CN105542320A - 一种低烟释放速率的无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低烟释放速率的无卤阻燃丙烯材料，属于高分子材料技术领域，由以下重量百分含量的组分组成：聚丙烯40-70％，无卤阻燃剂18-30％，玻璃纤维0-30％，聚酮树脂3-15％，纳米蛭石1-5％，结晶水合物3-10％，润滑剂0.2-0.6％，抗氧剂0.2-0.6％。本发明还提供该材料的制备方法。其优点表现在：本发明的低烟释放速率的无卤阻燃丙烯材料，具有较低的烟气释放速率的、烟雾释放量以及CO释放比例，能够广泛应用于公共设施、装饰装潢、电子电器部件等对阻燃及烟雾释放要求严格的各种领域，为人员逃生赢得宝贵的时间。

Description

一种低烟释放速率的无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体地说，是一种低烟释放速率的无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(Polypropylene，简称PP)是一种半结晶的热塑性塑料。具有较高的耐冲击性，机械性质强韧，抗多种有机溶剂和酸碱腐蚀。在工业上被广泛应用于机械、汽车、家用电器、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等领域，是一种十分重要的工程材料。但聚丙烯，聚丙烯的氧指数只有17.5％，较易燃烧，且燃烧过程有融滴滴落，这些问题在很大程度上制约了聚丙烯的应用。
通常来说塑料燃烧时的危害一方面来源于火焰带来的热辐射，另一方面源于燃烧时生成的有毒、有害产物烟气，而一般在火灾中丧生的，大部分是由于火灾中的烟雾，特别是有毒烟雾的存在，导致人们窒息死亡。目前通常降低材料烟密度的方法是加入抑制烟剂，如专利CN102532693中通过在长玻纤阻燃增强聚丙烯材料中加入氢氧化镁、硼酸锌、氧化钼等抑烟剂来降低材料的烟密度；如专利CN103756135通过添加金属氢氧化物作为消烟剂来降低阻燃聚丙烯材料的烟密度，制备了阻燃低气味改性聚丙烯材料；专利CN1465618公开了一种氢氧化镁无卤阻燃聚丙烯复合材料，其中使用氢氧化镁作为阻燃剂。氢氧化物阻燃剂气味和烟密度较小，但其阻燃效率较低，需要大量添加，导阻燃聚丙烯材料力学性能很差。
现有的发明技术中，只是单纯关注塑料完全燃烧后所释放的烟雾总量(烟密度)，并不关注材料整个燃烧过程中烟雾的释放情况。因此，如何降低烟雾的释放速率，为人员逃生赢得宝贵的时间，就成为最新的材料开发方向。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术存在的不足，提供一种低烟释放速率的无卤阻燃丙烯材料及其制备方法。本发明的低烟释放速率的无卤阻燃丙烯材料，具有较低的烟气释放速率的、烟雾释放量以及CO释放比例，能够广泛应用于公共设施、装饰装潢、电子电器部件等对阻燃及烟雾释放要求严格的各种领域，为人员逃生赢得宝贵的时间。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
第一方面，本发明涉及一种低烟释放速率的无卤阻燃丙烯材料，所述的无卤阻燃丙烯材料由如下重量百分含量的各组分组成：
聚丙烯(PP)：40-70％；
阻燃剂：18-30％；
玻璃纤维：0-30％；
聚酮树脂(PK)：3-15％；
纳米蛭石：1-5％；
结晶水合物：3-10％；
润滑剂：0.2-0.6％；
抗氧剂：0.2-0.6％。
优选地，所述聚丙烯是均聚聚丙烯或共聚聚丙烯，熔融指数2-45g/10min。可选用上海赛科生产的共聚PPK7926和均聚PPS2040。
优选地，所述的阻燃剂为无卤阻燃剂。可选用市售的所述的磷系阻燃剂为：磷酸三苯脂、次磷酸铝、APP、磷酸三乙脂MPP、间亚苯基四苯基双磷酸酯、双酚A双(二苯基磷酸酯)中的一种或几种；所述的氮系阻燃剂为：MCA、三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、硼酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺中的一种或几种。
优选地，所述玻璃纤维为无碱长玻璃纤维或无碱短切纤维。可选用巨石公司生产的无碱长玻纤988A。
优选地，所述的聚酮树脂(PK)的熔融指数为5-300g/10min。可选用韩国晓星公司生产的M230A。
优选地，所述的纳米蛭石的比表面积小于20m2/g。可选用灵寿县腾达矿产品加工厂生产的纳米蛭石。
优选地，所述的结晶水合物为六水三氯化铬、十水碳酸钠、五水硫酸铜、七水硫酸亚铁、七水硫酸锌、十二水硫酸铝钾、十水硫酸钠等。
优选地，所述的润滑剂为多元醇酯、硬脂酸酰胺、石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡或硅氧烷中的一种或几种。
优选地，所述的抗氧剂为168和1010的复配物。
第二方面，本发明还涉及前述的低烟释放速率的无卤阻燃丙烯材料及其制备方法的制备方法，所述方法包括如下步骤：
(1)按重量配比秤取聚丙烯(PP)：40-70％；无卤阻燃剂：18-30％；玻璃纤维：0-30％；聚酮树脂(PK)：3-15％；纳米蛭石：1-5％；结晶水合物：3-10％；润滑剂：0.2-0.6％；抗氧剂：0.2-0.6％。
(2)将上述混好的料由双螺杆挤出机挤出并造粒，螺杆机的转速为180-600转/分，温度为160-180℃。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
(1)本发明在无卤阻燃丙烯制备过程中添加了具有超高成碳性的聚酮(PK)树脂，使制备的无卤阻燃聚丙烯材料受热燃烧时，极易形成碳层，对可燃物进行包裹有效的降低烟气的释放速率的和释放量；同时，所添加的纳米蛭石，存在一定的纳米效应，能够有效的分散于树脂基体中，所以作为一种极易受热膨胀的硅酸盐化合物，在无卤阻燃丙烯燃烧过程中，可以有效的扩充碳层的面积，增加碳层的包裹性。
(2)本发明的无卤阻燃丙烯制备过程中添加了结晶水合物，在无卤阻燃聚丙烯受热燃烧时，可以释放足够的水，起到稀释和吸附作用，降低烟气的释放速率的和释放量；所添加的纳米蛭石在受热过程中也会失去的水分起对起到与结晶水合物类似的作用。
(3)发明人通过多次实验，创造性的发现将聚酮(PK)、纳米蛭石以及结晶水合物进行复配使用，利用聚酮树脂(PK)高成碳性、纳米蛭石膨胀性以及水合物的释放性，可以有效的降低材料的烟气的释放速率、释放量以及CO的排除比例，在火灾情况下，能够为人员赢得更多的逃生时间。
(4)本发明的无卤阻燃丙烯材料的烟气释放速率和释放量较普通阻燃材料下降了30％以上、CO的释放比例降低20％以上，而且烟密度等级均小于75。
本发明的低烟释放速率的无卤阻燃丙烯材料，具有较低的烟气释放速率的、烟雾释放量以及CO释放比例，能够广泛应用于公共设施、装饰装潢、电子电器部件等对阻燃及烟雾释放要求严格的各种领域，为人员逃生赢得宝贵的时间。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明提供的具体实施方式作详细说明。
实施例1-7
实施例1-7及对比例1-2的组分及配比见表1。
实施例1-7及对比例1-2中采用的聚丙烯为上海赛科生产的共聚聚丙烯K7926和均聚聚丙烯S2040；
实施例1-7及对比例1-2中采用的无卤阻燃剂为吴江市今日化工有限公司生产的聚磷酸铵(HT-208)、上海翼菁实业有限公司生产的焦磷酸三聚氰胺及济南金泉化工有限公司生产的次磷酸铝；
实施例1-7及对比例1-2中采用的玻璃纤维巨石公司生产的无碱长玻纤988A。
实施例1-7及对比例1-2中采用的聚酮树脂(PK)为韩国晓星公司生产的M230A。
实施例1-7及对比例1-2中采用的纳米蛭石由灵寿县腾达矿产品加工厂生产。
实施例1-7及对比例1-2中采用的结晶水合物为市售的十水碳酸钠、五水硫酸铜、七水硫酸锌、十二水硫酸铝钾。
实施例1-7及对比例1-2中采用的润滑剂为聚丙烯蜡。
实施例1-7及对比例1-2中采用的抗氧剂为168和1010的复配物。
实施例具体制备方法如下：
(1)按表1中配比秤取：聚丙烯(PP)：40-70％；无卤阻燃剂：18-30％；玻璃纤维：0-30％；聚酮树脂(PK)：3-15％；纳米蛭石：1-5％；结晶水合物：3-10％；润滑剂：0.2-0.6％；抗氧剂：0.2-0.6％。
(2)将上述混好的料由双螺杆挤出机挤出并造粒，螺杆机的转速为180-600转/分，温度为160-180℃。
表1
上述实施例1～7及对比例1～2制得的材料测试的物理性能、阻燃性能及燃烧性能见下表2。
将上述产品在鼓风烘箱中于90℃干燥4小时后，用塑料注塑成型机注塑成标准样条；将注塑好的样条在50％的相对湿度、23℃放置至少24小时后进行性能测试，按ASTMD256方法测试材料的冲击性能。
实验所测烟密度按照GB/T8627-2007标准实施，样品尺寸为25mm×25mm×6mm；
实验所测锥形量热仪(CONE)按照GB/T16172-2007标准实施，样品尺存为100mm×100mm×3mm，辐照能量为50kw/m2。一氧化碳含量、二氧化碳含量以及产烟速率的(SmokeProductionRate，SPR)峰值时间、以及达到产烟速率峰值的时间，通过锥形量热仪测定。
表2
由表2中数据可以发现，对比例1与实施例1为阻燃非增强体系对照组对比，对比例2与实施例6为阻燃增强体系对照组对比，对比例1、2中未添加聚酮树脂、纳米蛭石及结晶水合物，由测试结果可知，实施例的烟密度较对比例明显下降，且均小于75标准；其次由锥形量热仪测定的烟释放速率峰值较对比例下降近30％以上，而且释放速率峰值出现的时间推迟200秒以上，燃烧气体中CO含量也明显降低。本发明的低烟释放速率的无卤阻燃丙烯材料，具有较低的烟气释放速率的、烟雾释放量以及CO释放比例，能够广泛应用于公共设施、装饰装潢、电子电器部件等对阻燃及烟雾释放要求严格的各种领域，为人员逃生赢得宝贵的时间。
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，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低烟释放速率的无卤阻燃丙烯材料，其特征在于，所述的无卤阻燃丙烯材料由以下重量百分含量的各组分制成：聚丙烯40-70％，无卤阻燃剂18-30％，玻璃纤维0-30％，聚酮树脂3-15％，纳米蛭石1-5％，结晶水合物3-10％，润滑剂0.2-0.6％，抗氧剂0.2-0.6％。
2.根据权利要求1所述的无卤阻燃丙烯材料，其特征在于，所述的聚丙烯是均聚聚丙烯或共聚聚丙烯，熔融指数为2-45g/10min。
3.根据权利要求1所述的无卤阻燃丙烯材料，其特征在于，所述的无卤阻燃剂为磷系阻燃剂及氮系阻燃剂复配而成；所述的磷系阻燃剂为：磷酸三苯脂、次磷酸铝、次磷酸铝、APP、磷酸三乙脂MPP、间亚苯基四苯基双磷酸酯、双酚A双(二苯基磷酸酯)中的一种或几种；所述的氮系阻燃剂为：MCA、三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、硼酸三聚氰胺、聚磷酸三聚氰胺中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的无卤阻燃丙烯材料，其特征在于，所述的玻璃纤维为无碱长玻璃纤维或无碱短切纤维。
5.根据权利要求1所述的无卤阻燃丙烯材料，其特征在于，所述的聚酮树脂的熔融指数为5-300g/10min。
6.根据权利要求1所述的无卤阻燃丙烯材料，其特征在于，所述的纳米蛭石的比表面积小于20m2/g。
7.根据权利要求1所述的无卤阻燃丙烯材料，其特征在于，所述的结晶水合物为六水三氯化铬、十水碳酸钠、五水硫酸铜、七水硫酸亚铁、七水硫酸锌、十二水硫酸铝钾或十水硫酸钠。
8.根据权利要求1所述的无卤阻燃丙烯材料，其特征在于，所述的润滑剂为多元醇酯、硬脂酸酰胺、石蜡、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡或硅氧烷中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的无卤阻燃丙烯材料，其特征在于，所述的抗氧剂为168和1010复配物。
10.根据权利要求1所述的无卤阻燃丙烯材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括以下步骤：
(1)按重量配比称取各组分；
(2)将上述混好的料由双螺杆挤出机挤出并造粒，螺杆机的转速为180-600转/分，温度为160-180℃。
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