CN104194152B - 一种无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。该方法包括：首先将聚丙烯、甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯、抗氧剂1010、过氧化二异丙苯预混后，经过挤出机进行反应性接枝并造粒。然后将造好的粒料烘干后与水镁石粉混合，经过挤出机进行混合塑化并造粒，从而制备得到的无卤阻燃聚丙烯复合材料。

Description

一种无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种阻燃高分子材料及其制备方法。更具体地讲，本发明涉及一种无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是一种通用塑料，其耐热性高、绝缘性好，应用领域很广。但聚丙烯的氧指数在16-19之间，是一种可燃材料。通常的加溴系阻燃剂虽能使阻燃达到要求，但燃烧时产生大量有毒烟气。
由于重大火灾、焚烧塑料造成的二次污染、二恶英问题的出现，以及对环境保护的日趋严格，迫使塑料工业转向使用无毒、无公害、抑烟的无机阻燃剂，占市场份额较大的溴系阻燃剂逐渐受到限制，无机类阻燃剂(特别是Mg(OH)2和Al(OH)3)具有广阔的发展空间。
Al(OH)3问世早，但Mg(OH)2阻燃剂的主要性能均优于Al(OH)3。除对环境的影响相当外，在热反应、分解温度、适用的聚合物、阻燃能力、抑烟能力、对酸的稳定性等几方面，Mg(OH)2均优于Al(OH)3，也优于传统的卤系、磷系阻燃剂。因此它有进一步取代Al(OH)3的趋势。
我国特产的天然水镁石矿物的主要成分为氢氧化镁，MgO含量为63％-65％，用其作阻然剂会大大降低阻燃材料成本。我国有着丰富的水镁石资源，若以天然水镁石代替合成的氢氧化镁，将对我国无卤阻燃技术的发展具有重要的意义。
氢氧化镁的吸热量小于高分子材料的燃烧热，为了达到理想的阻燃效果，必须有较大的填充量。单独使用时添加量需要在60％以上时才具有较好的阻燃效果，这往往会不同程度地影响材料的加工性能和机械力学性能。
因此，用氢氧化镁阻燃PP的技术难点是其高填充量造成的聚合物材料力学性能的大幅下降，以及材料加工困难，无法达到应用的要求。
研究发现加入某些增效剂(如有机硅阻燃剂、红磷等)可以降低氢氧化镁的填充量，显着地改善材料的阻燃及机械性能。但由于其与聚丙烯相容性不好而分散不均，且分子量较低而容易迁移，从而影响了其效果。
氢氧化镁是一种极性很强的无机化合物，其晶体在(101)方向有微观内应变，晶体表面带有正电荷、具有亲水性，和亲油性的聚合物分子的亲和力欠佳，晶粒趋向于二次凝聚；同时，氢氧化镁与聚合物的界面产生空隙，导致分散性很差，与其它材料的兼容性也差，因此在高填充量的情况下混合料的断面常会出现弥散度差和亲和性不好而引起的“夹生”现象。为此必须对氢氧化镁进行表面改性，同时配合和其它阻燃剂的协同效应，以改善它在高分子材料中的分散性和兼容性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种无卤燃聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤:
(1)制备甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯接枝聚丙烯
按照比例将聚丙烯、甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯、抗氧剂1010、过氧化二异丙苯预混后，经过挤出机进行反应性接枝挤出并造粒，挤出混炼温度为170-210℃，制备得到甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯接枝聚丙烯。其中，聚丙烯为基体树脂、甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯为单体、过氧化二异丙苯为引发剂、抗氧剂1010为抗降解剂。
(2)制备阻燃聚丙烯/水镁石复合材料
将获得的甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯接枝聚丙烯粒料进行干燥并与水镁石粉混合，经过挤出机进行混合塑化并造粒，挤出混炼温度为170-210℃。制备得到无卤阻燃聚丙烯复合材料。
该方法中各料配方组分(按重量计)为:
本发明还公开了一种无卤阻燃聚丙烯复合材料，包括以下重量份组分：
本发明的原理是：将具有阻燃作用的含氮单体接枝到聚丙烯大分子链上，解决了阻燃单体的分散与迁移难题；再将接枝阻燃成分的聚丙烯与水镁石混合，通过发挥二者不同阻燃作用，可更好地实现阻燃协同作用，从而可以降低水镁石的用量。
本发明中的甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯不作具体限制，例如可以为PAM-100或PAM-200。
本发明与现有技术相比，具有如下优点:
(1)将含磷阻燃单体接枝到聚丙烯，从而使阻燃成份分散均匀且不迁移，可充分发挥其与水镁石的协同阻燃作用。
(2)甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯有表面活性，有利于氢氧化镁的分散，因此水镁石粉使用前无须进行表面处理。
(3)由于显著的阻燃协效作用，大大降低了水镁石的使用量。在水镁石用量为28-37.5％时就可以达到UL-94V0的阻燃效果。
具体实施方式
实例1
将聚丙烯50份、甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯3份、抗氧剂10100.1份,过氧化二异丙苯0.2份预混合，将上述预混料在长径比为32，分六区控温的双螺杆挤出机中进行反应性挤出造粒，一至六区加工温度依次为:170℃，190℃，195℃，200℃，210℃，205℃，机头温度210℃。
将造好的粒料烘干后与水镁石粉30份混合，然后经过双螺杆挤出机进行混合塑化并造粒，挤出混炼工艺与前面相同，制备得到本发明的无卤阻燃聚丙烯复合材料。
实例2
将聚丙烯50份、甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯4份、抗氧剂10100.1份,过氧化二异丙苯0.3份预混合，将上述预混料后在长径比为32，分六区控温的双螺杆挤出机中进行反应性挤出造粒，一至六区加工温度依次为:170℃,190℃，195℃,200℃,210℃,205℃，机头温度210℃。
将造好的粒料烘干后与水镁石粉25份混合，然后经过双螺杆挤出机进行混合塑化并造粒，挤出混炼与前面相同，制备得到本发明的无卤阻燃聚丙烯复合材料。
实例3
将聚丙烯50份、甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯5份、抗氧剂10100.1份过氧化二异丙苯0.4份预混合，将上述原料预混后在长径比为32，分六区控温的双螺杆挤出机中进行反应性挤出造粒，一至六区加工温度依次为:170℃,190℃，195℃,200℃,210℃,205℃，机头温度210℃。将造好的粒料烘干后与水镁石粉20份混合，然后经过双螺杆挤出机进行混合塑化并造粒，挤出混炼工艺与前面相同，制备得到本发明的无卤阻燃聚丙烯复合材料。
实例1-3的性能测试数据依次如下表所示：
实例序号 拉伸强度/MPa 冲击强度/kJ.m-2 UL-94
1 18.2 3.7 V0
2 20.3 4.2 V0
3 22.4 4.3 V0

Claims (1)

1.一种无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：首先将聚丙烯50份、甲基丙烯酸酯基烷氧基磷酸酯3-5份、抗氧剂1010 0.1份、过氧化二异丙苯0.2-0.4份预混，经过挤出机进行反应性接枝并造粒，挤出混炼温度为170-210℃；然后将造好的粒料烘干后与水镁石粉20-30份混合，经过挤出机进行混合塑化并造粒，挤出混炼温度为170-210℃，制备得到无卤阻燃聚丙烯复合材料。
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