CN104893095A - 一种高光泽无卤阻燃抗菌pp材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料及制备方法，其组分及重量份为：聚丙烯 65-80份，矿物质填料2-15份，P-N无卤阻燃剂 10-30份，相容剂3-10份，成核剂0.1-1份，降解剂0.2-1份，润滑剂0.2-2份，抗氧剂0.1-0.4份，抗滴落剂0.1-0.3份，抗菌剂0.1-0.3份，光稳定剂0.2份。本发明通过采用高效N-P纳米复合阻燃体系对聚丙烯材料的无卤阻燃填充改性，适用于家电外壳及卫浴设备，达到高光无卤环保阻燃、抗菌的目的。

Description

一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料及其制造方法
技术领域
本发明属于阻燃材料领域，具体涉及一种适用于家电外壳及卫浴设备的高光泽无卤阻燃抗菌PP材料及其制造方法。
背景技术
目前塑料制品应用越来越广泛，对外观的要求越来越高。传统的高光泽产品多采用ABS、HIPS、ABS/PMMA合金等产品进行生产。而聚丙烯(PP)作为一种刚性好、比重轻、弹性高的通用塑料，耐热性、化学稳定性、绝缘性良好，被广泛用于生产、生活的诸多领域，目前在日用电器产品领域已占有一定席位。高光泽PP可以替代ABS、HIPS等光着度较高的制品，国内外高光PP已经大量用于微波炉、热水器、电饭煲等家电产品上。但因聚丙烯极易燃烧，极限氧指数(LOI)仅为17-19，燃烧时融滴严重，容易引起火灾，其应用在日常生活中存在不安全因素，这就使得PP在电子电气、通讯器材、家用及汽车电器、建筑材料等行业应用受到限制。为符合阻燃特性要求，通过添加阻燃剂提高PP的阻燃性使其塑料制品的应用更加的广泛。
现有技术中对聚丙烯的改性方式主要有两大类，一种为有卤素改性，一种为无卤阻燃改性，由于有卤阻燃剂发烟量大且释放出来的卤化氢气体具有高腐蚀性，已经逐渐的被人们所放弃，无卤阻燃剂在近年来逐渐的成为主要的产品。聚丙烯用无卤阻燃剂氢氧化铝、氢氧化镁等金属氢氧化物，其添加量大、极大降低PP的力学性能等缺点。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明特别涉及了一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料及其制造方法。
本发明的一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料，组分及重量份为：聚丙烯65-80份，矿物质填料2-15份，P-N复合无卤阻燃剂10-30份，相容剂3-10份，成核剂0.1-1份，降解剂0.2-1份，润滑剂0.2-2份，抗氧剂0.1-0.4份，抗滴落剂0.1-0.3份，抗菌剂0.1-0.3份，光稳定剂0.2份。
进一步的，所述矿物质填料为硫酸钡、碳酸钙、滑石粉、白炭黑、钛白粉、竹纤维、碳纤维或晶须。
进一步的，所述成核剂为苄叉山梨醇类及其衍生物、芳基磷酸酯盐类或取代苯甲酸铝盐类。
进一步的，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硬质酸钙、硬脂酸锌、石蜡、氯化聚乙烯蜡、季戊四醇、单硬脂酸甘油酯、芥酸酰胺、油酸酰胺中的一种或两种组合复配。
进一步的，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯。
进一步的，其特征在于，所述紫外线吸收剂为2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-5-氯化苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑或2-(2'-羟基-3',5'-双(a,a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑；所述光稳定剂为丁二酸与4-羟基-2,2,6,6-四甲-1-哌啶醇的聚合体、双(2,2,6,6－四甲基－4－哌啶基)癸二酸酯或双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯；所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯或三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
本发明的一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料的制备方法，步骤：
(1)一步造粒：按比例将PP和相容剂加入到高速混合机中，加入扩散油进行初步混合，然后按比例将矿物质填料、抗氧剂、润滑剂、成核剂和部分阻燃剂加入到高速混合机进行混料，混合均匀后输送到双螺杆挤出机中进行混炼；挤出料条经过水槽冷却到室温，通过切粒机进行造粒，得一次造粒粒子；
(2)二步造粒：将上述一次造粒粒子再次加入到高速混合机中，加入扩散油进行初步混合，然后按比例将剩余的阻燃剂、阻燃协效剂、降解剂、抗菌剂和光稳定剂加入到高速混合机进行混料，混合均匀后加入到双螺杆挤出机中进行混炼；挤出料条经过水槽冷却到室温，通过切粒机进行造粒，得到本发明的高光泽无卤阻燃抗菌PP材料。
进一步的，所述步骤(1)中部分阻燃剂是指阻燃剂总质量的30％-40％。
进一步的，所述步骤(1)中挤出机各温区温度为一段：180-195℃；二段：195-205℃；三段：195-205℃；四段：205-215℃；五段：205-220℃；六段：210-220℃；七段：205-210℃；机头190-205℃。
进一步的，所述步骤(2)中所述双螺杆挤出机的长径比为40:1，挤出机各温区温度为一段：160-175℃；二段：175-185℃；三段：175-185℃；四段：185-200℃；五段：185-200℃；六段：185-195℃；七段：185-190℃；机头170-185℃
与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明提供了一种高效P-N纳米复合阻燃体系无卤阻燃高光泽PP材料，在特定的家电领域可用来替代ABS等高光产品。通过采用高效N-P纳米复合阻燃体系对聚丙烯材料的无卤阻燃填充改性，在降低传统材料的使用成本的同时，极大的改善了传统的溴系阻燃剂在阻燃过程中释放大量溴化氢(HBr)酸性气体和毒烟的缺陷，使本发明的无卤阻燃高光泽PP材料应用于家电外壳及卫浴设备上使用，达到无卤环保阻燃、抗菌的目的。
附图说明
图1.本发明的一步造粒的流程示意图；
图2.本发明的二步造粒的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步详细的说明。
本发明提供了一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料及其制造方法，无卤阻燃剂的加入可以降低现有的ABS材料在燃烧的时候分解出有害气体，在家庭使用过程中产品易燃的安全隐患，降低材料成本，增加材料的温度控制范围等问题，并可以实现材料在韧性方面的需求以及材料的高流动性的需求，实现了高效、无卤阻燃、环保的要求，由于材料的抗菌、高光泽、无卤阻燃环保等优势，在家电卫浴行业中得到了广泛的使用。
为了实现PP材料阻燃、高光泽、低收缩的目的，本发明的高光泽无卤阻燃抗菌PP材料的组分及重量份为：聚丙烯PP 65-80份，矿物质填料2-15份，P-N复合无卤阻燃剂10-30份，相容剂3-10份，成核剂0.1-1份，降解剂0.2-1份，润滑剂0.2-2份，抗氧剂0.1-0.4份，抗滴落剂0.1-0.3份，抗菌剂0.1-0.3份，光稳定剂0.2份。
所述矿物质填料为硫酸钡、碳酸钙、滑石粉、白炭黑、钛白粉、竹纤维、碳纤维或晶须。
所述成核剂为苄叉山梨醇类及其衍生物、芳基磷酸酯盐类或取代苯甲酸铝盐类，优选为芳基磷酸酯盐类α晶型成核剂。
所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硬质酸钙、硬脂酸锌、石蜡、氯化聚乙烯蜡、季戊四醇、单硬脂酸甘油酯、芥酸酰胺、油酸酰胺中的一种或两种组合复配。
所述抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯或三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(抗氧剂168)等。
所述抗滴落剂(即阻燃协效剂)为聚四氟乙烯PTFE。
所述光稳定剂为丁二酸与4-羟基-2,2,6,6-四甲-1-哌啶醇的聚合体、双(2,2,6,6－四甲基－4－哌啶基)癸二酸酯或双(2,2,6,6-四甲基哌啶基)癸二酸酯。
所述抗菌剂为无机银、铜、锌类抗菌剂或有机香草醛、乙基香草醛类化合物中的一种。
所述相容剂为MBS、POE、SBS、TPE、三元乙丙橡胶中的一种。所述MBS为共聚的甲基丙烯酸甲酯-丁二稀-苯乙烯(MBS)核-壳型抗冲击改性剂；所述POE为乙烯-辛烯共聚物；所述SBS橡胶是一种聚(苯乙烯－丁二烯－苯乙烯)结构的三段嵌段共聚物；所述TPE热塑性弹性体，是通过对苯二甲酸1,4-丁二醇及聚丁醇共聚而成。
所述降解剂为氧化生物降解、PLA与聚乙烯乙二醇之间生成的嵌段共聚物或降温母粒中的一种。
上述高光泽无卤阻燃抗菌PP材料中需要添加一种高模量的PP材料，所述高模量为2000MPa左右，模量越高，则分子量分布比较宽，可以具有极好的分子流动性能和较宽范围的流速，与其它独特的聚合物特性相结合，使得PP材料具有了优异的加工性能，使得产品的光泽度和收缩率及其它力学性能无限的接近ABS。
有机类纳米级磷氮P-N体系无卤膨胀型阻燃剂的添加量较少、对PP的力学性能和电性能影响较小，使得产品既具有无卤阻燃的特性，符合UL-94V0的级别，又能保证产品表面具有良好的光泽度，具有良好的刚性和耐热的性能。
矿物质填料的加入会使PP的光泽度降低，但不同形状的填料对光泽度的影响不同。片状和纤维状填料影响最大，粒状和柱状的次之，圆球状的影响最小。矿物质填料的用量增加，则高光泽阻燃PP材料的弯曲强度、拉伸强度和光泽度均会下降，熔融指数和冲击强度上升，使材料的收缩率降低。因此本发明选取圆球状矿物质填料BaSO4，当用量为2-15重量份时，对高光泽阻燃PP材料性能的影响最小，使得无卤阻燃PP材料的尺寸稳定性得到了极大的改善。
无卤阻燃剂的加入使产品在提高材料阻燃性能的同时，使产品的收缩性能极大的降低，与其他助剂(如相容剂乙烯-辛烯共聚物POE及填料硫酸钡)配合使用，产品的制件尺寸极大的接近ABS。
为了在生产过程中更快速、有效的增加PP材料的成核速度，需要添加一些更有效的助剂促进PP材料的快速成核，本发明中芳基磷酸酯盐类α晶型成核剂对增加PP的光泽度的效果最好。加入成核剂，可以加快成核速度，提高结晶度，使样品的排列更为致密，从而使反射光增加，表面光泽度增加。
本发明采用的降解剂、成核剂和润滑剂可以有效的提高聚丙烯光泽度。
由于无机物在分子链中起到断链的作用，无机物对表面光泽度影响较大，当降解剂、成核剂和润滑剂添加量分别为0.2-1％、0.1-1％、0.2-2％时，协同效果最好，光泽度达到最大值，最接近ABS的表面光泽度。
本发明的高光泽无卤阻燃抗菌PP材料的制备方法包括如下两个步骤：
(1)一步造粒：如图1所示，按比例将PP和相容剂加入到高速混合机中，加入扩散油进行初步混合，然后按比例将矿物质填料、抗氧剂、润滑剂、成核剂和部分阻燃剂加入到高速混合机进行混料，混合均匀后输送到双螺杆挤出机中进行混炼。所述部分阻燃剂是指阻燃剂总质量的30％-40％。所述双螺杆挤出机的长径比为40:1，挤出机各温区温度为一段：180-195℃；二段：195-205℃；三段：195-205℃；四段：205-215℃；五段：205-220℃；六段：210-220℃；七段：205-210℃；机头190-205℃。挤出料条经过水槽冷却到室温，通过切粒机进行造粒，得一次造粒粒子。
(2)二步造粒：如图2所示，将上述一次造粒粒子再次加入到高速混合机中，加入扩散油进行初步混合，然后按比例将剩余的阻燃剂、阻燃协效剂、降解剂、抗菌剂和光稳定剂加入到高速混合机进行混料，混合均匀后加入到双螺杆挤出机中进行混炼。所述双螺杆挤出机的长径比为40:1，挤出机各温区温度为一段：160-175℃；二段：175-185℃；三段：175-185℃；四段：185-200℃；五段：185-200℃；六段：185-195℃；七段：185-190℃；机头170-185℃。挤出料条经过水槽冷却到室温，通过切粒机进行造粒，得到本发明的高光泽无卤阻燃抗菌PP材料。
其中所述扩散油为白油或硅油。
现有技术中通常采用一步法造粒，填料和矿物质填料的比例较大，分散性不好，也不好加工。本发明分两步造粒，首先使阻燃剂和硫酸钡更好的在材料中得到很好的分散，从而使材料的力学性能的平衡性得到很好的提高。材料的分散性能提高的同时，光泽度也会提高。
实施例1-5
按照如表1所示的组分配方制备本发明的高光泽无卤阻燃抗菌PP材料，并对制备得到的材料进行性能测试，结果如表2所示。
表1制备本发明的高光泽无卤阻燃抗菌PP材料的组分配方
表2本发明制备得到的高光泽无卤阻燃抗菌PP材料的性能测试结果
相关测试方法和标准：
1.GB/T1033：熔体流动速率，《塑料拉伸性能试验方法》。
2.GB/T1040－1992：拉伸强度测试国家标准，《塑料拉伸性能试验方法》。
3.GB/T9341-2000：弯曲强度测试国家标准，《塑料弯曲性能试验方法》。
4.GB/T1043-1993：冲击性能测试国家标准，《硬质塑料冲击试验方法》。
5.GB/T16422.2—1999:氙灯人工气候老化试验，《塑料实验室光源试验方法第二部分：氙弧灯》。
6.阻燃按照美国黄卡认证的阻燃等级UL94实验方法进行。
7.采用ASTM D648试验标准对材料的耐热性(热变形温度，HDT)进行测试。
结合表2中本发明制备得到的高光泽无卤阻燃抗菌PP材料的性能测试结果，可以得出：
1)本发明的无卤阻燃高光PP材料具有无卤环保，不易燃烧，安全系数高的特点。
2)使用本发明的无卤阻燃高光PP材料可以加宽材料的加工温度范围。加工温度高更有利于材料进行注塑，不易糊料，不易出现黄变等变色现象，在外观方面不易出现虎皮纹、易溢边、银丝暗条、塑件变色起泡等注塑缺陷；加工温度低时可以减少缺料、表面无光泽//银丝紊乱等现象。
3)本发明的无卤阻燃高光PP材料可以增大材料的加工熔体流动速率，使用过程中不再需要进行材料注塑前的干燥，节省了加工时间；同时解决了注塑过程中出现水纹的缺陷，节省了材料的加工成本，降低了设备的损耗。
4)本发明的无卤阻燃高光PP材料由于材料本身容易结晶，产品注塑出来的内应力较小，不容易发生熔融开裂。
5)高光ABS产品注塑过程中冷却速度快，模具浇注系统应以粗、短为原则，宜设冷料穴，浇口宜取大，如：直接浇口、圆盘浇口或扇形浇口等，但应防止内应力增大，必要时可采用调整式浇口，模具宜加热，因此需要选用耐磨钢；而采用本发明的无卤阻燃高光聚丙烯材料替代ABS产品，可以降低设备要求。
6)高光ABS产品注塑过程中，模温对塑件质量影响很大，模温低时收缩率、伸长率、抗冲击强度大，抗弯、抗压、抗张强度低。模温超过120度时，塑件冷却慢，易变形粘模，脱模困难，成型周期长；而采用本发明的无卤阻燃高光聚丙烯材料可以避免上述缺陷，模温对无卤阻燃高光聚丙烯材料的影响会降到最小。
以上实施例仅是本发明若干种优选实施方式中的几种，应当指出，本发明不限于上述实施例；对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料，其特征在于，组分及重量份为：聚丙烯 65-80份，矿物质填料 2-15份，P-N复合无卤阻燃剂 10-30份，相容剂 3-10份，成核剂 0.1-1份，降解剂 0.2-1份，润滑剂 0.2-2份，抗氧剂 0.1-0.4份，抗滴落剂 0.1-0.3份，抗菌剂 0.1-0.3份，光稳定剂 0.2份。
2.根据权利要求1所述的一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料，其特征在于，所述矿物质填料为硫酸钡、碳酸钙、滑石粉、白炭黑、钛白粉、竹纤维、碳纤维或晶须。
3.根据权利要求1所述的一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料，其特征在于，所述成核剂为苄叉山梨醇类及其衍生物、芳基磷酸酯盐类或取代苯甲酸铝盐类。
4.根据权利要求1所述的一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料，其特征在于，所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硬质酸钙、硬脂酸锌、石蜡、氯化聚乙烯蜡、季戊四醇、单硬脂酸甘油酯、芥酸酰胺、油酸酰胺中的一种或两种组合复配。
5.根据权利要求1所述的一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料，其特征在于，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯。
6.根据权利要求1所述的一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料，其特征在于，所述紫外线吸收剂为2-(2'-羟基-3',5'-二叔丁基苯基)-5-氯化苯并三唑、2-(2'-羟基-5'-甲基苯基)苯并三唑或2-(2'-羟基-3',5'-双(a,a-二甲基苄基)苯基)苯并三唑；所述光稳定剂为丁二酸与4-羟基-2,2,6,6-四甲-1-哌啶醇的聚合体、双(2, 2, 6, 6－四甲基－4 －哌啶基)癸二酸酯或双（2,2,6,6-四甲基哌啶基）癸二酸酯；所述抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯、1,1,3-三(2-甲基-4-羟基-5-叔丁苯基)丁烷、β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸正十八碳醇酯或三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
7.根据权利要求1所述的一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料的制备方法，其特征在于，步骤：
（1）一步造粒：按比例将PP和相容剂加入到高速混合机中，加入扩散油进行初步混合，然后按比例将矿物质填料、抗氧剂、润滑剂、成核剂和部分阻燃剂加入到高速混合机进行混料，混合均匀后输送到双螺杆挤出机中进行混炼；挤出料条经过水槽冷却到室温，通过切粒机进行造粒，得一次造粒粒子；
（2）二步造粒：将上述一次造粒粒子再次加入到高速混合机中，加入扩散油进行初步混合，然后按比例将剩余的阻燃剂、阻燃协效剂、降解剂、抗菌剂和光稳定剂加入到高速混合机进行混料，混合均匀后加入到双螺杆挤出机中进行混炼；挤出料条经过水槽冷却到室温，通过切粒机进行造粒，得到本发明的高光泽无卤阻燃抗菌PP材料。
8.根据权利要求7所述的一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中部分阻燃剂是指阻燃剂总质量的30%-40%。
9.根据权利要求7所述的一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中挤出机各温区温度为一段：180-195℃；二段：195-205℃；三段：195-205℃；四段：205-215℃；五段：205-220℃；六段：210-220℃；七段：205-210℃；机头190-205℃。
10.根据权利要求7所述的一种高光泽无卤阻燃抗菌PP材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中所述双螺杆挤出机的长径比为40:1，挤出机各温区温度为一段：160-175℃；二段：175-185℃；三段：175-185℃；四段：185-200℃；五段：185-200℃；六段：185-195℃；七段：185-190℃；机头170-185℃。
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