CN103772788A - 阻燃聚烯烃树脂组合物及其制备方法和阻燃座椅 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃聚烯烃树脂组合物及其制备方法和由该阻燃聚烯烃树脂组合物制成的阻燃座椅。本发明的阻燃聚烯烃树脂组合物包括如下重量份的成分：聚烯烃树脂100份，磷氮系膨胀型无卤复合阻燃剂20～65份，溴锑系复合阻燃剂20～42份，树脂改性剂5～20份，加工助剂0.1～3.0份。本发明的阻燃聚烯烃树脂组合物制备的座椅不但具有低卤低毒的特点，且阻燃座椅制品的氧指数≥32.0，垂直燃烧达到UL94V0级，拉伸强度≥20MPa，弯曲强度≥30MPa，缺口冲击强度≥10KJ/M2，烟密度等级（SDR）小于60。最后将阻燃座椅制品根据GB8624-2012标准进行检测，结果表明，最大热释放速率峰值为小于113KW，5min内总放热量小于7.8MJ，最大烟密度小于38%，满足了国标8624-2012B1级难燃材料要求。

Description

阻燃聚烯烃树脂组合物及其制备方法和阻燃座椅
技术领域
本发明属于消防技术领域，具体涉及一种阻燃聚烯烃树脂组合物及其制备方法和阻燃座椅。
背景技术
随着2007年3月1日国家对《公共场所阻燃制品及组件燃烧性能要求和标示》的正式实施，人们对公共场所的消防安全日益增加。该公共场所包括体育场（馆）和公交车等公共聚集场所，而座椅场区是人群集中的地方。若是这些地方发生火灾，极不利于人群疏散和消防救援，因此座椅的阻燃安全问题尤为突出。
中国专利CN101704973A公开了一种用于阻燃座椅的比重轻、耐冲击的阻燃聚丙烯组合物，其包括聚丙烯70%～80%、阻燃剂6%～10%、氧化锑3%～8%、增韧剂5%～8%、纳米级高岭土5%～10%、抗氧剂0.1%～0.5%、抗氧辅剂0.1%～0.5%和己烯基双硬脂酰胺0.1%～1%。其采用卤脂族磷酸酯和氧化锑的复合阻燃剂，但是其固相阻燃作用较差，在火场中燃烧时存在发烟量大，产生的有毒烟雾不利于消防救援，同时所产生的有毒烟雾具有易腐蚀加工设备等缺陷而不受欢迎。专利CN201110167187.0公开了另一种用于阻燃座椅的吹塑型无卤阻燃聚丙烯材料组合物，其包括聚丙烯100份，磷氮系膨胀型无卤复合阻燃剂40～85份、树脂改性剂3～20份、颜料0.05～0.5份、抗氧剂0.4～2.0份、紫外线吸收剂0.3～2.0份、光稳定剂0.3～2.0份和其它加工助剂1.0～3.0份。但是其所制备的吹塑型无卤阻燃聚丙烯材料，由于阻燃剂添加量还相对较大，一方面影响了材料力学性能，另一方面所选用的阻燃剂由于气相阻燃作用较差，致使座椅制品在实体火灾中存在不能自熄灭等问题。因此确有必要开发一种集气相阻燃和固相阻燃效果兼具的环保型阻燃座椅。
发明内容
本发明针对现有技术中阻燃座椅在固相阻燃和气相阻燃两方面不能兼顾的技术问题，目的在于提供一种新的阻燃聚烯烃树脂组合物。
本发明的阻燃聚烯烃树脂组合物包括以下重量份的成分：聚烯烃树脂100份，磷氮系膨胀型无卤复合阻燃剂20～65份优选30～60份，溴锑系复合阻燃剂20～42份优选22～40份，树脂改性剂5～20份优选6～15份，加工助剂0.1～3.0份优选0.3～2.5份；
其中，所述的磷氮系膨胀型无卤复合阻燃剂是含有聚磷酸铵(聚合度大于1000)15～40份优选18～35份、成炭剂4～20份优选6～18份和三聚氰胺0.5～15份优选1.0～10份的混合物；所述的溴锑系复合阻燃剂为含有6～30份优选7～25份十溴二苯乙烷、2～10份优选2.5～9份三氧化二锑和1～15份优选2～10份阻燃协效剂的混合物；
其中，所述的成炭剂选自双季戊四醇、三季戊四醇、季戊四醇磷酸盐、热塑性酚醛树脂、尼龙6和热塑性聚氨酯中的一种；所述的阻燃协效剂是硼酸锌、三氧化钼、八钼酸铵、纳米水滑石和纳米蒙脱土中的至少2种复配而成。
在本发明中，所有成分的份数均指重量份，所有成分均以聚烯烃树脂为100份为基础进行计算。
本发明通过添加磷氮系膨胀型无卤复合阻燃剂，不但增加了聚烯烃材料的固相阻燃作用，解决了只含有溴锑系阻燃剂的阻燃聚烯烃材料燃烧时易熔融滴落、成炭性差等问题，同时还减少了溴锑系阻燃剂的添加量，既节约了成本，又提高了材料的阻燃性能，同时还可以减少阻燃剂的总添加量，致使阻燃聚烯烃座椅制品的力学性能及燃烧性能进一步提高，满足了环保、阻燃要求。
本发明通过添加溴锑系复合阻燃剂，用于增加聚烯烃座椅材料在燃烧时的气相阻燃作用，此外，阻燃协效剂的添加，既降低了聚烯烃座椅材料的烟密度等级，也降低了材料的热值，同时还进一步提高了材料阻燃性能，从而进一步减少了阻燃剂添加量，致使阻燃聚丙烯座椅制品的力学性能及燃烧性能进一步提高，并满足了环保、阻燃要求。
所述的聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯和/或丙烯-丁二烯-苯二烯（ABS）共聚物；
所述的树脂改性剂选自下列物质组中的至少一种：马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、乙烯醋酸乙烯酯共聚物和马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物；本发明通过加入树脂改性剂，使阻燃剂在聚烯烃材料中的分散性得到了显著改善，有效地协调了阻燃聚烯烃材料高强度、高韧性、高阻燃要求。
所述的加工助剂选自下列物质组中的至少一种：聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、N,N'-乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸锌和硬脂酸镁。
本发明的阻燃聚烯烃树脂组合物还可以包括颜料0.05～0.5份优选0.1～0.4份，抗氧剂0.4～2.0份优选0.5～1.5份，紫外线吸收剂0.2～2.0份优选0.3～1.5份，和/或光稳定剂0.3～2.0份优选0.4～1.5份。所述的抗氧剂选自下列物质组中的至少一种：四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和硫代二丙酸二月桂酯；所述的光稳定剂选自低聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)-亚氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][2-(2,2,6,6-四甲基哌啶基)-氨基]-亚己基-[4-(2,2,6,6-四甲基哌啶基)-亚氨基]]（UV944）、聚(1-羟乙基-2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶)丁二酸酯和癸二酸双(2,2,6,6-四甲基哌啶)酯中的至少一种；所述的颜料为酞青蓝、酞青绿、不溶性单偶氮颜料、不溶性双偶氮颜料中的一种；所述的紫外线吸收剂是2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮（UV531）、2-(2＇-羟基-3＇,5一二叔丁基苯基)苯并三唑（UV328）、2-（2′-羟基-3′，5′-二叔丁基苯基）-5-氯代苯并三唑（UV327）中的一种。
本发明的另一目的在于提供一种制备本发明的阻燃聚烯烃树脂组合物方法，其特征是将聚烯烃树脂、磷氮系膨胀型无卤复合阻燃剂、溴锑系复合阻燃剂、树脂改性剂和加工助剂原料混匀，倒入挤塑机中，于90～110r/min转速下，控制挤塑机一区至九区的温度依次为：160±10℃、165±10℃、165±10℃、170±10℃、175±10℃、180±10℃、180±10℃、175±10℃和175±10℃，熔融挤出造粒，得到阻燃聚烯烃树脂组合物。
所述的原料还可以包括颜料、抗氧剂、光稳定剂和/或紫外线吸收剂。
本发明的另一目的在于提供一种阻燃座椅，该阻燃座椅由本发明的阻燃聚烯烃树脂组合物制得。具体地是，将阻燃聚烯烃树脂组合物置于注塑机的料斗中，控制注塑机的料筒Ⅰ区～Ⅶ区的温度：Ⅰ区为170±10℃、Ⅱ区为175±10℃、Ⅲ区为175±10℃、Ⅳ区为170±10℃、Ⅴ区为160±10℃、Ⅵ区为155±10℃和Ⅶ区为145±10℃，控制射嘴温度为180±10℃，控制射胶时间为10±5秒，控制射胶1段速度为20%～40%，压力为80～110bar，控制射胶2段速度为60%～80%，射胶压力为100～120bar，注塑加工成阻燃座椅。
本发明的阻燃聚烯烃树脂组合物制得的阻燃座椅不但具有低卤低毒的特点，且阻燃座椅制品的氧指数≥32.0，垂直燃烧达到UL94V0级，拉伸强度≥20MPa，弯曲强度≥30MPa，缺口冲击强度达到≥10KJ/M2，烟密度等级（SDR）小于60。最后将阻燃座椅制品根据GB8624-2012标准进行检测，结果表明，最大热释放速率峰值为小于113KW，5min内总放热量小于7.8MJ，最大烟密度小于38%，满足了国标8624-2012B1级难燃材料要求。将本发明的阻燃座椅分别安置在公交车内、体育场馆内进行实体火灾实验，结果未出现火灾蔓延及轰燃现象，说明本发明阻燃座椅具有较好的火灾安全性。
具体实施方式
实施例1
原料包括如下重量份的组份：
Figure BDA0000455372750000041
称取上述原料后，于混合机中混合15min。然后，倒入双螺杆挤塑机中，控制挤塑机的螺杆转速为100r/min，并控制挤塑机上一区至九区的温度分别为160℃、165℃、170℃、175℃、175℃、180℃、180℃、175℃和175℃，熔融挤出造粒，得到阻燃聚烯烃树脂组合物。
将上述所得阻燃聚烯烃树脂组合物置于注塑机的料斗中，控制注塑机的料筒Ⅰ区～Ⅶ区的温度：Ⅰ区为170℃、Ⅱ区为175℃、Ⅲ区为175℃、Ⅳ区为170℃、Ⅴ区为160℃、Ⅵ区为155℃和Ⅶ区为145℃，控制射嘴温度为180℃，控制射胶时间为10秒，在射胶1段速度为20%，压力为80bar，射胶2段速度为80%，射胶压力为100bar时注塑加工成阻燃座椅制品。
实验表明，阻燃座椅制品的拉伸强度为21.5MPa，弯曲强度31.3MPa，简支梁缺口冲击强度10.7KJ/m2，氧指数为38，垂直燃烧实验通过UL-94V0级，烟密度等级SDR=45，最大热释放速率为135.7kw/m2。最后将阻燃座椅制品根据GB8624-2012标准进行检测，结果表明，最大热释放速率峰值为53KW，5min内总放热量为4MJ，最大烟密度为6.8%，满足了国标8624-2012B1级难燃材料要求。
实施例2
原料包括如下重量份的组份：
将阻燃聚烯烃树脂组合物置于注塑机的料斗中，控制注塑机的料筒Ⅰ区～Ⅶ区的温度：Ⅰ区为160℃、Ⅱ区为165℃、Ⅲ区为165℃、Ⅳ区为160℃、Ⅴ区为150℃、Ⅵ区为145℃和Ⅶ区为135℃，控制射嘴温度为180±10℃，控制射胶时间为12秒，在射胶1段速度为40%，压力为110bar，射胶2段速度为60%，射胶压力为120bar时注塑加工成阻燃座椅制品。
实验表明，阻燃座椅制品的拉伸强度达到22.5MPa、弯曲强度31.7MPa，简支梁缺口冲击强度10.9KJ/m2，氧指数达到37.4、垂直燃烧达到UL94V0级，烟密度等级SDR=48，同时最大热释放速率下降到为153.5kw/m2。最后将阻燃座椅制品根据GB8624-2012标准进行检测，结果表明，最大热释放速率峰值为58KW，5min内总放热量为4.5MJ，最大烟密度为12%，满足了国标8624-2012B1级难燃材料要求。
实施例3
原料包括如下重量份的组份：
Figure BDA0000455372750000061
将阻燃聚烯烃树脂组合物置于注塑机的料斗中，控制注塑机的料筒Ⅰ区～Ⅶ区的温度：Ⅰ区为180℃、Ⅱ区为185℃、Ⅲ区为185℃、Ⅳ区为180℃、Ⅴ区为170℃、Ⅵ区为165℃和Ⅶ区为155℃，控制射嘴温度为175℃，控制射胶时间为12秒，在射胶1段速度为30%，压力为100bar，射胶2段速度为70%，射胶压力为110bar时注塑加工成阻燃座椅制品
实验表明，阻燃座椅制品的拉伸强度达到23.7MPA、氧指数达到35.3、垂直燃烧达到UL94V0级，弯曲强度32.5MPa，简支梁缺口冲击强度为11.3KJ/m2，烟密度等级SDR=52，同时最大热释放速率下降到为157.5kw/m2。最后将阻燃座椅制品根据GB8624-2012标准进行检测，结果表明，最大热释放速率峰值为85KW，5min内总放热量为5.4MJ，最大烟密度为10.5%，满足了国标8624-2012B1级难燃材料要求。
实施例4
原料包括如下重量份的组份：
Figure BDA0000455372750000062
Figure BDA0000455372750000071
将阻燃聚烯烃树脂组合物置于注塑机的料斗中，控制注塑机的料筒Ⅰ区～Ⅶ区的温度：Ⅰ区为175℃、Ⅱ区为180℃、Ⅲ区为180℃、Ⅳ区为175℃、Ⅴ区为165℃、Ⅵ区为160℃和Ⅶ区为150℃，控制射嘴温度为185℃，控制射胶时间为15秒，在射胶1段速度为35%，压力为90bar，射胶2段速度为70%，射胶压力为110bar时注塑加工成阻燃座椅制品。
阻燃座椅制品的拉伸强度为24.2MPa，弯曲强度32.5MPa，简支梁缺口冲击强度为11.3KJ/m2，氧指数为34.0，垂直燃烧实验通过UL94V0级，烟密度等级SDR=58，同时最大热释放速率下降到为195.8kw/m2。最后将阻燃座椅制品根据GB8624-2012标准进行检测，结果表明，最大热释放速率峰值为113KW，5min内总放热量为7.8MJ，最大烟密度为38%，满足了国标8624-2012B1级难燃材料要求。
实施例5
原料包括如下重量份的组份：
Figure BDA0000455372750000072
Figure BDA0000455372750000081
将阻燃聚烯烃树脂组合物置于注塑机的料斗中，控制注塑机的料筒Ⅰ区～Ⅶ区的温度：Ⅰ区为160℃、Ⅱ区为165℃、Ⅲ区为165℃、Ⅳ区为160℃、Ⅴ区为150℃、Ⅵ区为145℃和Ⅶ区为135℃，控制射嘴温度为180±10℃，控制射胶时间为12秒，在射胶1段速度为40%，压力为110bar，射胶2段速度为60%，射胶压力为120bar时注塑加工成阻燃座椅制品。
实验表明，阻燃座椅制品的拉伸强度达到22.7MPa、弯曲强度31.9MPa，简支梁缺口冲击强度11.0KJ/m2，氧指数达到38.0、垂直燃烧达到UL94V0级，烟密度等级SDR=52，同时最大热释放速率下降到为150.7kw/m2。最后将阻燃座椅制品根据GB8624-2012标准进行检测，结果表明，最大热释放速率峰值为55KW，5min内总放热量为4.3MJ，最大烟密度为17%，满足了国标8624-2012B1级难燃材料要求。
对比例1
原料包括如下重量份的组份：
Figure BDA0000455372750000082
将阻燃聚烯烃树脂组合物置于注塑机的料斗中，控制注塑机的料筒Ⅰ区～Ⅶ区的温度：Ⅰ区为160℃、Ⅱ区为165℃、Ⅲ区为165℃、Ⅳ区为160℃、Ⅴ区为150℃、Ⅵ区为145℃和Ⅶ区为135℃，控制射嘴温度为180±10℃，控制射胶时间为12秒，在射胶1段速度为40%，压力为110bar，射胶2段速度为60%，射胶压力为120bar时注塑加工成阻燃座椅制品。
实验表明，阻燃座椅制品的拉伸强度达到22.1MPA、弯曲强度30.8MPa，简支梁缺口冲击强度为8.5KJ/M2，氧指数为28.4、熔融滴落，烟密度等级SDR大于75，最大热释放速率为458.5kw/m2。最后将阻燃座椅制品根据GB8624-2012标准进行检测，结果表明，最大热释放速率峰值为358KW，5min内总放热量为40MJ，最大烟密度为150%，不能满足国标8624-2012B1级难燃材料要求。
对比例2
原料包括如下重量份的组份：
Figure BDA0000455372750000091
将阻燃聚烯烃树脂组合物置于注塑机的料斗中，控制注塑机的料筒Ⅰ区～Ⅶ区的温度：Ⅰ区为160℃、Ⅱ区为165℃、Ⅲ区为165℃、Ⅳ区为160℃、Ⅴ区为150℃、Ⅵ区为145℃和Ⅶ区为135℃，控制射嘴温度为180±10℃，控制射胶时间为12秒，在射胶1段速度为40%，压力为110bar，射胶2段速度为60%，射胶压力为120bar时注塑加工成阻燃座椅制品。
实验表明，阻燃座椅制品的拉伸强度达到21.5MPA、氧指数达到30.4、不熔融滴落，垂直燃烧达到UL94V0级，烟密度等级SDR=72，最大热释放速率下降到为293.5kw/m2。将最后阻燃座椅制品根据GB8624-2012标准进行检测，结果表明，最大热释放速率峰值为258KW，5min内总放热量为35MJ，最大烟密度为110%，不能满足国标8624-2012B1级难燃材料要求。
对比例3
原料包括如下重量份的组份：
Figure BDA0000455372750000101
将阻燃聚烯烃树脂组合物置于注塑机的料斗中，控制注塑机的料筒Ⅰ区～Ⅶ区的温度：Ⅰ区为160℃、Ⅱ区为165℃、Ⅲ区为165℃、Ⅳ区为160℃、Ⅴ区为150℃、Ⅵ区为145℃和Ⅶ区为135℃，控制射嘴温度为180±10℃，控制射胶时间为12秒，在射胶1段速度为40%，压力为110bar，射胶2段速度为60%，射胶压力为120bar时注塑加工成阻燃座椅制品。
实验表明，阻燃座椅制品的拉伸强度达到21.1MPA、弯曲强度29.8MPa，简支梁缺口冲击强度为8.5KJ/M2，氧指数达到31.8、垂直燃烧达到UL94V0级，烟密度等级SDR=45，最大热释放速率为323.5kw/m2。最后将阻燃座椅制品根据GB8624-2012标准进行检测，结果表明，最大热释放速率峰值为253KW，5min内总放热量为38MJ，最大烟密度为60%，不满足国标8624-2012B1级难燃材料要求。
实施例中所有原料均为市售。

Claims (8)

1.一种阻燃聚烯烃树脂组合物，其特征是包括以下重量份的成分：聚烯烃树脂100份，磷氮系膨胀型无卤复合阻燃剂20～65份优选30～60份，溴锑系复合阻燃剂20～42份优选22～40份，树脂改性剂5～20份优选6～15份，加工助剂0.1～3.0份优选0.3～2.5份；
其中，所述的磷氮系膨胀型无卤复合阻燃剂是含有聚磷酸铵15～40份优选18～35份、成炭剂4～20份优选6～18份和三聚氰胺0.5～15份优选1.0～10份的混合物；所述的溴锑系复合阻燃剂为含有6～30份优选7～25份十溴二苯乙烷、2～10份优选2.5～9份三氧化二锑和1～15份优选2～10份阻燃协效剂的混合物；
其中，所述的成炭剂选自双季戊四醇、三季戊四醇、季戊四醇磷酸盐、热塑性酚醛树脂、尼龙6和热塑性聚氨酯中的一种；所述的阻燃协效剂是硼酸锌、三氧化钼、八钼酸铵、纳米水滑石和纳米蒙脱土中的至少2种复配而成。
2.如权利要求1所述的组合物，其特征在于：
所述的聚烯烃树脂为聚乙烯、聚丙烯和/或丙烯-丁二烯-苯二烯共聚物；
所述的树脂改性剂选自下列物质组中的至少一种：马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、乙烯醋酸乙烯酯共聚物和马来酸酐接枝乙烯-辛烯共聚物；
所述的加工助剂选自下列物质组中的至少一种：聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、N,N'-乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸钙、硬脂酸锌和硬脂酸镁。
3.如权利要求1所述的组合物，其特征在于：该阻燃聚烯烃树脂组合物还包括颜料0.05～0.5份优选0.1～0.4份，抗氧剂0.4～2.0份优选0.5～1.5份，紫外线吸收剂0.2～2.0份优选0.3～1.5份，和/或光稳定剂0.3～2.0份优选0.4～1.5份。
4.如权利要求3所述的组合物，其特征在于：所述的抗氧剂选自下列物质组中的至少一种：四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、三(2.4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯和硫代二丙酸二月桂酯；所述的光稳定剂选自低聚[[6-[(1,1,3,3-四甲基丁基)-亚氨基]-1,3,5-三嗪-2,4-二基][2-(2,2,6,6-四甲基哌啶基)-氨基]-亚己基-[4-(2,2,6,6-四甲基哌啶基)-亚氨基]]、聚(1-羟乙基-2,2,6,6-四甲基-4-羟基哌啶)丁二酸酯和癸二酸双(2,2,6,6-四甲基哌啶)酯中的至少一种；所述的颜料为酞青蓝、酞青绿、不溶性单偶氮颜料、不溶性双偶氮颜料中的一种；所述的紫外线吸收剂是2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮（UV531）、2-(2′-羟基-3′,5-二叔丁基苯基)苯并三唑（UV328）、2-(2′-羟基-3′,5'-二叔丁基苯基)-5-氯代苯并三唑（UV327）中的一种。
5.一种制备权利要求1所述的阻燃聚烯烃树脂组合物的方法，其特征在于：将聚烯烃树脂、磷氮系膨胀型无卤复合阻燃剂、溴锑系复合阻燃剂、树脂改性剂和加工助剂原料混匀，倒入挤塑机中，于90～110r/min转速下，控制挤塑机一区至九区的温度依次为：160±10℃、165±10℃、165±10℃、170±10℃、175±10℃、180±10℃、180±10℃、175±10℃和175±10℃，熔融挤出造粒，得到阻燃聚烯烃树脂组合物。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述的原料还包括颜料、抗氧剂、光稳定剂和/或紫外线吸收剂。
7.一种阻燃座椅，其特征在于：该阻燃座椅由权利要求1～4任一项所述的阻燃聚烯烃树脂组合物制得。
8.如权利要求7所述的阻燃座椅，其特征在于：具体地是，将阻燃聚烯烃树脂组合物置于注塑机的料斗中，控制注塑机的料筒Ⅰ区～Ⅶ区的温度：Ⅰ区为170±10℃、Ⅱ区为175±10℃、Ⅲ区为175±10℃、Ⅳ区为170±10℃、Ⅴ区为160±10℃、Ⅵ区为155±10℃和Ⅶ区为145±10℃，控制射嘴温度为180±10℃，控制射胶时间为10±5秒，控制射胶1段速度为20%～40%，压力为80～110bar，控制射胶2段速度为60%～80%，射胶压力为100～120bar，注塑加工成阻燃座椅。
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