CN103756135A - 一种环保阻燃低气味改性聚丙烯及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明属于聚丙烯材料技术领域，公开了一种环保阻燃低气味改性聚丙烯及其制备方法和在学生校车内饰中的应用。该环保阻燃低气味改性聚丙烯包含以下质量百分数计的组分：聚丙烯40～90%；阻燃剂4～30%；消烟剂2～20%；气味吸附剂2～5%；TVOC脱除剂1～5%；稳定剂0.3～1.2%。本发明通过选用特定的低气味氮磷系无卤阻燃剂和金属氢氧化物作为消烟剂，实现力学性能优异、阻燃效果良好、烟密度低的效果；加入气味吸附剂和TVOC脱除剂，有效脱除TVOC和其它小分子物质，从而制备得到满足力学性能优异、阻燃效果良好、低烟密度、低气味、低TVOC要求的改性聚丙烯，可适用于校车内饰中。

Description

一种环保阻燃低气味改性聚丙烯及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于聚丙烯材料技术领域，特别涉及一种环保阻燃低气味改性聚丙烯及其制备方法和在学生校车内饰中的应用。
背景技术
随着人们安全意识的提高，对汽车室内空气质量的要求越来越高，相应的，对汽车内饰材料的要求也越来越高，除常规力学之外，对气味、TVOC等指标也提出了要求，目前国内外主要汽车厂家对内饰材料的气味要求是≤3.5级（检测标准VDA270，检测条件80℃/2h），TVOC≤50μgC/g。而对于关乎学生安全的校车来说，其要求更高，在2010年7月1日开始实施的《专用校车安全技术条件》（GB24407），对内饰材料增加了阻燃的要求：氧指数OI≥22%，烟密度等级（SDR）≤75。
聚丙烯由于自身结构的原因，氧指数只有17～18，遇火容易燃烧，并伴有发烟现象，达不到校车内饰材料的要求，因此校车用聚丙烯需要加入阻燃剂。目前聚丙烯常用的阻燃剂包括溴系阻燃剂、氮磷系阻燃剂、氢氧化物等。其中溴系阻燃剂阻燃效率高，成为目前最常用的阻燃剂。专利CN101475717B使用有机溴系作为阻燃剂，并配合使用阻燃协效剂三氧化二锑，阻燃方面可以达到校车的要求，但由于溴系阻燃剂气味刺鼻、燃烧时烟密度大，满足不了校车在气味和烟密度方面的要求。专利102477184A使用三聚氰胺溴酸盐作为阻燃剂，氢氧化镁作为协效阻燃剂制备了高光泽阻燃聚丙烯复合材料，可有效降低烟密度，但依然无法解决含溴阻燃剂气味大的问题。专利CN1465618公开了一种氢氧化镁无卤阻燃聚丙烯复合材料，其中使用氢氧化镁作为阻燃剂。氢氧化物阻燃剂气味和烟密度较小，但其阻燃效率较低，需要大量添加，导致改性车用聚丙烯材料力学性能变差，密度偏大，也满足不了校车的要求。因此，研究力学性能良好、阻燃、低烟密度、低气味、低TVOC的校车专用聚丙烯材料已成为当务之急。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种环保阻燃低气味改性聚丙烯。该改性聚丙烯力学性能良好、阻燃、低烟密度、低气味、低TVOC。
本发明另一目的在于提供一种上述环保阻燃低气味改性聚丙烯的制备方法。
本发明再一目的在于提供上述环保阻燃低气味改性聚丙烯在汽车工业内饰件中的应用。特别适用于学生用校车内饰中。
本发明的目的通过下述方案实现：
一种环保阻燃低气味改性聚丙烯，包含以下质量百分数计的组分：
Figure BDA0000450218270000021
所述的聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的至少一种，其熔体流动速率在230℃、2.16Kg的条件下为0.5～50g/10min。
所述的阻燃剂为氮磷系阻燃剂。
优选地，所述的阻燃剂指聚磷酸铵、季戊四醇磷酸酯、蜜胺磷酸盐或三聚氰胺氰尿酸酯中的至少一种。为降低TVOC和减少影响气味的小分子物质来源，阻燃剂无需进行表面处理，且气味≤3.5级。
所述的消烟剂为金属氢氧化物。金属氢氧化物普遍呈现碱性，除了具有消烟、阻燃的作用外，同时还可与聚丙烯混合物在加工过程中产生的微量酸性物质SO2、NOx、CO2反应，从而降低改性聚丙烯中的气味。
优选地，所述的消烟剂为氢氧化镁和氢氧化铝中的至少一种。
所述的气味吸附剂为沸石和粘土以质量比1:2混合的复合物。沸石和粘土具有不同的孔径，可以吸收不同分子量的可以产生气味的小分子物质，两者按1:2比例复合使用，同时配合碱性氢氧化物，可拓宽所吸收物质的范围和种类，基本涵盖改性聚丙烯加工过程中产生的小分子物质，从而明显降低改性聚丙烯的气味。
所述的沸石为亲水性沸石，孔径为0.2～1nm。本发明利用沸石作为气味吸附剂，其能够发挥气味吸附作用的前提是其孔径需要和改性聚丙烯加工过程中产生的小分子物质的体积相匹配，在本发明限定条件下的沸石具有优异的气味吸附性能。
所述的粘土为疏水型粘土，SiO2/Al2O3的摩尔比为（50～400）:1。
所述的TVOC脱除剂为C1～C8的醇类物质。C1～C8醇类物质中醛类物质（甲醛、乙醛、丙烯醛）的含量≤0.3PPM。
优选地，所述的TVOC脱除剂为乙醇和异丙醇中的至少一种。
所述的稳定剂包括受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和受阻胺类光稳定剂。
一种上述环保阻燃低气味改性聚丙烯的制备方法，包括以下步骤：
将聚丙烯、阻燃剂和消烟剂加入低速混合机进行混合，然后加入TVOC脱除剂混匀，再加入气味吸附剂和稳定剂混匀，在双螺杆挤出机的主喂料口加入，进行熔融共混，真空挤出造粒，得到环保阻燃低气味改性聚丙烯。
所述双螺杆挤出机的长径比为（36～56）:1，双螺杆挤出机的加工温度为180～230℃。
进一步地，为使所述TVOC脱除剂减少损耗和充分发挥作用，混合机需要使用低速混合机（转速≤100r/min），且挤出机的加工温度需高于TVOC脱除剂的沸点。
上述环保阻燃低气味改性聚丙烯适合在汽车工业内饰中的应用。特别适用于学生用校车内饰中。
本发明的机理为：
本发明通过选用特定的低气味氮磷系无卤阻燃剂和金属氢氧化物作为消烟剂对聚丙烯进行改性，实现力学性能优异、阻燃效果良好、烟密度低的效果；同时通过加入沸石和粘土混合制备的气味吸附剂和TVOC脱除剂，有效脱除原材料和加工过程中产生的TVOC和其它小分子物质，达到低气味和低TVOC的目标，从而制备得到满足力学性能优异、阻燃效果良好、低烟密度、低气味、低TVOC要求的改性聚丙烯，可适用于校车内饰中。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及有益效果：
（1）本发明的改性聚丙烯选用特定的低气味氮磷系无卤阻燃剂和金属氢氧化物作为消烟剂，实现力学性能优异、阻燃效果良好、烟密度低的效果。
（2）本发明的改性聚丙烯在制备过程中加入沸石和粘土混合制备的气味吸附剂和TVOC脱除剂，有效脱除原材料中和加工过程中产生的TVOC和其它小分子物质，达到低气味和低TVOC的目标。
（3）本发明的改性聚丙烯力学性能优异、阻燃好、低烟密度、低气味、低TVOC，可适用于学生校车内饰中。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：环保阻燃低气味改性聚丙烯的制备
将69Kg聚丙烯和20Kg阻燃剂、5Kg消烟剂加入低速混合机100r/min下进行混合，然后加入3Kg TVOC脱除剂进行混匀，再加入3Kg气味吸附剂和0.6Kg稳定剂进行混匀，在双螺杆挤出机的主喂料口加入，熔融共混，经挤出机真空挤出造粒，得到所述校车专用环保阻燃低气味改性聚丙烯材料；所述双螺杆挤出机的长径比为36:1，双螺杆挤出机的加工温度为180℃。
其中，所用的聚丙烯为共聚聚丙烯，TVOC脱除剂为异丙醇，无卤阻燃剂为氮磷系阻燃剂（镇江星星阻燃剂APP），消烟剂为氢氧化镁，气味吸附剂为沸石和粘土以1:2比例混合的复合物。所用稳定剂是由受阻酚类抗氧剂（汽巴IRGANOX1010）、亚磷酸酯类抗氧剂（汽巴IRGAFOS168）和受阻胺类光稳定剂（汽巴CHIMASSORB944）按1:1:1的质量比组成。
实施例2：环保阻燃低气味改性聚丙烯的制备
将40Kg聚丙烯和30Kg阻燃剂、20Kg消烟剂加入低速混合机100r/min下进行混合，然后加入5Kg TVOC脱除剂进行混匀，再加入5Kg气味吸附剂和1.2Kg稳定剂进行混匀，在双螺杆挤出机的主喂料口加入，熔融共混，经挤出机真空挤出造粒，得到所述校车专用环保阻燃低气味改性聚丙烯材料；所述双螺杆挤出机的长径比为48:1，双螺杆挤出机的加工温度为200℃。
其中，所用的聚丙烯为均聚聚丙烯，TVOC脱除剂为乙醇，无卤阻燃剂为氮磷系阻燃剂（镇江星星阻燃剂MPP），消烟剂为氢氧化铝，气味吸附剂为沸石和粘土以1:2比例混合的复合物。所用稳定剂是由受阻酚类抗氧剂（汽巴IRGANOX1076）、亚磷酸酯类抗氧剂（汽巴IRGAFOS168）和受阻胺类光稳定剂（汽巴CHIMASSORB944）按1:1:1的质量比组成。
实施例3：环保阻燃低气味改性聚丙烯的制备
将89Kg聚丙烯和5Kg阻燃剂、2Kg消烟剂加入低速混合机100r/min下进行混合，然后加入1Kg TVOC脱除剂进行混匀，再加入2Kg气味吸附剂和0.3Kg稳定剂进行混匀，在双螺杆挤出机的主喂料口加入，熔融共混，经挤出机真空挤出造粒，得到所述校车专用环保阻燃低气味改性聚丙烯材料；所述双螺杆挤出机的长径比为52:1，双螺杆挤出机的加工温度为210℃。
其中，所用的聚丙烯为共聚聚丙烯，TVOC脱除剂为异丙醇，无卤阻燃剂为氮磷系阻燃剂（开封华顺HS-NPS-D），消烟剂为氢氧化铝，气味吸附剂为沸石和粘土以1:2比例混合的复合物。所用稳定剂是由受阻酚类抗氧剂（汽巴IRGANOX1330）、亚磷酸酯类抗氧剂（汽巴IRGAFOS168）和受阻胺类光稳定剂（汽巴CHIMASSORB944）按1:1:1的质量比组成。
实施例4：环保阻燃低气味改性聚丙烯的制备
将72Kg聚丙烯和15Kg阻燃剂、7Kg消烟剂加入低速混合机100r/min下进行混合，然后加入2Kg TVOC脱除剂进行混匀，再加入4Kg气味吸附剂和0.9Kg稳定剂进行混匀，在双螺杆挤出机的主喂料口加入，熔融共混，经挤出机真空挤出造粒，得到所述校车专用环保阻燃低气味改性聚丙烯材料；所述双螺杆挤出机的长径比为56:1，双螺杆挤出机的加工温度为230℃。
其中，所用的聚丙烯为均聚聚丙烯，TVOC脱除剂为乙醇，无卤阻燃剂为氮磷系阻燃剂（深圳天锐达MCA），消烟剂为氢氧化镁，气味吸附剂为沸石和粘土以1:2比例混合的复合物。所用稳定剂是由受阻酚类抗氧剂（汽巴IRGANOX1076）、亚磷酸酯类抗氧剂（汽巴IRGAFOS38）和受阻胺类光稳定剂（汽巴CHIMASSORB770）按1:1:1的质量比组成。
实施例5：对比例1
将69Kg聚丙烯和20Kg阻燃剂、5Kg消烟剂加入高速混合机600r/min下进行混合，然后加入3Kg TVOC脱除剂进行混匀，再加入3Kg气味吸附剂和0.6Kg稳定剂进行混匀，在双螺杆挤出机的主喂料口加入，熔融共混，经挤出机真空挤出造粒，得到改性聚丙烯材料；所述双螺杆挤出机的长径比为36:1，双螺杆挤出机的加工温度为180℃。
其中，所用的聚丙烯为共聚聚丙烯，TVOC脱除剂为异丙醇，无卤阻燃剂为氮磷系阻燃剂（镇江星星阻燃剂APP），消烟剂为氢氧化镁，气味吸附剂为沸石和粘土以1:2比例混合的复合物。所用稳定剂是由受阻酚类抗氧剂（汽巴IRGANOX1010）、亚磷酸酯类抗氧剂（汽巴IRGAFOS168）和受阻胺类光稳定剂（汽巴CHIMASSORB944）按1:1:1的质量比组成。
实施例6：对比例2
将69Kg聚丙烯和20Kg阻燃剂、5Kg消烟剂加入低速混合机100r/min下进行混合，然后加入3Kg TVOC脱除剂和0.6Kg稳定剂进行混匀，在双螺杆挤出机的主喂料口加入，熔融共混，经挤出机真空挤出造粒，得到改性聚丙烯材料；所述双螺杆挤出机的长径比为36:1，双螺杆挤出机的加工温度为180℃。
其中，所用的聚丙烯为共聚聚丙烯，TVOC脱除剂为异丙醇，无卤阻燃剂为氮磷系阻燃剂（镇江星星阻燃剂APP），消烟剂为氢氧化镁，所用稳定剂是由受阻酚类抗氧剂（汽巴IRGANOX1010）、亚磷酸酯类抗氧剂（汽巴IRGAFOS168）和受阻胺类光稳定剂（汽巴CHIMASSORB944）按1:1:1的质量比组成。
实施例7：对比例3
将69Kg聚丙烯和20Kg阻燃剂、5Kg消烟剂加入低速混合机100r/min下进行混合，然后加入0.6Kg稳定剂进行混匀，在双螺杆挤出机的主喂料口加入，熔融共混，经挤出机真空挤出造粒，得到改性聚丙烯材料；所述双螺杆挤出机的长径比为36:1，双螺杆挤出机的加工温度为180℃。
其中，所用的聚丙烯为共聚聚丙烯，无卤阻燃剂为氮磷系阻燃剂（镇江星星阻燃剂APP），消烟剂为氢氧化镁，所用稳定剂是由受阻酚类抗氧剂（汽巴IRGANOX1010）、亚磷酸酯类抗氧剂（汽巴IRGAFOS168）和受阻胺类光稳定剂（汽巴CHIMASSORB944）按1:1:1的质量比组成。
实施例8：环保阻燃低气味改性聚丙烯的性能测试
将实施例1～7制备得到的改性聚丙烯材料进行注塑成型制备测试样条，并按照以下测试标准进行性能测试，结果见表1：
（1）拉伸强度：按GB/T1040测试，速度为50mm/min。
（2）悬臂梁缺口冲击强度：按GB/T1843测试。
（3）弯曲模量：按GB/T9341测试，速度为2mm/min。
（4）有机化合物排放测定（TVOC）：按照VDA277测试。
（5）氧指数：按GB/T5454测试。
（6）烟密度：按GB/T8627测试。
（7）气味：按VDA270测试。
由表1中各个实施例和对比例的产品测试结果可以看出，与实施例1相比，采用相同的原材料和挤出机，对比例1由于采用高速混合机进行预混合，使得TVOC脱除剂损耗过多，无法将原材料带入和加工过程产生的TVOC脱除到校车标准的要求。
对比例2中加入了TVOC脱除剂，使TVOC明显降低，但由于没有加入气味吸附剂，从而达不到气味3.5级的要求。对比例3中没有使用TVOC脱除剂和气味吸附剂，气味和TVOC均达不到要求。
本发明的环保阻燃低气味改性聚丙烯材料，通过对阻燃剂和消烟剂的选择，达到阻燃和降低烟密度的效果，同时配合使用气味吸附剂和TVOC脱除剂，可以将原材料带入和加工过程产生的TVOC脱除的更加干净，气味更小，达到校车内饰专用料的各项技术指标。
表1环保阻燃低气味改性聚丙烯的性能指标
Figure BDA0000450218270000081
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种环保阻燃低气味改性聚丙烯，其特征在于包含以下质量百分数计的组分：
Figure FDA0000450218260000011
2.根据权利要求1所述的环保阻燃低气味改性聚丙烯，其特征在于：所述的聚丙烯为均聚聚丙烯和共聚聚丙烯中的至少一种，其熔体流动速率在230℃、2.16Kg的条件下为0.5～50g/10min。
3.根据权利要求1所述的环保阻燃低气味改性聚丙烯，其特征在于：所述的阻燃剂为氮磷系阻燃剂；所述的消烟剂为金属氢氧化物。
4.根据权利要求1所述的环保阻燃低气味改性聚丙烯，其特征在于：所述的气味吸附剂为沸石和粘土以质量比1:2混合的复合物。
5.根据权利要求1所述的环保阻燃低气味改性聚丙烯，其特征在于：所述的TVOC脱除剂为C1～C8的醇类物质；所述的稳定剂指受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂和受阻胺类光稳定剂。
6.根据权利要求1所述的环保阻燃低气味改性聚丙烯，其特征在于：所述的阻燃剂指聚磷酸铵、季戊四醇磷酸酯、蜜胺磷酸盐和三聚氰胺氰尿酸酯中的至少一种；所述的消烟剂为氢氧化镁和氢氧化铝中的至少一种；所述的TVOC脱除剂为乙醇和异丙醇中的至少一种。
7.根据权利要求4所述的环保阻燃低气味改性聚丙烯，其特征在于：所述的沸石为亲水性沸石，孔径为0.2～1nm；所述的粘土为疏水型粘土，SiO2/Al2O3的摩尔比为（50～400）:1。
8.一种根据权利要求1～7任一项所述的环保阻燃低气味改性聚丙烯的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
将聚丙烯、阻燃剂和消烟剂加入低速混合机进行混合，然后加入TVOC脱除剂混匀，再加入气味吸附剂和稳定剂混匀，在双螺杆挤出机的主喂料口加入，进行熔融共混，真空挤出造粒，得到环保阻燃低气味改性聚丙烯。
9.根据权利要求8所述的环保阻燃低气味改性聚丙烯的制备方法，其特征在于：所述双螺杆挤出机的长径比为（36～56）:1；所述双螺杆挤出机的加工温度为180～230℃。
10.根据权利要求1～7任一项所述的环保阻燃低气味改性聚丙烯在汽车工业内饰中的应用。
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