CN105670108A - 一种新型阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
一种新型阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种新型阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，由海泡石0.1份-0.5份、MgCl2?6H2O？0.1份-0.5份、AlCl3?6H2O？0.1份-0.5份合成了层状双氢氧化物与海泡石的复合物，再与聚丙烯70份-90份、聚磷酸铵0.3份-0.8份、季戊四醇0.3份-0.8份、抗氧剂0.1份-0.5份经混、挤出制成。层状双氢氧化物与海泡石的复合物与膨胀阻燃体系有很好的阻燃协效作用，有助于体系的催化成炭，有效的提高了PP复合材料的阻燃等级，降低了有毒气体的生成量。另外，还提高了PP复合材料的力学性能。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，尤其涉及一种新型阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯( PP)具有良好的加工性能，在材料加工领域有广泛的应用，但PP易燃烧，且发热量大，燃烧时会产生大量的熔滴，火焰传播速度快，不易熄灭。所以在对防火性能有一定要求的领域使用时，必须对PP进行阻燃改性处理。目前针对其阻燃改性处理方法是向PP 塑料中添加单一阻燃剂，但其不能获得理想的阻燃性能和综合效果, 故而复合阻燃体系是弥补这些不足的很好选择, 在PP 阻燃中占有重要的地位。
所以本专利创新的以MgCl2•6H2O、AlCl3•6H2O、氢氧化钠（NaOH）、海泡石为原料合成了层状双氢氧化物与海泡石的复合物（LDH-SEP），该复合物与膨胀阻燃体系有很好的阻燃协效作用，有助于体系的催化成炭，有效的提高了PP复合材料的阻燃性能。另外，LDH-SEP的引入还提高了PP复合材料的力学性能。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种新型阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，该复合材料的制备方法简单易行，且使得制得的复合材料具有良好的力学性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种新型阻燃聚丙烯复合材料，由下述组分按重量份制备而成：
聚丙烯（PP） 70份-90份
海泡石（SEP） 0.1份-0.5份
MgCl2•6H2O 0.1份-0.5份
AlCl3•6H2O 0.1份-0.5份
聚磷酸铵（APP） 0.3份-0.8份
季戊四醇（PER） 0.3份-0.8份
抗氧剂 0.1份-0.5份
所述的抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（简称抗氧剂1010）与三（2.4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯（简称抗氧剂168）按质量比为1：1混合。
本发明的另一个目的是提供上述的一种新型阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）在搅拌情况下将海泡石和水进行混合，并加入AlCl3•6H2O和MgCl2•6H2O，升温至50-70℃进行搅拌20-24h，然后用碱溶液调节溶液PH至中性后再恒温反应42-48h，经过滤、洗涤、干燥得到层状双氢氧化物与海泡石的复合物LDH-SEP；
（2）将聚丙烯、聚磷酸铵、季戊四醇预先在鼓风干燥箱中干燥，温度为60-80℃、时间为6-10h；
（3）将复合物LDH-SEP、聚丙烯、聚磷酸铵、季戊四醇与抗氧剂一起通过高速混合机把物料搅拌10-12min，形成混合物料；
（4）将混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，挤出造粒、水冷、切粒及干燥得阻燃聚丙烯复合材料。
进一步，所述步骤（1）中碱为氢氧化钠（NaOH）溶液；
所述步骤（4）中双螺杆挤出机包含六个区，其中各区温度及螺杆转速分别为：一区温度为70～100℃、二区温度为120～180℃、三区温度为170～230℃、四区温度为170～230℃、五区温度为170～230℃、六区温度为170～240℃、机头温度为170～200℃；螺杆转速为180～300r/min。
本发明的有益效果有：
1.本发明以MgCl2•6H2O、AlCl3•6H2O、海泡石为原料合成了层状双氢氧化物与海泡石的复合物（LDH-SEP），该复合物与聚磷酸铵（APP）表面反应生成Mg-O-P和Al-O-P键，同时不断脱水，其结构式为：4MgCl2·6H2O+2AlCl3·6H2O→Mg4Al2（OH）14·3H2O。另外，生成的长链式结构可加固生成的炭质层而起到阻燃的效果，同时也促进了炭化作用，使成炭更充分、炭层更致密。
2. 复合物LDH-SEP的引入还提高了PP复合材料的力学性能，在相同组份与用量情况下，本发明用复合物LDH-SEP与现有技术中直接用膨胀系阻燃剂比较可知，其拉伸强度与弯曲模量均有不同幅度的增加。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做一详细的阐述。
本发明涉及一种新型阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，由包含以下重量份的组分制成：聚丙烯（PP）70份-90份、海泡石（SEP）0.1份-0.5份、MgCl2•6H2O 0.1份-0.5份、AlCl3•6H2O
0.1份-0.5份、聚磷酸铵（APP）0.3份-0.8份、季戊四醇（PER）0.3份-0.8份、抗氧剂0.1份-0.5份。
所述的抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯（简称抗氧剂1010）与三（2.4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯（简称抗氧剂168）按质量比为1：1混合。
实施例1
（1）称取70份PP，0.1份海泡石，0.1份MgCl2•6H2O，0.1份AlCl3•6H2O，聚磷酸铵（APP）0.3份，季戊四醇（PER）0.3份，0.05份抗氧剂1010，0.05份抗氧剂168；
（2）在装有机械搅拌器的三口烧瓶中加入海泡石和水，然后加入AlCl3•6H2O和MgCl2•6H2O，升高温度至50℃，恒温搅拌20h后用NaOH溶液调节溶液PH至7，再恒温反应42h后经过滤、洗涤、干燥后即得层状双氢氧化物与海泡石的复合物LDH-SEP；
（3）将PP、聚磷酸铵（APP），季戊四醇（PER）预先在鼓风干燥箱中干燥，温度为60℃，时间为6h；再将它们与LDH-SEP、抗氧剂1010、抗氧剂168一起通过高速混合机把物料搅拌10min，形成混合物料；
（4）将混合好的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，挤出造粒、水冷、切粒及干燥等步骤。其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度70℃，二区温度120℃，三区温度170℃，四区温度170℃，五区温度170℃，六区温度170℃，机头温度170℃；螺杆转速180r/min。
实施例2
（1）称取PP 90份，海泡石0.5份，0.5份MgCl2•6H2O，0.5份AlCl3•6H2O，聚磷酸铵（APP）0.8份，季戊四醇（PER）0.8份，0.25份抗氧剂1010，0.25份抗氧剂168；
(2) 在装有机械搅拌器的的三口烧瓶中加入海泡石和水，然后加入AlCl3•6H2O和MgCl2•6H2O，升高温度至70℃，恒温搅拌24h后，用NaOH溶液调节溶液PH至7后恒温反应48h，后经过滤、洗涤、干燥后即得层状双氢氧化物与海泡石的复合物LDH-SEP；
（3）将PP、APP、PER预先在鼓风干燥箱中干燥，温度为80℃，时间为10h，再将它们与复合物LDH-SEP、抗氧剂1010，抗氧剂168通过高速混合机把物料搅拌12min，形成混合物料；
（4）将混合好的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，挤出造粒、水冷、切粒及干燥等步骤。其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度100℃，二区温度180℃，三区温度230℃，四区温度230℃，五区温度230℃，六区温度230℃，机头温度200℃；螺杆转速300r/min。
实施例3
（1）称取PP 80份，海泡石0.3份，0.3份MgCl2•6H2O，0.3份AlCl3•6H2O，聚磷酸铵（APP）0.55份，季戊四醇（PER）0.55份，0.15抗氧剂1010份，0.15份抗氧剂168；
（2）在装有机械搅拌器的的三口烧瓶中加入海泡石和水，然后加入AlCl3•6H2O和MgCl2•6H2O，升高温度至60℃，恒温搅拌22h后，用NaOH溶液调节溶液PH至7后恒温反应45h，后经过滤、洗涤、干燥后即得层状双氢氧化物与海泡石的复合物LDH-SEP；
（3）将所需PP、APP、PER预先在鼓风干燥箱中干燥，温度为70℃，时间为8h，再将它们与复合物LDH-SEP、氧剂1010份、抗氧剂168通过高速混合机把物料搅拌11min，形成混合物料；
（4）将混合好的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，挤出造粒、水冷、切粒及干燥等步骤。其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度85℃，二区温度150℃，三区温度200℃，四区温度200℃，五区温度200℃，六区温度205℃，机头温度185℃；螺杆转速240r/min。
实施例4
（1）称取PP 85份，海泡石0.4份，0.3份MgCl2•6H2O，0.3份AlCl3•6H2O，聚磷酸铵（APP）0.6份，季戊四醇（PER）0.6份，0.1份抗氧剂1010，0.1份抗氧剂168；
（2）在装有机械搅拌器的的三口烧瓶中加入海泡石和适量的水，然后加入AlCl3•6H2O和MgCl2•6H2O，升高温度至55℃，恒温搅拌21h后，用NaOH溶液调节溶液PH至7后恒温反应43h，后经过滤、洗涤、干燥后即得层状双氢氧化物与海泡石的复合物LDH-SEP。
（3）将所需PP、APP、PER预先在鼓风干燥箱中干燥，温度为75℃，时间为9h，再将它们与复合物LDH-SEP、抗氧剂1010，抗氧剂168通过高速混合机把物料搅拌12min，形成混合物料；
（4）将混合好的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，挤出造粒、水冷、切粒及干燥等步骤。其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度95℃，二区温度160℃，三区温度220℃，四区温度200℃，五区温度200℃，六区温度205℃，机头温度190℃；螺杆转速260r/min。
实施例5
（1）称取PP 75份，海泡石0.3份，0.2份MgCl2•6H2O，0.3份AlCl3•6H2O，聚磷酸铵（APP）0.5份，季戊四醇（PER）0.5份，0.1份抗氧剂1010，0.1份抗氧剂168；
（2）在装有机械搅拌器的的三口烧瓶中加入海泡石和水，然后加入AlCl3•6H2O和MgCl2•6H2O，升高温度至65℃，恒温搅拌21h后，用NaOH溶液调节溶液PH至7后恒温反应45h，后经过滤、洗涤、干燥后即得层状双氢氧化物与海泡石的复合物LDH-SEP；
（3）将所需PP、APP、PER预先在鼓风干燥箱中干燥，温度为75℃，时间为9h，再将它们与复合物LDH-SEP、抗氧剂1010，抗氧剂168通过高速混合机把物料搅拌11min，形成混合物料；
（4）将混合好的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，挤出造粒、水冷、切粒及干燥等步骤。其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度75℃，二区温度150℃，三区温度210℃，四区温度200℃，五区温度220℃，六区温度220℃，机头温度190℃；螺杆转速280r/min。
对比例1
（1）称取PP 75份，聚磷酸铵（APP）0.5份，季戊四醇（PER）0.5份，抗氧剂1010 0.1份，抗氧剂168 0.1份；
（2）将所需PP、APP、PER预先在鼓风干燥箱中干燥，温度为75℃，时间为9h，通过高速混合机把物料搅拌10min，形成混合物料；
（3）将混合好的混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，挤出造粒、水冷、切粒及干燥等步骤。其中双螺杆挤出机各区温度及螺杆转速分别为：一区温度85℃，二区温度160℃，三区温度220℃，四区温度210℃，五区温度220℃，六区温度220℃，机头温度190℃；螺杆转速270r/min。
性能测试：
将上述实施例1-5及对比例1分别制成样条进行对比，根据标准ISO 527-1:2012，ISO 178:2010和IEC 60695-11-10:2013分别对其进行拉伸强度、弯曲强度、燃烧性能进行测试，测试数据如下表1：
表1 实施例1-5和对比例1实验数据对比表
| 测试项目 | 单位 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 | 对比例1 |
| 拉伸强度 | MPa | 28 | 24 | 24 | 27 | 25 | 17 |
| 弯曲强度 | MPa | 1885 | 1970 | 1800 | 2000 | 1900 | 1400 |
| 阻燃等级 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-0 | V-1 |
如上表数据所示，本发明实施例1-5制备的聚丙烯复合材料的阻燃等级均为V-0，其拉伸强度与弯曲强度也比对比例1高出很多，所以本发明由于LDH-SEP的加入，不但提高了聚丙烯复合材料的阻燃性能，而且还提高了该材料的力学性能。因此通过本发明制备的阻燃聚丙烯复合材料同时兼具优异的阻燃性能和力学性能，具有非常重要的现实意义。
以上公开的仅为本申请的几个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。
Claims (4)
1.一种新型阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：由以组份按重量份制备而成：
聚丙烯 70份-90份
海泡石 0.1份-0.5份
MgCl2•6H2O 0.1份-0.5份
AlCl3•6H2O 0.1份-0.5份
聚磷酸铵 0.3份-0.8份
季戊四醇 0.3份-0.8份
抗氧剂 0.1份-0.5份。
2.根据权利要求1所述的一种新型阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述抗氧剂为四[β-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯与三（2.4-二叔丁基苯基）亚磷酸酯按质量比为1：1混合。
3.如权利要求1所述的一种新型阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）按配比，在搅拌情况下将海泡石和水进行混合，并加入AlCl3•6H2O和MgCl2•6H2O，升温至50-70℃进行搅拌20-24h，然后用碱溶液调节溶液PH至中性后再恒温反应42-48h，经过滤、洗涤、干燥得层状双氢氧化物与海泡石的复合物；
（2）将聚丙烯、聚磷酸铵、季戊四醇预先在鼓风干燥箱中干燥，温度为60-80℃、时间为6-10h；
（3）将步骤（1）的复合物、聚丙烯、聚磷酸铵、季戊四醇与抗氧剂一起通过高速混合机把物料搅拌10-12min，形成混合物料；
（4）将混合物料投入到双螺杆挤出机的料斗中，经熔融反应，挤出造粒、水冷、切粒及干燥得阻燃聚丙烯复合材料。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：所述步骤（1）中碱为氢氧化钠溶液；
所述步骤（4）中双螺杆挤出机包含六个区，其中各区温度及螺杆转速分别为：一区温度为70～100℃、二区温度为120～180℃、三区温度为170～230℃、四区温度为170～230℃、五区温度为170～230℃、六区温度为170～240℃、机头温度为170～200℃；螺杆转速为180～300r/min。
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| CN112300466A (zh) * | 2019-07-29 | 2021-02-02 | 合肥杰事杰新材料股份有限公司 | 一种聚烯烃阻燃母粒及其制备方法和应用 |
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