CN104629095A

CN104629095A - 一种环保型复合阻燃剂及其聚丙烯阻燃组合物

Info

Publication number: CN104629095A
Application number: CN201510094950.XA
Authority: CN
Inventors: 周柏阳; 罗振扬; 何明; 李本刚
Original assignee: NANJING SHOSTAR PLASTICS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: NANJING SHOSTAR PLASTICS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2015-03-04
Filing date: 2015-03-04
Publication date: 2015-05-20

Abstract

本发明公开了一种环保型复合阻燃剂及其聚丙烯阻燃组合物，具有低成本及无卤的特点。其聚丙烯阻燃组合物具有耐水性能突出、阻燃性能好，可作为功能性阻燃母料在聚丙烯材料中应用，尤其可在玻纤增强聚丙烯复合材料中解决聚丙烯阻燃组合物与纤维界面相容、浸润、粘接等问题。本发明的聚丙烯阻燃复合物作为阻燃母料使用时，在聚丙烯中用量一般不超过35wt％。本发明的环保型复合阻燃剂，其由以下组分按重量比经有机硅原位微胶囊包裹制备而成：聚磷酸铵35～55份、氰尿酸三聚氰胺18～35份、淀粉20～35份。

Description

一种环保型复合阻燃剂及其聚丙烯阻燃组合物

技术领域

本发明涉及一种阻燃剂及其阻燃组合物，更具体地说涉及一种环保型复合阻燃剂及其聚丙烯阻燃组合物。

背景技术

聚丙烯(PP)是产量最大的热塑性塑料，广泛应用于交通运输、电子电器等领域。但聚丙烯属于易燃材料，其极限氧指数(LOI)仅为17.0％～17.5％，且聚丙烯在燃烧过程中不易成炭、并伴随大量的溶滴，因此明显限制了聚丙烯材料的进一步开发应用。因此，开展聚丙烯材料的阻燃研究是聚丙烯材料开发的热点之一。传统的含卤阻燃剂尽管效果显著，但燃烧时会放出大量烟雾和有毒气体，对火灾现场人员的撤离和救援十分不利。近年来，随着人们环保意识增强，国内外已经开始限制和禁止含卤阻燃剂的生产和使用。因此，开发低烟、无毒、环保高效的阻燃剂迫在眉睫。

目前，用于聚丙烯阻燃体系的阻燃剂常见的有膨胀型阻燃剂(IFR)、金属氢氧化物、红磷等。其中IFR由于具有低烟、低毒、无腐蚀气体释放等优点，是目前最具发展前景的无卤阻燃剂。尽管现有的IFR体系具有其他阻燃体系难以比拟的优点，但其自身也还存在不足：如耐水性差、阻燃效率较低、添加量大、对材料力学性能恶化严重等。因此，开发新型高效的无卤膨胀型阻燃体系，非常有必要。

为了解决膨胀型阻燃剂耐水性差的问题，现有技术中采用三聚氰胺-甲醛树脂原位微胶囊包裹聚磷酸铵，并将其与季戊四醇复配制备阻燃聚丙烯混合物(Micro encapsulated ammoniumpolyphosphate with urea-melamine-formaldehyde shell:preparation，characterization，and its flameretardance in polypropylene，Polymers for Advanced Technologies,2008,19(8):1118-1125)。然而，季戊四醇的水溶性比聚磷酸铵大得多，因此仅对聚磷酸铵进行包覆改性并不能有效改善体系的耐水性能。专利公开号为CN102585347B的中国专利公开了一种包含磷氮膨胀型阻燃剂、含硅三嗪大分子成炭剂、有机陶瓷前驱体、含磷纳米蒙脱土的聚丙烯用阻燃体系。尽管该技术耐水性能突出，但成本较高。另外专利公开号为CN102888025B的中国专利则公开了一种低成本的聚丙烯用无卤阻燃体系，其主要成分是甲基硅基甲基膦酸二甲酯、氰尿酸三聚氰胺、氢氧化镁和氢氧化铝。这种阻燃体系尽管成本较低，但采用了甲基硅基甲基膦酸二甲酯，在聚丙烯中的迁移是不可避免的缺陷，其阻燃效果的长期性难以保证。因此需要研制一种新型的阻燃剂以解决现有技术中存在的问题。

发明内容

本发明的目的是克服现有膨胀型阻燃体系存在的缺陷，提供一种环保型复合阻燃剂，具有低成本及无卤的特点。

本发明还提供使用环保型复合阻燃剂制备的聚丙烯阻燃组合物，其具有耐水性能突出、阻燃性能好，可作为功能性阻燃母料在聚丙烯材料中应用，尤其可在玻纤增强聚丙烯复合材料中解决聚丙烯阻燃组合物与纤维界面相容、浸润、粘接等问题。本发明的聚丙烯阻燃复合物作为阻燃母料使用时，在聚丙烯中用量一般不超过35wt％。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明的环保型复合阻燃剂，其由以下组分按重量比经有机硅原位微胶囊包裹制备而成：

聚磷酸铵 35～55份

氰尿酸三聚氰胺 18～35份

淀粉 20～35份。

本发明的复合阻燃剂，其进一步的技术方案是所述的有机硅原位微胶囊包裹制备方法包括以下步骤：在含量为85～98.5wt％乙醇水溶液中，加入聚磷酸铵、氰尿酸三聚氰胺及淀粉三种组分，添加2～8wt％氨水，缓慢滴加正硅酸乙酯，聚磷酸铵、氰尿酸三聚氰胺及淀粉三种组分总量与正硅酸乙酯质量比为85～95:15～5，40℃-60℃条件下反应5-10h，反应完成后抽滤，干燥得到有机硅原位微胶囊包裹的复合阻燃剂。

本发明使用上述的复合阻燃剂制备的聚丙烯阻燃组合物，其由以下组分按重量比制备而成：

本发明的聚丙烯阻燃组合物，其进一步的技术方案是所述的石油树脂为C5石油树脂、氢化C5石油树脂、C9石油树脂或聚乙烯蜡。

本发明的聚丙烯阻燃组合物，其进一步的技术方案还可以是所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂B215或它们的混合物。

本发明上述的聚丙烯阻燃组合物的制备方法，其包括以下步骤：在双螺杆挤出机中，设定加工温度为一段温度170、二段温度200、三段温度190、四段温度190、机头温度180，从加料口分别加入聚丙烯、复合阻燃剂、石油树脂和抗氧剂，挤出后造粒，得到聚丙烯阻燃组合物。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明制备的聚丙烯阻燃组合物适合作为功能性阻燃母料在聚丙烯材料中应用，具有耐水性能突出、阻燃性能好、力学性能优良、成本较低、在聚丙烯中添加量较少即可达到较高阻燃级别等特点，尤其适合在玻纤增强聚丙烯复合材料中使用；同时制备方法简单。

具体实施方式

以下实施例是复合阻燃剂有机硅原位微胶囊包裹的制备。

实施例1

在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器和恒压滴液漏斗的500ml四口烧瓶中加入200ml乙醇水溶液，其中乙醇浓度为87wt％。分别加入聚磷酸铵40g、氰尿酸三聚氰胺28g、淀粉32g。室温搅拌下，加入7.5g氨水。逐步升高温度至50℃，并缓慢滴加正硅酸乙酯11.5g。维持温度50℃反应6h，反应完成后抽滤，干燥得到有机硅原位微胶囊包裹复合阻燃剂I。

实施例2

在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器和恒压滴液漏斗的500ml四口烧瓶中加入200ml乙醇水溶液，其中乙醇浓度为92wt％。分别加入聚磷酸铵45g、氰尿酸三聚氰胺32g、淀粉23g。室温搅拌下，加入7.0g氨水。逐步升高温度至50℃，并缓慢滴加正硅酸乙酯7.5g。维持温度50℃反应6h，反应完成后抽滤，干燥得到有机硅原位微胶囊包裹复合阻燃剂II。

实施例3

在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器和恒压滴液漏斗的500ml四口烧瓶中加入220ml乙醇水溶液，其中乙醇浓度为86wt％。分别加入聚磷酸铵53g、氰尿酸三聚氰胺26g、淀粉21g。室温搅拌下，加入18.0g氨水。逐步升高温度至50℃，并缓慢滴加正硅酸乙酯13.5g。维持温度50℃反应6h，反应完成后抽滤，干燥得到有机硅原位微胶囊包裹复合阻燃剂III。

实施例4

在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器和恒压滴液漏斗的500ml四口烧瓶中加入220ml乙醇水溶液，其中乙醇浓度为96.5wt％。分别加入聚磷酸铵37g、氰尿酸三聚氰胺35g、淀粉24g。室温搅拌下，加入11.0g氨水。逐步升高温度至50℃，并缓慢滴加正硅酸乙酯5.8g。维持温度50℃反应6h，反应完成后抽滤，干燥得到有机硅原位微胶囊包裹复合阻燃剂IV。

以下实施例是本发明聚丙烯阻燃组合物的制备。

实施例5～8

设定双螺杆挤出机加工温度为一段温度170、二段温度200、三段温度190、四段温度190、机头温度180，按表1配方从加料口分别加入聚丙烯、复合阻燃剂、石油树脂和抗氧剂。挤出后造粒，得到聚丙烯阻燃组合物I、II、III、IV。

以下实施例是本发明实施例聚丙烯阻燃组合物I、II、III、IV作为功能性阻燃母料在聚丙烯材料中的应用。

实施例9～12

按表2所述配方，在单螺杆挤出机中挤出聚丙烯片材，在电动制样机上制得测试阻燃性能的阻燃聚丙烯试样，测试结果如表2所示。

测试方法如下：

1、阻燃性能测试：极限氧指数(LOI)按照GB/T 2406.2-2009标准执行测试，试样尺寸为120mm×6.5mm×3mm；垂直燃烧(UL-94)按照ASTM D635标准执行测试，试样尺寸为127mm×12.7mm×3.2mm。

2、耐水性能测试：把用于氧指数和垂直燃烧测试的标准试样置于70℃的蒸馏水中浸泡168小时，然后在烘箱用100℃烘至恒重，烘干后用于氧指数和垂直燃烧测试。

表1 聚丙烯阻燃组合物实验配方

表2 聚丙烯阻燃组合物应用配方及测试结果

Claims

1.一种环保型复合阻燃剂，其特征在于由以下组分按重量比经有机硅原位微胶囊包裹制备而成：

聚磷酸铵 35～55份

氰尿酸三聚氰胺 18～35份

淀粉 20～35份。

2.根据权利要求1所述的复合阻燃剂，其特征在于所述的有机硅原位微胶囊包裹制备方法包括以下步骤：在含量为85～98.5wt％乙醇水溶液中，加入聚磷酸铵、氰尿酸三聚氰胺及淀粉三种组分，添加2～8wt％氨水，缓慢滴加正硅酸乙酯，聚磷酸铵、氰尿酸三聚氰胺及淀粉三种组分总量与正硅酸乙酯质量比为85～95:15～5，40℃-60℃条件下反应5-10h，反应完成后抽滤，干燥得到有机硅原位微胶囊包裹的复合阻燃剂。

3.一种使用如权利要求1所述的复合阻燃剂制备的聚丙烯阻燃组合物，其特征在于由以下组分按重量比制备而成：

4.根据权利要求3所述的聚丙烯阻燃组合物，其特征在于所述的石油树脂为C5石油树脂、氢化C5石油树脂、C9石油树脂或聚乙烯蜡。

5.根据权利要求3所述的聚丙烯阻燃组合物，其特征在于所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂B215或它们的混合物。

6.一种如权利要求3所述的聚丙烯阻燃组合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：在双螺杆挤出机中，设定加工温度为一段温度170、二段温度200、三段温度190、四段温度190、机头温度180，从加料口分别加入聚丙烯、复合阻燃剂、石油树脂和抗氧剂，挤出后造粒，得到聚丙烯阻燃组合物。