方法。该材料由以下重量百分比的各组分组成：聚丙烯62%-71%，氮磷系阻燃剂25%-30%，纳米黏土1%-3%，增容剂3%-5%。本发明的纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯不含铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚等有害物质，燃烧过程中发热发烟量低，对环境和人体危害较小，纳米黏土在其中分散均匀，在改善阻燃性能的同时，使材料的物理机械性能和加工性能最大程度的保持。

Description

纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及有机合成、高分子复合材料的共混、材料阻燃性能测试技术领域，具体涉及一种纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯材料及其制备方法。
技术背景
聚丙烯（PP）是产量最大的通用塑料之一，在包装、纺织品、建材、汽车、电子电器、办公用品等行业都有广泛用途。但聚丙烯易燃，氧指数值较低，只有17-18%，而且燃烧时会产生大量熔滴，容易引发火灾并导致火势迅速蔓延。
目前，聚丙烯阻燃领域主要还是以采用卤系、磷系以及无机氢氧化物等传统阻燃为主。其中，卤系（特别是溴系）阻燃聚丙烯占据市场的主导地位。但是卤系阻燃聚丙烯在燃烧过程中不仅产生的烟气量较大，而且燃烧产物中有毒气体对环境和人体有潜在的威胁。磷系阻燃剂被认为是适用于聚丙烯的高效阻燃体系，在较低的添加量时既可以使材料达到UL94V0级，然而由于其在耐候性和色泽等方面的不足限制了其应用范围。氢氧化铝和氢氧化镁等无机氢氧化物由于其良好的环境效应在聚丙烯阻燃中也有所应用，但是无机氢氧化物的阻燃效率较低，高添加量时会恶化材料的力学性能。作为新兴的环境友好阻燃剂，氮磷系阻燃剂高效、无毒，而且不致引起材料力学性能的严重损失。
纳米黏土作为纳米填料，只需极少量就可以显著降低材料的燃烧性能，而且有利于材料力学性能的改善。将纳米技术引入高效环保的氮磷系阻燃体系，构成纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯，可以兼顾纳米黏土和氮磷系阻燃剂两者的特点；目前，本领域还没该种聚丙烯材料的报道。
发明内容
本发明提供一种阻燃效率高、对环境友好、不损害聚丙烯力学性能和加工性能的纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯材料。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯材料，该材料由下列重量百分比的组分组成：聚丙烯62%-71%，氮磷系阻燃剂25%-30%，纳米黏土1%-3%，增容剂3%-5%。
本发明上述聚丙烯为均聚聚丙烯，简称PPH，是单一丙烯单体的均聚聚合物。
本发明上述氮磷系阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸盐阻燃剂，分子式为(C3H7N6)n(H2PO4)m，简称MPOP，是一种含磷、氮组分的环保型无卤阻燃剂，氮含量大于40%，磷含量大于12%，粒径25-50μm。
本发明上述纳米黏土为有机化插层处理过的纳米级蒙脱土系蒙皂石粘土（包括钙基、钠基、钠-钙基、镁基蒙粘土），平均晶片厚度小于25nm，蒙脱石含量大于95%，其中有机化插层处理使用的插层剂为十八烷基溴化铵；为市售产品。
本发明上述增容剂为马来酸酐接枝聚丙烯共聚物，是马来酸酐接枝改性的共聚聚丙烯，简称为PP-g-MAH，接枝率0.8-1.0%，是一种高分子的界面偶联剂、粘合剂和相容剂。
本发明还提供一种上述纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯的制备方法，制备步骤为：（1）按照配方比例称取各原料，先将聚丙烯和纳米黏土在高速混炼机中预混5-10分钟，然后加入阻燃剂和增容剂再在高速混炼机中预混5-10分钟，再将混合好的原料放入双螺杆挤出机中，经熔融挤出共混后造粒（为行业内常规技术）。
本发明的纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯具有如下优点和有益效果：
（1）本发明的纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯，不含铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚等有害物质，燃烧过程中发热发烟量低，对环境和人体危害较小。
（2）本发明的纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯，采用马来酸酐接枝聚丙烯共聚物作为增容剂，可以降低聚丙烯和纳米黏土之间的界面张力，促进纳米黏土在聚丙烯基体中均匀分散，在改善阻燃性能的同时，使材料的物理机械性能和加工性能最大程度的保持。
（3）本发明中的纳米黏土在聚丙烯材料燃烧过程中可以起到凝聚相阻燃作用，在材料表面形成致密的炭层保护层，从而隔绝燃烧过程中气体和热量的传递，与氮磷系阻燃剂具有很好的协同阻燃作用，这不仅拓宽了聚丙烯无卤环保阻燃的范围，也为氮磷系阻燃剂提供了一种很好的阻燃协效剂。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步详细描述，但本发明不仅仅局限于以下实施例。该领域的技术熟练人员根据本发明内容对本发明作出的一些非本质的改进和调整仍属于本发明的保护范围。
本发明以下实施例使用的各项原料，如无特殊说明均为市售产品。
本发明的纳米黏土即以双十八烷基溴化铵（双十八烷基二甲基溴化铵）为插层剂的有机蒙脱土，可以为采用下述方法制备的纳米黏土：取钠基蒙脱土5g置于20mL蒸馏水中，调节pH值为7～8，加入40mL溶有5.5mmol双十八烷基二甲基溴化铵表面活性剂的溶液，在80℃反应2h，冷却至室温后离心去溶剂，用蒸馏水多次洗涤。分别用0.1mmol／L的AgNO3检验直至溶液中无Br即得到纳米黏土。
表1为各实施例中的原料配比：
表1.各实施例中的配方
Figure BDA0000419709790000031
将表1中各实施例的原料按照配比称量好后，先将聚丙烯和纳米黏土在高速混炼机中预混5-10分钟，然后加入阻燃剂和增容剂再在高速混炼机中预混5-10分钟，再将混合好的原料放入双螺杆挤出机中，在温度150-240℃（双螺杆挤出机加料区温度150℃，熔融去温度240℃，挤出口模温度220℃），经熔融挤出共混后造粒即可。
将各实施例样品按照ISO5660进行锥形量热测试，获得峰值热释放速率，辐照功率为35kW/m2；按照ASTMD2863进行垂直燃烧测试，获得UL94垂直燃烧级别；按照GB/T1040进行拉伸测试，获得拉伸强度和拉伸模量；按照ASTMD256进行冲击测试，获得悬臂梁缺口冲击强度。测试结果见表2。
表2.各实施例的相关性能
Figure BDA0000419709790000032
从表2可知，本发明的纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯，不含铅、汞、镉、六价铬、多溴联苯和多溴联苯醚等有害物质，燃烧过程中发热发烟量低，对环境和人体危害较小；在改善阻燃性能的同时，使材料的物理机械性能和加工性能最大程度的保持。

Claims (6)

1.一种纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯材料，其特征在于：由下列重量百分比的组分组成：聚丙烯62%-71%，氮磷系阻燃剂25%-30%，纳米黏土1%-3%，增容剂3%-5%。
2.根据权利要求1所述的纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述的聚丙烯为均聚聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述的氮磷系阻燃剂为三聚氰胺多聚磷酸盐阻燃剂，氮含量大于40%，磷含量大于12%，粒径25-50μm。
4.根据权利要求1所述的纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述的纳米黏土为有机化插层处理过的纳米级蒙脱土系蒙皂石粘土，平均晶片厚度小于25nm，蒙脱石含量大于95%，其中有机化插层处理使用的插层剂为十八烷基溴化铵。
5.根据权利要求1所述的纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述增容剂为马来酸酐接枝聚丙烯共聚物，接枝率0.8-1.0%。
6.一种纳米黏土与氮磷系阻燃剂协同阻燃聚丙烯的制备方法，其特征在于：制备步骤为：（1）按照配方比例称取各原料，先将聚丙烯和纳米黏土在高速混炼机中预混5-10分钟，然后加入阻燃剂和增容剂再在高速混炼机中预混5-10分钟，再将混合好的原料放入双螺杆挤出机中，经熔融挤出共混后造粒。
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