CN105385028A - 一种高阻燃聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高阻燃聚丙烯材料及其制备方法。该材料由以下质量份的原料组成:均聚聚丙烯粒料:60~75份;均聚聚丙烯粉料:5~15份;溴系阻燃剂:10~20份;锑系阻燃剂:3~8份;阻燃协效剂:1~3份;降温母粒:0~10份;增韧剂:0~3份;润滑剂:0~1份;紫外线吸收剂:0~1份;抗氧剂:0~1份。该材料的制备方法包括以下步骤:1)将各物料按配比混合均匀;2)将物料加入到双螺杆挤出机中,进行高温混炼剪切,再经过水冷却后拉条、切粒,得到高阻燃聚丙烯材料。本发明的高阻燃聚丙烯材料阻燃性能优异,自熄性良好,耐老化性能优异,绝缘性能好,耐热性较好,不易受热变形,加工流动性优异,易成型。
Description
技术领域
本发明涉及一种高阻燃聚丙烯材料及其制备方法,属于高分子材料领域。
背景技术
聚丙烯是五大通用树脂之一,具有质量轻、易加工、耐化学药品等优良特性,在化工、电器、包装等工业领域得到广泛的应用。然而,随着聚丙烯在建筑、汽车、船舶和电子电器绝缘材料等行业的需求日益增大,人们对其阻燃性能的要求也越来越高。聚丙烯本身属于易燃材料,其氧指数仅为17%~18%,且其成炭率低,燃烧时容易产生熔滴,会使周围的可燃物也起燃,所以在很多应用场合都要求对其进行阻燃改性。
目前,常见的阻燃聚丙烯材料通常为卤-锑阻燃体系,兼具有气相阻燃和固相阻燃机理。将溴系阻燃剂和锑系阻燃剂加入到聚丙烯树脂中,当聚丙烯受热裂解时,首先是溴系阻燃剂自身受热分解,释放出自由基抑制剂HBr,从而使燃烧中断或延缓链式燃烧反应,HBr与Sb2O3反应生成细微粒子的SbOBr,它能促进自由基相互结合以终止链式反应,同时还产生大量惰性气体或高密度蒸汽,惰性气体可稀释氧和气态可燃产物,并降低此可燃气的温度,致使燃烧终止,高密度蒸汽则可覆盖于可燃气体上,将可燃气体与空气隔绝,因而使燃烧窒息,达到阻燃的目的。然而,传统卤-锑体系阻燃聚丙烯材料,阻燃体系对材料力学性能影响较大,如韧性大大降低,耐热性降低(热变形温度、球压温度降低),此外由于添加的阻燃剂的量较多,造成阻燃剂耐析出性能相对较差。因此,亟需开发一种新型的高阻燃聚丙烯材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高阻燃聚丙烯材料及其制备方法。
本发明所采取的技术方案是:
一种高阻燃聚丙烯材料,由以下质量份的原料组成:
均聚聚丙烯粒料:60~75份;
均聚聚丙烯粉料:5~15份;
溴系阻燃剂:10~20份;
锑系阻燃剂:3~8份;
阻燃协效剂:1~3份;
降温母粒:0~10份;
增韧剂:0~3份;
润滑剂:0~1份;
紫外线吸收剂:0~1份;
抗氧剂:0~1份。
所述溴系阻燃剂为四溴双酚A、四溴双酚A双(2,3-二溴丙基)醚、十溴二苯乙烷、六溴环十二烷、三(2,3-二溴丙基)异三聚氰酸酯、十溴二苯醚、溴化聚苯乙烯、六溴苯、四溴双酚S双(2,3-二溴丙基)醚、双(2,3-二溴丙基)反丁烯二酸酯、六溴苯、二(2,4,6-三溴苯氧基)乙烷中的至少一种。
所述锑系阻燃剂为三氧化二锑、五氧化二锑、锑酸钠中的至少一种。
所述阻燃协效剂为氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸酯阻燃剂、硅系阻燃剂、镁铝水滑石、氯化聚乙烯、纳米级阻燃剂、氮系阻燃剂中的至少一种。
所述溴系阻燃剂、锑系阻燃剂、阻燃协效剂的质量比为(5~30):5:(1~2)。
所述增韧剂为热塑性弹性体。
所述润滑剂为硬脂酸、乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硅酮粉中的至少一种。
所述紫外线吸收剂为苯并三唑类、苯酮类、水杨酸酯类、取代丙烯腈类、三嗪类、受阻胺类紫外线吸收剂中的至少一种。
所述抗氧化剂为2,6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚、四[β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸双酯、N,N’-双[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼、二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、硫代二丙酸双月桂酯中的至少一种。
对应上述配方体系的高阻燃聚丙烯材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将均聚聚丙烯粉料、溴系阻燃剂、锑系阻燃剂、阻燃协效剂、降温母粒、增韧剂、润滑剂、紫外线吸收剂和抗氧剂按配比配制好后加入卧式搅拌桶,50~60℃预混合20~50min,充分预混合均匀,再按照实际生产需要分称包装;
2)将均聚聚丙烯粒料和步骤1)预混合均匀的物料加入高速搅拌桶,搅拌1~2min;
3)将物料加入到双螺杆挤出机中,进行高温混炼剪切,再经过水冷却后拉条、切粒,得到高阻燃聚丙烯材料。
本发明的有益效果是:
1)本发明的高阻燃聚丙烯材料阻燃性能优异,自熄性良好,耐老化性能优异,能够在户外长期使用,绝缘性能好,其制件能绝缘性好,耐热性好,不易受热变形,加工流动性优异,易成型;
2)本发明的高阻燃聚丙烯材料以均聚聚丙烯树脂为基材,赋予了材料优异的流动性,适合注塑各类产品,价格便宜,同时具有较好的刚性,注塑制件不易变形,具有中等的弯曲模量,材料有一定的收缩性,提高了制件组装时的紧密度,均聚聚丙烯的收缩率稍低,保证了制件的稳定性;
3)本发明的高阻燃聚丙烯材料中添加有少量均聚聚丙烯粉体,其在阻燃助剂预混合过程中可以促使阻燃剂分散均匀,提高了预分散效果;
4)本发明的高阻燃聚丙烯材料选用溴-锑阻燃体系,添加量少,阻燃效果好且稳定;
5)本发明的高阻燃聚丙烯材料中添加了阻燃协效剂,可以在燃烧过程中与溴-锑阻燃剂发挥协效作用,提高了阻燃性能,且更加稳定、高效;
6)本发明的高阻燃聚丙烯材料中添加了降温母粒,可以提高产品的流动性和阻燃性能,在不影响产品性能的情况下,可以降低阻燃剂添加量,降低成本;
7)本发明的高阻燃聚丙烯材料中添加了增韧剂,降低了复合材料脆性,提高复合材料抗冲击性能;
8)本发明的高阻燃聚丙烯材料中添加了润滑剂、紫外线吸收剂和抗氧剂,可以改善阻燃聚丙烯材料的加工性能,提高了制件的耐热性和耐老化性,增加了制件对紫外线的耐受力。
具体实施方式
一种高阻燃聚丙烯材料,由以下质量份的原料组成:
均聚聚丙烯粒料:60~75份;
均聚聚丙烯粉料:5~15份;
溴系阻燃剂:10~20份;
锑系阻燃剂:3~8份;
阻燃协效剂:1~3份;
降温母粒:0~10份;
增韧剂:0~3份;
润滑剂:0~1份;
紫外线吸收剂:0~1份;
抗氧剂:0~1份。
优选的,所述均聚聚丙烯粒料的熔融指数为8~15g/10min,弯曲模量为1000MPa~1350MPa。
优选的,所述均聚聚丙烯粉料的熔融指数为10~30g/10min。
优选的,所述溴系阻燃剂为四溴双酚A、四溴双酚A双(2,3-二溴丙基)醚、十溴二苯乙烷、六溴环十二烷、三(2,3-二溴丙基)异三聚氰酸酯、十溴二苯醚、溴化聚苯乙烯、六溴苯、四溴双酚S双(2,3-二溴丙基)醚、双(2,3-二溴丙基)反丁烯二酸酯、六溴苯、二(2,4,6-三溴苯氧基)乙烷中的至少一种。
优选的,所述溴系阻燃剂的熔点为100~180℃,溴含量为60%~75%,分解温度大于280℃。
优选的,所述锑系阻燃剂为三氧化二锑、五氧化二锑、锑酸钠中的至少一种。
优选的,所述三氧化二锑、五氧化二锑、锑酸钠的纯度大于99.5%。
优选的,所述阻燃协效剂为氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸酯阻燃剂、硅系阻燃剂、镁铝水滑石、氯化聚乙烯、纳米级阻燃剂、氮系阻燃剂中的至少一种。
优选的,所述溴系阻燃剂、锑系阻燃剂、阻燃协效剂的质量比为(5~30):5:(1~2)。
进一步优选的,所述溴系阻燃剂、锑系阻燃剂、阻燃协效剂的质量比为(20~45):10:(2~4)。
优选的,所述降温母粒是一种PP载体的过氧化物改性材料。
进一步优选的,所述降温母粒为东莞市威恩化工有限公司的LV-20。
优选的,所述增韧剂为热塑性弹性体。
进一步优选的,所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体(SBS)、氢化苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体(SEBS)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(MBS)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、氯化聚乙烯(CPE)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚烯烃弹性体(POE)中的至少一种。
优选的,所述润滑剂为硬脂酸、乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硅酮粉中的至少一种。
优选的,所述紫外线吸收剂为苯并三唑类、苯酮类、水杨酸酯类、取代丙烯腈类、三嗪类、受阻胺类紫外线吸收剂中的至少一种。
进一步优选的,所述紫外线吸收剂为UV-234、UV327、UV-328、UV329、UV5411、UV-531中的至少一种。
优选的,所述抗氧化剂为2,6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚、四[β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸双酯、N,N’-双[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼、二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、硫代二丙酸双月桂酯中的至少一种。
对应上述配方或优选配方的高阻燃聚丙烯材料的制备方法,包括以下步骤:
1)将均聚聚丙烯粉料、溴系阻燃剂、锑系阻燃剂、阻燃协效剂、降温母粒、增韧剂、润滑剂、紫外线吸收剂和抗氧剂按配比配制好后加入卧式搅拌桶,50~60℃预混合20~50min,充分预混合均匀,再按照实际生产需要分称包装;
2)将均聚聚丙烯粒料和步骤1)预混合均匀的物料加入高速搅拌桶,搅拌1~2min;
3)将物料加入到双螺杆挤出机中,进行高温混炼剪切,再经过水冷却后拉条、切粒,得到高阻燃聚丙烯材料。
优选的,所述双螺杆挤出机的螺杆直径为30~95mm,长径比为(36~44):1,双螺杆挤出机温度如下:第一区为120~135℃;第二区~第四区为180~185℃;第五区~第十区为185~195℃;机头温度为200℃。
其中,双螺杆挤出机造粒时各区的温度如表1所示。
表1双螺杆挤出机造粒时各区的温度
本发明的高阻燃聚丙烯材料的性能测试包括以下步骤:采用CG110E卧式注射机进行注射成型,得到标准试样。成型工艺条件:注射温度(加料口)160/175/185/185℃(喷嘴);注射压力50MPa;保压时间5s;冷却时间8s。
各项性能测试标准如下:
熔融指数:按照ASTMD-1238标准进行测试;
拉伸强度:按照ASTMD-638标准进行测试;
弯曲强度和弯曲模量:按照ASTMD-790标准进行测试;
缺口冲击性能:按照ASTMD-256标准进行测试;
阻燃测试:按UL1694和UL94标准进行测试。
下面结合具体实施例对本发明作进一步的解释和说明。
实施例1:
一种高阻燃聚丙烯材料,由以下按重量份数计量的原料组成:均聚聚丙烯粒料:63份;均聚聚丙烯粉料:15份;溴系阻燃剂四溴双酚A:13份;锑系阻燃剂三氧化二锑:3份;阻燃协效剂氢氧化镁:1份;降温母粒LV-20:3份;增韧剂苯乙烯-丁二烯热塑性弹性体:1份;润滑剂硬脂酸:0.5份;紫外线吸收剂UV-234:0.2份;抗氧剂2,6-三级丁基-4-甲基苯酚:0.3份。该高阻燃聚丙烯材料的性能测试结果如表2所示。
实施例2:
一种高阻燃聚丙烯材料,由以下按重量份数计量的原料组成:均聚聚丙烯粒料:64份;均聚聚丙烯粉料:9份;溴系阻燃剂十溴二苯乙烷:15份;锑系阻燃剂五氧化二锑:6份;阻燃协效剂镁铝水滑石:2份;降温母粒LV-20:1份;增韧剂甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物:1份;润滑剂乙撑双硬脂酰胺:1份;紫外线吸收剂UV-328:0.5份;抗氧剂双(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚:0.5份。该高阻燃聚丙烯材料的性能测试结果如表2所示。
实施例3:
一种高阻燃聚丙烯材料,由以下按重量份数计量的原料组成:均聚聚丙烯粒料:75份;均聚聚丙烯粉料:5份;溴系阻燃剂三(2,3-二溴丙基)异三聚氰酸酯:11份;锑系阻燃剂锑酸钠:5份;阻燃协效剂氯化聚乙烯:1份;增韧剂丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物:2份;抗氧剂硫代二丙酸双酯:1份。该高阻燃聚丙烯材料的性能测试结果如表2所示。
实施例4:
一种高阻燃聚丙烯材料,由以下按重量份数计量的原料组成:均聚聚丙烯粒料:64份;均聚聚丙烯粉料:5份;溴系阻燃剂六溴苯:10份;锑系阻燃剂三氧化二锑:5份;阻燃协效剂磷酸三乙酯:2份;降温母粒LV-20:10份;增韧剂氯化聚乙烯:3份;紫外线吸收剂UV5411:1份。该高阻燃聚丙烯材料的性能测试结果如表2所示。
实施例5:
一种高阻燃聚丙烯材料,由以下按重量份数计量的原料组成:均聚聚丙烯粒料:61份;均聚聚丙烯粉料:5份;溴系阻燃剂二(2,4,6-三溴苯氧基)乙烷:20份;锑系阻燃剂五氧化二锑:8份;阻燃协效剂纳米氢氧化铝:2份;降温母粒LV-20:3份;润滑剂硅酮粉:0.5份;紫外线吸收剂UV-531:0.2份;抗氧剂三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯:0.3份。该高阻燃聚丙烯材料的性能测试结果如表2所示。
表2实施例1~5的高阻燃聚丙烯材料的性能测试结果
由表2可知:本发明的高阻燃聚丙烯材料阻燃性能优异,自熄性良好,耐老化性能优异,能够在户外长期使用,绝缘性能好,其制件能够与电接触,耐热性较好,不易受热变形,加工流动性优异,易成型。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高阻燃聚丙烯材料,其特征在于:由以下质量份的原料组成:
均聚聚丙烯粒料:60~75份;
均聚聚丙烯粉料:5~15份;
溴系阻燃剂:10~20份;
锑系阻燃剂:3~8份;
阻燃协效剂:1~3份;
降温母粒:0~10份;
增韧剂:0~3份;
润滑剂:0~1份;
紫外线吸收剂:0~1份;
抗氧剂:0~1份。
2.根据权利要求1所述的高阻燃聚丙烯材料,其特征在于:所述溴系阻燃剂为四溴双酚A、四溴双酚A双(2,3-二溴丙基)醚、十溴二苯乙烷、六溴环十二烷、三(2,3-二溴丙基)异三聚氰酸酯、十溴二苯醚、溴化聚苯乙烯、六溴苯、四溴双酚S双(2,3-二溴丙基)醚、双(2,3-二溴丙基)反丁烯二酸酯、六溴苯、二(2,4,6-三溴苯氧基)乙烷中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的高阻燃聚丙烯材料,其特征在于:所述锑系阻燃剂为三氧化二锑、五氧化二锑、锑酸钠中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的高阻燃聚丙烯材料,其特征在于:所述阻燃协效剂为氢氧化镁、氢氧化铝、磷酸酯阻燃剂、硅系阻燃剂、镁铝水滑石、氯化聚乙烯、纳米级阻燃剂、氮系阻燃剂中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的高阻燃聚丙烯材料,其特征在于:所述溴系阻燃剂、锑系阻燃剂、阻燃协效剂的质量比为(5~30):5:(1~2)。
6.根据权利要求1所述的高阻燃聚丙烯材料,其特征在于:所述增韧剂为热塑性弹性体。
7.根据权利要求1所述的高阻燃聚丙烯材料,其特征在于:所述润滑剂为硬脂酸、乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硅酮粉中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的高阻燃聚丙烯材料,其特征在于:所述紫外线吸收剂为苯并三唑类、苯酮类、水杨酸酯类、取代丙烯腈类、三嗪类、受阻胺类紫外线吸收剂中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的高阻燃聚丙烯材料,其特征在于:所述抗氧化剂为2,6-三级丁基-4-甲基苯酚、双(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)硫醚、四[β-(3,5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸双酯、N,N’-双[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰]肼、二缩三乙二醇双[β-(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酸酯]、β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正、三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯、硫代二丙酸双月桂酯中的至少一种。
10.权利要求1~9中任意一项所述的高阻燃聚丙烯材料的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:
1)将均聚聚丙烯粉料、溴系阻燃剂、锑系阻燃剂、阻燃协效剂、降温母粒、增韧剂、润滑剂、紫外线吸收剂和抗氧剂按配比配制好后加入卧式搅拌桶,50~60℃预混合20~50min,充分预混合均匀,再按照实际生产需要分称包装;
2)将均聚聚丙烯粒料和步骤1)预混合均匀的物料加入高速搅拌桶,搅拌1~2min;
3)将物料加入到双螺杆挤出机中,进行高温混炼剪切,再经过水冷却后拉条、切粒,得到高阻燃聚丙烯材料。
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