CN105131430A

CN105131430A - 无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料

Info

Publication number: CN105131430A
Application number: CN201510664437.XA
Authority: CN
Inventors: 张道海; 田琴; 秦舒浩; 吴复忠; 金会心
Original assignee: Guizhou University
Current assignee: Guizhou University
Priority date: 2015-10-15
Filing date: 2015-10-15
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2035-10-15
Also published as: CN105131430B

Abstract

本发明公开了一种无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料及其制备方法。本发明采用聚丙烯作为基体树脂，采用季磷盐插层蒙脱土作为协效剂使无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料在阻燃性能和力学性能两方面同时产生协效作用，以PP-g-MAH或PP-g-GMA作为相容剂，该相容剂增强了聚丙烯与玻纤之间的结合力，并采用一步法制备无卤阻燃长纤维增强聚丙烯复合材料，即将连续的纤维通过浸渍模具完成基体树脂对纤维的浸渍，然后在包覆模具中完成带有无卤阻燃剂的基体熔体在浸渍料条上的包覆，这样的方式不仅工艺简单，而且制得的产品不但获得优异的阻燃性，且力学性能也产生协效，同时环保，并解决了无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料易出现的“浮纤”现象。

Description

无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料

技术领域

本发明涉及高分子材料技术领域，尤其是一种无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料。

背景技术

PP是最常用的工程热塑材料之一，它是半结晶材料，有非常好的化学稳定性、机械强度、电绝缘特性、热稳定性，无毒、耐腐蚀、易于加工和回收等优点，且吸湿性很弱。被广泛应用于各种场所，如家用电器、汽车内外饰件、健身器材、办公用品、日用品、玩具和卫生洁具等领域，在塑料中占有重要地位，但在制作家电零部件时，其强度、刚度、耐热性和阻燃性常不能达到要求，限制了聚丙烯的应用。目前比较常用的是玻纤、填充及阻燃剂等对聚丙烯进行改性，以达到聚丙烯阻燃增强的目的。近年来，国内外也有不少企业开始研究开发出PP阻燃材料，但目前添加的阻燃剂以卤系阻燃剂较多，在长期使用过程中尤其是燃烧过程中会产生卤化氢的有毒物质，对人们的健康和环境都会造成极大的危害，因此，目前急需要开发一种无卤的阻燃PP材料。由于人们对产品质量的要求越来越高，普通的短玻纤增强PP材料的性能不能满足要求，且会产生“浮纤”现象，长玻纤增强PP具有高强度、高模量、高热稳定性等优异的性能可以满足人们对高性能追求。在制备阻燃长玻纤增强PP材料时，传统的方法为两步法（即：首先分别制备阻燃PP母粒和长玻纤增强PP母粒，然后混合均匀进行注塑）。另外，目前所开发的阻燃材料，由于阻燃剂的加入，阻燃材料的力学性能影响很大。

发明内容

本发明的目的是：提供一种无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，它解决了聚丙烯易于燃烧的问题，并且使无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料在阻燃性能和力学性能两方面同时产生协效作用，有效提高了产品的力学性能，环保效果好，同时解决了无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料的“浮纤”现象，具有更高的机械强度和抗冲击强度，外观良好，低翘曲，以克服现有技术的不足。

本发明是这样实现的：无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，按质量份数计算，包括95-105份聚丙烯，35-45份膨胀型无卤阻燃剂，8-12份协效剂、30-50份玻璃纤维、3-7份成炭剂、1-3份分散剂、相容剂8-12份及0.8-1.2份抗氧剂；

所述的协效剂为季磷盐插层蒙脱土。

所述的阻燃剂为聚磷酸铵。

所述的成炭剂为新型超支化大分子阻燃型成炭剂。

所述的相容剂为PP-g-MAH或PP-g-GMA。

所述的分散剂为聚乙二醇。

所述的抗氧剂为抗氧剂B225。

无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，按上述重量份数，分别取聚丙烯、相容剂、膨胀型无卤阻燃剂、协效剂及新型超支化大分子阻燃型成炭剂干燥备用；取干燥后的1/2量的聚丙烯与相容剂，并与1/2量的抗氧剂混合均匀，进行共混挤出，加工温度为：170-210℃，通过浸渍流道对玻璃纤维进行浸渍，浸渍温度为260℃，获得纤维浸渍料条；取干燥后的剩余的聚丙烯、膨胀型无卤阻燃剂、协效剂、成炭剂、分散剂和剩余的抗氧剂按照比例混合均匀共混挤出，加工温度为：170-210℃，包覆纤维浸渍料条，包覆浸渍温度为240℃，冷却后切粒成8～12mm的颗粒，获得无卤阻燃长纤维增强聚丙烯粒料。

所述的协效剂的制备是，将钠基蒙脱土经过细化处理，获得细化的钠基蒙脱土；将细化的钠基蒙脱土采用硅烷偶联剂进行接枝改性，获得改性蒙脱土；再将改性蒙脱土与季磷盐进行反应，获得插层改性蒙脱土，即为协效剂。

所述的硅烷偶联剂为KH550、KH560或KH570；所述的季磷盐为三苯基羟乙基氯化鏻、三苯基苄基氯化鏻或十四烷基三己基氯化鏻。

硅烷偶联剂为KH550、KH560及KH570分别接枝细化的钠基蒙脱土的过程示意如下：

三苯基羟乙基氯化鏻（HEQP）、三苯基苄基氯化鏻（BCQP）及十四烷基三己基氯化鏻（THTDP）分别与改性蒙脱土反应制备季磷盐插层改性蒙脱土的过程示意如下：

a）三苯基羟乙基氯化鏻（HEQP）：

b）三苯基苄基氯化鏻（BCQP）：

c：十四烷基三己基氯化鏻（THTDP）：

以上季磷盐与改性蒙脱土反应的过程，其改性蒙脱土均采用KH560改性的蒙脱土为代表，其余改性蒙脱土的反应原理是相同的。

由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，本发明采用聚丙烯作为基体树脂，采用季磷盐插层蒙脱土作为协效剂使无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料在阻燃性能和力学性能两方面同时产生协效作用，以PP-g-MAH或PP-g-GMA作为相容剂，该相容剂增强了聚丙烯与玻纤之间的结合力，并采用一步法制备无卤阻燃长纤维增强聚丙烯复合材料，即将连续的纤维通过浸渍模具完成基体树脂对纤维的浸渍，然后在包覆模具中完成带有无卤阻燃剂的基体熔体在浸渍料条上的包覆，然后进行冷却、牵引、最后通过切粒机切成所需长度，与现有的两步法相比，这样的方式不仅工艺简单，而且制得的产品不但获得优异的阻燃性，且力学性能也产生协效，同时环保，并解决了无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料易出现的“浮纤”现象，且具有更高的机械强度和抗冲击强度，外观良好，低翘曲。本发明简单易行、材料来源广泛、成本低廉，使用效果好。

具体实施方式

本发明的实施例1：无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，按质量份数计算，包括100份聚丙烯，40份膨胀型无卤阻燃剂，10份协效剂、30份玻璃纤维、5份新型超支化大分子阻燃型成炭剂、2份分散剂、相容剂10份及1份抗氧剂；所述的协效剂为季磷盐插层蒙脱土；所述的阻燃剂为聚磷酸铵；所述的相容剂为PP-g-MAH；所述的分散剂为聚乙二醇。

无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法：

协效剂的制备：将钠基蒙脱土经过细化处理，获得细化的钠基蒙脱土；将细化的钠基蒙脱土采用硅烷偶联剂进行接枝改性，获得改性蒙脱土；再将改性蒙脱土与季磷盐进行反应，获得插层改性蒙脱土，即为协效剂；所述的硅烷偶联剂为KH-550；所述的季磷盐为三苯基羟乙基氯化鏻。

按上述重量份数，分别取聚丙烯、相容剂、膨胀型无卤阻燃剂、协效剂及新型超支化大分子阻燃型成炭剂干燥备用；取干燥后的1/2量的聚丙烯与相容剂，并与1/2量的抗氧剂混合均匀，进行共混挤出，加工温度为：170-210℃，通过浸渍流道对玻璃纤维进行浸渍，浸渍温度为260℃，获得纤维浸渍料条；取干燥后的剩余的聚丙烯、膨胀型无卤阻燃剂、协效剂、成炭剂、分散剂和剩余的抗氧剂按照比例混合均匀共混挤出，加工温度为：170-210℃，包覆纤维浸渍料条，包覆浸渍温度为240℃，冷却后切粒成8～12mm的颗粒，获得无卤阻燃长纤维增强聚丙烯粒料。

本发明的实施例2：无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，按质量份数计算，包括95份聚丙烯，35份膨胀型无卤阻燃剂，8份协效剂、35份玻璃纤维、3份新型超支化大分子阻燃型成炭剂、3份分散剂、相容剂12份及1.2份抗氧剂；所述的协效剂为季磷盐插层蒙脱土；所述的阻燃剂为聚磷酸铵；所述的相容剂为PP-g-GMA；所述的分散剂为聚乙二醇；所述的硅烷偶联剂为KH560；所述的季磷盐为三苯基苄基氯化鏻。

制备方法同实施例1。

本发明的实施例3：无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，按质量份数计算，包括105份聚丙烯，45份膨胀型无卤阻燃剂，12份协效剂、40份玻璃纤维、7份新型超支化大分子阻燃型成炭剂、1份分散剂、相容剂8份及0.8份抗氧剂；所述的协效剂为季磷盐插层蒙脱土；所述的阻燃剂为聚磷酸铵；所述的相容剂为PP-g-MAH；所述的分散剂为聚乙二醇；所述的硅烷偶联剂为KH570；所述的季磷盐为十四烷基三己基氯化鏻。

制备方法同实施例1。

对比例1：无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，按质量份数计算，包括100份聚丙烯，50份膨胀型无卤阻燃剂，30份玻璃纤维、5份新型超支化大分子阻燃型成炭剂、2份分散剂、相容剂10份及1份抗氧剂；所述的阻燃剂为聚磷酸铵；所述的相容剂为PP-g-MAH；所述的分散剂为聚乙二醇。本对比例涉及一种无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，该无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料与实施案例1的不同之处在于没有添加协效剂。

制备方法同实施例1。

对比例2：无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，按质量份数计算，包括95份聚丙烯，35份膨胀型无卤阻燃剂，35份玻璃纤维、8份协效剂、3份新型超支化大分子阻燃型成炭剂、3份分散剂、相容剂12份及1.2份抗氧剂；所述的协效剂为季磷盐插层蒙脱土；所述的阻燃剂为聚磷酸铵；所述的相容剂为PP-g-GMA；所述的分散剂为聚乙二醇。本对比例涉及一种无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，该无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料与实施案例2的不同之处在于季磷盐插层蒙脱土没有进行细化处理。

制备方法同实施例1。

对比例3：无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，按质量份数计算，包括105份聚丙烯，45份膨胀型无卤阻燃剂，12份协效剂、40份玻璃纤维、7份新型超支化大分子阻燃型成炭剂、1份分散剂、相容剂8份及0.8份抗氧剂；所述的协效剂为季磷盐插层蒙脱土；所述的阻燃剂为聚磷酸铵；所述的相容剂为PP-g-MAH；所述的分散剂为聚乙二醇。本对比例涉及一种无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，该无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料与实施案例2的不同之处在于季磷盐插层蒙脱土没有用偶联剂处理。

制备方法同实施例1。

为了验证本发明制备的无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料的力学性能及阻燃性的效果，本发明人将实施例所制备的无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料与对比例所制备的阻燃材料，分别按GB/T1039-1979标准进行了拉伸强度、按GB/T9341-2000标准进行测试弯曲性能、按GB/T1039-1979标准进行了悬臂梁缺口冲击强度、按GB/T2046-1993标准进行了极限氧指数、按GB/2408-1996标准进行了垂直燃烧测试测试，结果见表1。

根据表1得知，本发明的优化配方样品具有较高的机械性能和抗冲击强度，同时具有较好的阻燃效果。由实施例1与对比例1的比较可知，在本发明的体系中，添加协效剂后不但阻燃材料的阻燃性能获得提高，而且可提高拉伸强度、弯曲强度和抗冲击强度，故协效剂对复合材料的阻燃性和力学性能同时产生协效。由实施例2、3与对比例2、3的比较可进一步明确，本发明采用细化处理和偶联剂改性处理后的季磷盐插层蒙脱土，阻燃复合材料的综合性能得到改善和提升。

需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims

1.一种无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：按质量份数计算，包括95-105份聚丙烯，35-45份膨胀型无卤阻燃剂，8-12份协效剂、30-50份玻璃纤维、3-7份成炭剂、1-3份分散剂、相容剂8-12份及0.8-1.2份抗氧剂。

2.根据权利要求1的无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的协效剂为季磷盐插层蒙脱土。

3.根据权利要求1所述的无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的阻燃剂为聚磷酸铵。

4.根据权利要求1所述的无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的成炭剂为新型超支化大分子阻燃型成炭剂。

5.根据权利要求1所述的无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的相容剂为PP-g-MAH或PP-g-GMA。

6.根据权利要求1所述的无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的分散剂为聚乙二醇。

7.根据权利要求1所述的无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂为抗氧剂B225。

8.一种如权利要求1所述的无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：按上述重量份数，分别取聚丙烯、相容剂、膨胀型无卤阻燃剂、协效剂及新型超支化大分子阻燃型成炭剂干燥备用；取干燥后的1/2量的聚丙烯与相容剂，并与1/2量的抗氧剂混合均匀，进行共混挤出，加工温度为：170-210℃，通过浸渍流道对玻璃纤维进行浸渍，浸渍温度为260℃，获得纤维浸渍料条；取干燥后的剩余的聚丙烯、膨胀型无卤阻燃剂、协效剂、成炭剂、分散剂和剩余的抗氧剂按照比例混合均匀共混挤出，加工温度为：170-210℃，包覆纤维浸渍料条，包覆浸渍温度为240℃，冷却后切粒成8～12mm的颗粒，获得无卤阻燃长纤维增强聚丙烯粒料。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于：所述的协效剂的制备是，将钠基蒙脱土经过细化处理，获得细化的钠基蒙脱土；将细化的钠基蒙脱土采用硅烷偶联剂进行接枝改性，获得改性蒙脱土；再将改性蒙脱土与季磷盐进行反应，获得插层改性蒙脱土，即为协效剂。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为KH-550、KH560或KH570；所述的季磷盐为三苯基羟乙基氯化鏻、三苯基苄基氯化鏻或十四烷基三己基氯化鏻。