CN105315657B - 一种复合聚酰胺阻燃材料及其制备方法 - Google Patents

一种复合聚酰胺阻燃材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于阻燃材料领域，尤其涉及一种复合聚酰胺阻燃材料及其制备方法。本发明提供的阻燃材料由物料熔融共混制成，以重量份数计，所述物料包括：聚酰胺‑6300～800份；三聚氰胺氰尿酸盐60～90份；聚酰胺‑6640～60份；硅灰石100～150份；蒙脱土10～50份。在本发明提供的阻燃材料中聚酰胺‑6作为基料，三聚氰胺氰尿酸盐、聚酰胺‑66、硅灰石和蒙脱土为阻燃组分，材料起火燃烧时，基料会和阻燃组分在材料表面协同作用，形成致密的保护炭层，从而有效的隔绝热和产生的气体外溢，达到凝聚相阻燃的效果。实验结果表明，本发明提供的复合聚酰胺阻燃材料的垂直燃烧等级不低于V‑1级，极限氧指数大于28％。

Description

一种复合聚酰胺阻燃材料及其制备方法
技术领域
本发明属于阻燃材料领域，尤其涉及一种复合聚酰胺阻燃材料及其制备方法。
背景技术
工程塑料是指一类可以作为结构材料，在较宽的温度范围内承受机械应力，在较为苛刻的化学物理环境中使用的高性能的高分子材料。与通用塑料相比，工程塑料具有优异的机械性能、耐磨性、耐热性、耐化学性、电性能和尺寸稳定性等。与金属材料相比，工程塑料质轻，易成型加工，成型能耗少。由于工程塑料具有诸多优势，已成为当今世界材料工业发展中增长速度最快的材料。
聚酰胺-6作为工程塑料的一种，自1930年由美国杜邦公司推出至今，已发展成为世界上应用最广的工程塑料。但聚酰胺-6易于燃烧，从而限制了其在电子、电气、建筑等行业中的应用。
为了改善聚酰胺-6的阻燃性能，最简单的方法是在聚酰胺-6中添加阻燃剂，制成具有一定阻燃性能的聚酰胺复合材料。目前，在聚酰胺-6中添加最为广泛的阻燃剂是三聚氰胺氰尿酸盐，聚酰胺-6中添加三聚氰胺氰尿酸盐后，其垂直燃烧等级得到明显改善，但依然难以满足苛刻工况的使用要求。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种复合聚酰胺阻燃材料及其制备方法，本发明提供的阻燃材料具有良好的阻燃效果。
本发明提供了一种复合聚酰胺阻燃材料，由物料熔融共混制成，以重量份数计，所述物料包括：
优选的，所述聚酰胺-6的数均分子量为25000～40000。
优选的，所述聚酰胺-66的数均分子量为20000～40000。
优选的，所述硅灰石的长径比为(10～15)：1；所述硅灰石的粒径≤7μm。
优选的，所述硅灰石中SiO2含量为40～50wt％；所述硅灰石中CaO含量为40～50wt％。
优选的，所述蒙脱土为有机改性蒙脱土。
优选的，所述有机改性蒙脱土的型号为DK2和/或DK4。
本发明提供了一种复合聚酰胺阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
300～800重量份的聚酰胺-6、60～90重量份的三聚氰胺氰尿酸盐、40～60重量份的聚酰胺-66、100～150重量份的硅灰石和10～50重量份的蒙脱土熔融共混，得到复合聚酰胺阻燃材料。
优选的，所述熔融共混的温度为200～230℃。
与现有技术相比，本发明提供了一种复合聚酰胺阻燃材料及其制备方法。本发明提供的阻燃材料由物料熔融共混制成，以重量份数计，所述物料包括：聚酰胺-6300～800份；三聚氰胺氰尿酸盐60～90份；聚酰胺-6640～60份；硅灰石100～150份；蒙脱土10～50份。在本发明提供的阻燃材料中聚酰胺-6作为基料，三聚氰胺氰尿酸盐、聚酰胺-66、硅灰石和蒙脱土为阻燃组分，材料起火燃烧时，基料会和阻燃组分在材料表面协同作用，形成致密的保护炭层，从而有效的隔绝热和产生的气体外溢，达到凝聚相阻燃的效果。实验结果表明，本发明提供的复合聚酰胺阻燃材料的垂直燃烧等级不低于V-1级，极限氧指数大于28％。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提供了一种复合聚酰胺阻燃材料，由物料熔融共混制成，以重量份数计，所述物料包括：
本发明提供的复合聚酰胺阻燃材料有物料熔融共混制成，所述物料包括聚酰胺-6、三聚氰胺氰尿酸盐、聚酰胺-66、硅灰石和蒙脱土。
在本发明中，所述聚酰胺-6又称为尼龙6或PA6，所述聚酰胺-6为本发明提供的阻燃材料的基料。在本发明提供的一个实施例中，所述聚酰胺-6的数均分子量为25000～40000；在本发明提供的另一个实施例中，所述聚酰胺-6的数均分子量为31000～35000。在本发明中，所述聚酰胺-6在所述物料中的含量为300～800重量份；在本发明提供的一个实施例中，所述聚酰胺-6在所述物料中的含量为500～600重量份。
在本发明中，所述三聚氰胺氰尿酸盐简称MCA，是由三聚氰胺和氰尿酸合成的盐。在本发明中，所述三聚氰胺氰尿酸盐在所述物料中的含量为60～90重量份；在本发明提供的一个实施例中，所述三聚氰胺氰尿酸盐在所述物料中的含量为75～80重量份。在本发明中，三聚氰胺氰尿酸盐的作用是提高聚酰胺-6的阻燃性能，当聚酰胺-6燃烧时，三聚氰胺氰尿酸盐能够使聚酰胺-6降解为齐聚物，产生熔滴带走大量的热，同时分解产生惰性气体，使空气中的氧浓度降低，从而达到阻燃效果。在本发明中，三聚氰胺氰尿酸盐与聚酰胺-66、硅灰石和蒙脱土协同作用，共同提高聚酰胺-6的阻燃性能。
在本发明中，所述聚酰胺-66又称尼龙66。在本发明提供的一个实施例中，所述聚酰胺-66的数均分子量为20000～40000；在本发明提供的另一个实施例中，所述聚酰胺-66的数均分子量为28000～33000。在本发明中，所述聚酰胺-66在所述物料中的含量为40～60重量份；在本发明提供的一个实施例中，所述聚酰胺-66在所述物料中的含量为50～55重量份。在本发明中，聚酰胺-66与三聚氰胺氰尿酸盐、硅灰石和蒙脱土协同作用，共同提高聚酰胺-6的阻燃性能。
在本发明中，所述硅灰石是一种单链硅酸盐矿物，通常呈片状、放射状或纤维状。在本发明提供的一个实施例中，所述硅灰石的长径比为(10～15)：1。在本发明提供的一个实施例中，所述硅灰石的的粒径≤7μm。在本发明提供的一个实施例中，所述硅灰石中SiO2含量为40～50wt％；在本发明提供的另一个实施例中，所述硅灰石中SiO2含量为47～49wt％。在本发明提供的一个实施例中，所述硅灰石中CaO含量为40～50wt％；在本发明提供的另一个实施例中，所述硅灰石中CaO含量为46～48wt％。在本发明提供的一个实施例中，所述硅灰石的型号为KT-0028，该型号的硅灰石优选由江西科特精细粉体有限公司提供。在本发明提供的一个实施例中，所述型号为KT-0028的硅灰石的长径比为(10～15):1，粒径≤7μm，SiO2含量为47～49wt％，CaO含量为46～48wt％。
在本发明中，所述硅灰石在所述物料中的含量为100～150重量份；在本发明提供的一个实施例中，所述硅灰石在所述物料中的含量为125～130重量份。在本发明中，硅灰石与聚酰胺-66、三聚氰胺氰尿酸盐和蒙脱土协同作用，共同提高聚酰胺-6的阻燃性能。
在本发明中，所述蒙脱土是一种硅酸盐的矿物。在本发明提供的一个实施例中，所述蒙脱土为有机改性蒙脱土。在本发明提供的一个实施例中，所述有机改性蒙脱土的型号为DK2和/或DK4，上述型号的有机改性蒙脱土优选由浙江丰虹新材料股份有限公司提供。在本发明中，所述蒙脱土在所述物料中的含量为10～50重量份；在本发明提供的一个实施例中，所述蒙脱土在所述物料中的含量为15～35重量份。在本发明中，蒙脱土与聚酰胺-66、三聚氰胺氰尿酸盐和硅灰石协同作用，共同提高聚酰胺-6的阻燃性能。
在本发明提供的阻燃材料中聚酰胺-6作为基料，三聚氰胺氰尿酸盐、聚酰胺-66、硅灰石和蒙脱土为阻燃组分，材料起火燃烧时，基料会和阻燃组分在材料表面协同作用，形成致密的保护炭层，从而有效的隔绝热和产生的气体外溢，达到凝聚相阻燃的效果。本发明提供的阻燃材料克服了聚酰胺-6易燃的弊端，在电子、电气、建筑等行业的具有良好的应用前景，具有较好的经济效益和社会效益。实验结果表明，本发明提供的复合聚酰胺阻燃材料的垂直燃烧等级不低于V-1级，极限氧指数大于28％。
本发明提供了一种复合聚酰胺阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
300～800重量份的聚酰胺-6、60～90重量份的三聚氰胺氰尿酸盐、40～60重量份的聚酰胺-66、100～150重量份的硅灰石和10～50重量份的蒙脱土熔融共混，得到复合聚酰胺阻燃材料。
在本发明提供的方法中，直接将聚酰胺-6、三聚氰胺氰尿酸盐、聚酰胺-66、硅灰石和蒙脱土熔融共混，即可得到所述复合聚酰胺阻燃材料。其中，所述熔融共混的温度优选为200～230℃。本发明对所述熔融共混采用的设备没有特别限定，优选为本领域技术人员熟知的双螺杆挤出机。在本发明中，所述聚酰胺-6、三聚氰胺氰尿酸盐、聚酰胺-66、硅灰石和蒙脱土进行熔融共混之前，优选先分别对聚酰胺-6、三聚氰胺氰尿酸盐、聚酰胺-66、硅灰石和蒙脱土进行干燥处理。所述干燥处理的时间优选为10～15h。使本发明对所述干燥处理采用的设备没有特别限定，优选为本领域技术人员熟知的中空干燥箱。在本发明中，所述聚酰胺-6、三聚氰胺氰尿酸盐、聚酰胺-66、硅灰石和蒙脱土熔融共混结束后，冷却造粒，得到复合聚酰胺阻燃材料颗粒料。
采用本发明提供的方法可以制备得到具有良好阻燃性能的材料，该方法工艺简单，易于实施。
在本发明提供的优选实施方式中，制备阻燃材料的原料在熔融共混之前先进行干燥处理，除去了原料中可能含有的水分，从而避免水分引入对于制品阻燃性能的影响。
在本发明提供的优选实施方式中，在所述阻燃材料制备成颗粒料，可以使得其作为原料制备下游产品时需要的热熔低，有效地避免了能源浪费。
为更清楚起见，下面通过以下实施例进行详细说明。
实施例1
称取500g聚酰胺-6(数均分子量为31000～35000)、75g三聚氰胺氰尿酸盐、50g聚酰胺-66(数均分子量为28000～33000)、125g硅灰石(厂家：江西科特精细粉体有限公司，型号：KT-0028)和15g有机改性蒙脱土(厂家：浙江丰虹新材料股份有限公司，型号：DK4，商品名：纳米蒙脱土)，将上述的五种原料物在真空干燥箱中干燥12h后，均匀混合加入到双螺杆挤出机中；五种原料物在230℃下在双螺杆挤出机中共混挤出，挤出料进行冷却，干燥造粒，得到复合聚酰胺阻燃材料。
实施例2
称取500g聚酰胺-6(数均分子量为31000～35000)、75g三聚氰胺氰尿酸盐、50g聚酰胺-66(数均分子量为28000～33000)、125g硅灰石(厂家：江西科特精细粉体有限公司，型号：KT-0028)和25g有机改性蒙脱土(厂家：浙江丰虹新材料股份有限公司，型号：DK4，商品名：纳米蒙脱土)，将上述的五种原料物在真空干燥箱中干燥12h后，均匀混合加入到双螺杆挤出机中；五种原料物在230℃下在双螺杆挤出机中共混挤出，挤出料进行冷却，干燥造粒，得到复合聚酰胺阻燃材料。
实施例3
称取500g聚酰胺-6(数均分子量为31000～35000)、75g三聚氰胺氰尿酸盐、50g聚酰胺-66(数均分子量为28000～33000)、125g硅灰石(厂家：江西科特精细粉体有限公司，型号：KT-0028)和35g有机改性蒙脱土(厂家：浙江丰虹新材料股份有限公司，型号：DK4，商品名：纳米蒙脱土)，将上述的五种原料物在真空干燥箱中干燥12h后，均匀混合加入到双螺杆挤出机中；五种原料物在230℃下在双螺杆挤出机中共混挤出，挤出料进行冷却，干燥造粒，得到复合聚酰胺阻燃材料。
对比例
称取500g聚酰胺-6(数均分子量为31000～35000)、75g三聚氰胺氰尿酸盐，将上述的两种原料物在真空干燥箱中干燥12h后，均匀混合加入到双螺杆挤出机中；五种原料物在230℃下在双螺杆挤出机中共混挤出，挤出料进行冷却，干燥造粒，得到复合聚酰胺阻燃材料。
实施例4
阻燃性能考察
检测实施例1～3制得的复合聚酰胺阻燃材料的极限氧指数和垂直燃烧等级，其中，极限氧指数按标准测试方法GB2406-80进行，垂直燃烧等级按标准测试方法ANSI/UL-94-1985进行，检测结果如表1所示：
表1改性PA6/MCA材料的性能测试结果
实施例1 实施例2 实施例3 对比例
极限氧指数/(％) 28.5 30 30.5 27
垂直燃烧等级 V-1 V-1 V-0 V-2
通过表1可以看出，实施例1～实施例3制得的阻燃材料其氧指数为28.5～30.5％，垂直燃烧等级为V-1或V-0级，具有良好的阻燃效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种复合聚酰胺阻燃材料，由物料熔融共混制成，以重量份数计，所述物料包括：
2.根据权利要求1所述的阻燃材料，其特征在于，所述聚酰胺-6的数均分子量为25000～40000。
3.根据权利要求1所述的阻燃材料，其特征在于，所述聚酰胺-66的数均分子量为20000～40000。
4.根据权利要求1所述的阻燃材料，其特征在于，所述硅灰石的长径比为(10～15)：1；所述硅灰石的粒径≤7μm。
5.根据权利要求1所述的阻燃材料，其特征在于，所述硅灰石中SiO2含量为40～50wt％；所述硅灰石中CaO含量为40～50wt％。
6.根据权利要求1所述的阻燃材料，其特征在于，所述蒙脱土为有机改性蒙脱土。
7.根据权利要求6所述的阻燃材料，其特征在于，所述有机改性蒙脱土的型号为DK2和/或DK4。
8.一种复合聚酰胺阻燃材料的制备方法，包括以下步骤：
500～800重量份的聚酰胺-6、60～80重量份的三聚氰胺氰尿酸盐、40～60重量份的聚酰胺-66、100～150重量份的硅灰石和10～50重量份的蒙脱土熔融共混，得到复合聚酰胺阻燃材料。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述熔融共混的温度为200～230℃。
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