CN105778268A - 一种聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料及其制备方法 Download PDF

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何彬
王志华
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Abstract

本发明涉及一种聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料及其制备方法。本发明主要是解决现有阻燃聚丙烯材料依赖卤/锑阻燃体系，燃烧时产生有毒烟雾，危害人体健康和污染环境等问题。本发明的创新点在于添加了自制改性的蒙脱土，从而大大提高了复合材料的阻燃性能以及力学性能。本发明的制备方法主要涉及Mg(OH)2 和Al(OH)3的改性及复配，然后将其与35~45份的聚丙烯树脂、2.5~3.5份的纳米蒙脱土、3.3~4份的协效剂、5份的相容剂及0.2~0.5份的抗氧剂混合加工制得。该聚丙烯复合材料，具有良好的阻燃性和机械性能，燃烧时低烟无毒无熔滴，减小了对环境的污染和对人体的危害。

Description

一种聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料及其制备方法，不依赖传统的卤/锑阻燃体系，属与无卤阻燃复合高分子材料技术领域。
背景技术
聚丙烯(Polypropylene，缩写代号PP)是五大通用塑料之一，具有来源广、密度低、力学性能好、绝缘性能优、耐应力、耐腐蚀及易加工成型等优点，广泛应用于包装、纺织品、建材、汽车、电子几日用品等行业。塑料在轿车中的用量达100kg，占整车用量的10%左右，其中聚丙烯约占塑料的用量70%以上。由于聚丙烯属于碳氢类材料，其氧指数仅在17.4%~18.5%，易燃且燃烧速度快，燃烧时伴随大量的融滴，故PP应用于室内建材、汽车内外饰材料、电子电器材料等领域时，需要进行阻燃改性。目前市场上的阻燃聚丙烯复合材料仍大量采用卤/锑阻燃体系，此类材料燃烧时会产生大量有毒烟雾，不仅造成仪器设备的腐蚀，还会阻碍救援人员及受灾人员的转移。因此，目前阻燃剂开发的重点是抑烟、抑毒，研制新型环境友好的阻燃剂。人们研究出一种如CN102367308公开的聚丙烯阻燃复合材料的制备方法，虽然使用了一定成分的无机阻燃剂，但是仍依赖卤/锑阻燃体系，然受时仍有一定的污染问题。
蒙脱土主要成分蒙脱石，由两层Si-O四面体和一层Al-O八面体组成的层状硅酸盐晶体。具有很大的宽厚比（10~100），经改性之后片层剥离，既能促进成炭，起到良好的阻燃效果和抗滴落效果，又能增强抑烟效果。其阻燃高分子材料的机制包括成炭性及炭层结构机制、化学反应成炭机制、迁移富集机制及改性级季铵盐影响机制。
发明内容
本发明的目的是解决现有聚丙烯材料采用卤/锑阻燃体系，产生有毒烟雾，造成仪器设备的腐蚀，危害身体以及环境的问题。提供一种新型环保无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，此类材料不仅阻燃效果优良，相比CN102367308公布的结果，有着更优良的力学性能。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案如下，一种新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料，其特征包括如下重量分数的各组分：
聚丙烯树脂35~45份；
纳米蒙脱土2.5~3.5份；
阻燃级别Mg(OH)228~36份；
阻燃级别Al(OH)314~18份；
阻燃协效剂3.3~4份；
相容剂5份；
抗氧剂0.2~0.5份。
在优选的实施方式中，所述聚丙烯树脂的特性粘度为10，熔点为175℃。
在优选的实施方式中，所述纳米蒙脱土为蒙脱土经有机改性自制而得。
在优选的实施方式中，所述阻燃级别Mg(OH)2为添加硬脂酸经高混机高速混合表面处理制得。
在优选的实施方式中，所述阻燃级别Al(OH)3为添加硬脂酸经高混机高速混合表面处理制得。
在优选的实施方式中，所述阻燃协效剂为硼酸锌。
在优选的实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
在优选的实施方式中，所述抗氧剂市售抗氧剂1010。
一种无机阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a)Mg(OH)2改性：在氢氧化镁中添加2%质量分数的硬脂酸，投入高混机，高速混合3~5分钟；
b)Al(OH)3改性：在氢氧化铝中添加2%质量分数的硬脂酸，投入高混机，高速混合3~5分钟；
c)将改性后的氢氧化镁和氢氧化铝按2:1的重量比混合，投入高混机高速混合3~5分钟；
d)制备新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料：将重量份为35~45份的聚丙烯树脂、重量份为2.5~3.5份的纳米蒙脱土、重量份为28~36份的阻燃级别Mg(OH)2、重量份为14~18份的阻燃级别Al(OH)3、重量份为3.3~4份的阻燃协效剂、重量份为5份的相容剂、重量份为0.2~0.5份的抗氧剂经过高混机充分混合后，经螺杆挤出机挤出造粒得到所述无机阻燃聚丙烯复合材料，其中，螺杆挤出机的温度范围为175℃~200℃。
在优选的实施方式中，所述阻燃复合材料的阻燃级别为UL94V-0级。
由于在发明采用的技术方案中，使用的阻燃剂采用了新型复配的无机阻燃剂，因此，与背景技术相比，具有如下优点：
1、本发明没有依赖传统的卤/锑阻燃体系，燃烧后不产生有毒、有害气体，不危害人体，不污染环境；
2、本发明的阻燃复合材料应采用了很好的无机阻燃剂复配，相比背景技术，具有更好的力学性能；
3、本发明的采用的复配成分简单易得，成本低廉，制备工艺简便，便于生产和工业化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。
实施例1
本实施例中的新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料，由重量份为45份的聚丙烯树脂，重量份为3.5份的纳米蒙脱土，重量份为28份的阻燃级别Mg(OH)2，重量份为14份的阻燃级别Al(OH)3，重量份为4份的阻燃协效剂，重量份为5份的相容剂，重量份为0.5份的抗氧剂复配加工制得。
实施方式中，所述聚丙烯树脂的特性粘度为10，熔点为175℃。
实施方式中，所述纳米蒙脱土为市售蒙脱土有机改性制得。
实施方式中，所述阻燃级别Mg(OH)2为添加硬脂酸经高混机高速混合表面处理制得。
实施方式中，所述阻燃级别Al(OH)3为添加硬脂酸经高混机高速混合表面处理制得。
实施方式中，所述阻燃协效剂为硼酸锌。
实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
实施方式中，所述抗氧剂市售抗氧剂1010。
一种新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a)Mg(OH)2改性：在氢氧化镁中添加2%质量分数的硬脂酸，投入高混机，高速混合3~5分钟；
b)Al(OH)3改性：在氢氧化铝中添加2%质量分数的硬脂酸，投入高混机，高速混合3~5分钟；
c)将改性后的氢氧化镁和氢氧化铝按2:1的重量比混合，投入高混机高速混合3~5分钟；
d)制备新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料：将重量份为45份的聚丙烯树脂、重量份为3.5份的纳米蒙脱土、重量份为28份的阻燃级别Mg(OH)2、重量份为14份的阻燃级别Al(OH)3、重量份为4份的阻燃协效剂、重量份为5份的相容剂、重量份为0.5份的抗氧剂经过高混机充分混合后，经螺杆挤出机挤出造粒得到所述无机阻燃聚丙烯复合材料，其中，螺杆挤出机的温度范围为175℃~200℃。
实施方式中，所述阻燃复合材料的阻燃级别为UL94V-0级。
实施例2
本实施例中的新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料，由重量份为43份的聚丙烯树脂，重量份为2.7份的纳米蒙脱土，重量份为30份的阻燃级别Mg(OH)2，重量份为15份的阻燃级别Al(OH)3，重量份为4份的阻燃协效剂，重量份为5份的相容剂，重量份为0.3份的抗氧剂复配加工制得。
实施方式中，所述聚丙烯树脂的特性粘度为10，熔点为175℃。
实施方式中，所述纳米蒙脱土为市售蒙脱土有机改性制得。
实施方式中，所述阻燃级别Mg(OH)2为添加硬脂酸经高混机高速混合表面处理制得。
实施方式中，所述阻燃级别Al(OH)3为添加硬脂酸经高混机高速混合表面处理制得。
实施方式中，所述阻燃协效剂为硼酸锌。
实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
实施方式中，所述抗氧剂市售抗氧剂1010。
一种新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a)Mg(OH)2改性：在氢氧化镁中添加2%质量分数的硬脂酸，投入高混机，高速混合3~5分钟；
b)Al(OH)3改性：在氢氧化铝中添加2%质量分数的硬脂酸，投入高混机，高速混合3~5分钟；
c)将改性后的氢氧化镁和氢氧化铝按2:1的重量比混合，投入高混机高速混合3~5分钟；
d)制备新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料：将重量份为43份的聚丙烯树脂、重量份为2.7份的纳米蒙脱土、重量份为30份的阻燃级别Mg(OH)2、重量份为15份的阻燃级别Al(OH)3、重量份为4份的阻燃协效剂、重量份为5份的相容剂、重量份为0.3份的抗氧剂经过高混机充分混合后，经螺杆挤出机挤出造粒得到所述无机阻燃聚丙烯复合材料，其中，螺杆挤出机的温度范围为175℃~200℃。
实施方式中，所述阻燃复合材料的阻燃级别为UL94V-0级。
实施例3
本实施例中的新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料，由重量份为40份的聚丙烯树脂，重量份为2.7份的纳米蒙脱土，重量份为32份的阻燃级别Mg(OH)2，重量份为16份的阻燃级别Al(OH)3，重量份为4份的阻燃协效剂，重量份为5份的相容剂，重量份为0.3份的抗氧剂复配加工制得。
实施方式中，所述聚丙烯树脂的特性粘度为10，熔点为175℃。
实施方式中，所述纳米蒙脱土为市售蒙脱土有机改性制得。
实施方式中，所述阻燃级别Mg(OH)2为添加硬脂酸经高混机高速混合表面处理制得。
实施方式中，所述阻燃级别Al(OH)3为添加硬脂酸经高混机高速混合表面处理制得。
实施方式中，所述阻燃协效剂为硼酸锌。
实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
实施方式中，所述抗氧剂市售抗氧剂1010。
一种新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a)Mg(OH)2改性：在氢氧化镁中添加2%质量分数的硬脂酸，投入高混机，高速混合3~5分钟；
b)Al(OH)3改性：在氢氧化铝中添加2%质量分数的硬脂酸，投入高混机，高速混合3~5分钟；
c)将改性后的氢氧化镁和氢氧化铝按2:1的重量比混合，投入高混机高速混合3~5分钟；
d)制备新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料：将重量份为40份的聚丙烯树脂，重量份为2.7份的纳米蒙脱土，重量份为32份的阻燃级别Mg(OH)2，重量份为16份的阻燃级别Al(OH)3，重量份为4份的阻燃协效剂，重量份为5份的相容剂，重量份为0.3份的抗氧剂经过高混机充分混合后，经螺杆挤出机挤出造粒得到所述无机阻燃聚丙烯复合材料，其中，螺杆挤出机的温度范围为175℃~200℃。
实施方式中，所述阻燃复合材料的阻燃级别为UL94V-0级。
实施例4
本实施例中的新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料，由重量份为38份的聚丙烯树脂，重量份为2份的纳米蒙脱土，重量份为34份的阻燃级别Mg(OH)2，重量份为17份的阻燃级别Al(OH)3，重量份为3.8份的阻燃协效剂，重量份为5份的相容剂，重量份为0.2份的抗氧剂复配加工制得。
实施方式中，所述聚丙烯树脂的特性粘度为10，熔点为175℃。
实施方式中，所述纳米蒙脱土为市售蒙脱土有机改性制得。
实施方式中，所述阻燃级别Mg(OH)2为添加硬脂酸经高混机高速混合表面处理制得。
实施方式中，所述阻燃级别Al(OH)3为添加硬脂酸经高混机高速混合表面处理制得。
实施方式中，所述阻燃协效剂为硼酸锌。
实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
实施方式中，所述抗氧剂市售抗氧剂1010。
一种新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a)Mg(OH)2改性：在氢氧化镁中添加2%质量分数的硬脂酸，投入高混机，高速混合3~5分钟；
b)Al(OH)3改性：在氢氧化铝中添加2%质量分数的硬脂酸，投入高混机，高速混合3~5分钟；
c)将改性后的氢氧化镁和氢氧化铝按2:1的重量比混合，投入高混机高速混合3~5分钟；
d)制备新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料：将重量份为38份的聚丙烯树脂，重量份为2份的纳米蒙脱土，重量份为34份的阻燃级别Mg(OH)2，重量份为17份的阻燃级别Al(OH)3，重量份为3.8份的阻燃协效剂，重量份为5份的相容剂，重量份为0.2份的抗氧剂经过高混机充分混合后，经螺杆挤出机挤出造粒得到所述无机阻燃聚丙烯复合材料，其中，螺杆挤出机的温度范围为175℃~200℃。
实施方式中，所述阻燃复合材料的阻燃级别为UL94V-0级。
实施例5
本实施例中的新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料，由重量份为35份的聚丙烯树脂，重量份为2.5份的纳米蒙脱土，重量份为36份的阻燃级别Mg(OH)2，重量份为18份的阻燃级别Al(OH)3，重量份为3.3份的阻燃协效剂，重量份为5份的相容剂，重量份为0.2份的抗氧剂复配加工制得。
实施方式中，所述聚丙烯树脂的特性粘度为10，熔点为175℃。
实施方式中，所述纳米蒙脱土为市售蒙脱土有机改性制得。
实施方式中，所述阻燃级别Mg(OH)2为添加硬脂酸经高混机高速混合表面处理制得。
实施方式中，所述阻燃级别Al(OH)3为添加硬脂酸经高混机高速混合表面处理制得。
实施方式中，所述阻燃协效剂为硼酸锌。
实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
实施方式中，所述抗氧剂市售抗氧剂1010。
一种新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
a)Mg(OH)2改性：在氢氧化镁中添加2%质量分数的硬脂酸，投入高混机，高速混合3~5分钟；
b)Al(OH)3改性：在氢氧化铝中添加2%质量分数的硬脂酸，投入高混机，高速混合3~5分钟；
c)将改性后的氢氧化镁和氢氧化铝按2:1的重量比混合，投入高混机高速混合3~5分钟；
d)制备新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料：将重量份为35份的聚丙烯树脂，重量份为2.5份的纳米蒙脱土，重量份为36份的阻燃级别Mg(OH)2，重量份为18份的阻燃级别Al(OH)3，重量份为3.3份的阻燃协效剂，重量份为5份的相容剂，重量份为0.2份的抗氧剂经过高混机充分混合后，经螺杆挤出机挤出造粒得到所述无机阻燃聚丙烯复合材料，其中，螺杆挤出机的温度范围为175℃~200℃。
实施方式中，所述阻燃复合材料的阻燃级别为UL94V-0级。
为了考察本发明所制备的新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料力学性能及阻燃性能的效果，对上述实施例所制备的新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料按GB/T1040-2006标准进行了拉伸强度测试，按GB/T9341-2008标准进行了弯曲性能的测定，按GB/T1043-2008标准进行了冲击性能测试，按ASTM标准进行了垂直燃烧测试，测试结果见下表。

Claims (10)

1.一种新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料，其特征包括如下重量分数的各组分：
聚丙烯树脂35~45份；
纳米蒙脱土2.5~3.5份；
阻燃级别Mg(OH)228~36份；
阻燃级别Al(OH)314~18份；
阻燃协效剂3.3~4份；
相容剂5份；
抗氧剂0.2~0.5份。
2.根据权利要求1所述的新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂的特性粘度为10，熔点为175℃。
3.根据权利要求1所述的新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料，其特征在于，所述纳米蒙脱土为蒙脱土经有机改性自制而得。
4.根据权利要求1所述的新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料，其特征在于，所述阻燃级别Mg(OH)2为添加硬脂酸经高混机高速混合表面处理制得。
5.根据权利要求1所述的新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料，其特征在于，所述阻燃级别Al(OH)3为添加硬脂酸经高混机高速混合表面处理制得。
6.根据权利要求1所述的新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料，其特征在于，所述阻燃协效剂为硼酸锌。
7.根据权利要求1所述的新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。
8.根据权利要求1所述的新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为市售抗氧剂1010。
9.一种新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a)Mg(OH)2改性：在氢氧化镁中添加2%质量分数的硬脂酸，投入高混机，高速混合3~5分钟；
b)Al(OH)3改性：在氢氧化铝中添加2%质量分数的硬脂酸，投入高混机，高速混合3~5分钟；
c)将改性后的氢氧化镁和氢氧化铝按2:1的重量比混合，投入高混机高速混合3~5分钟；
d)制备新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料：将重量份为35~45份的聚丙烯树脂、重量份为2.5~3.5份的纳米蒙脱土、重量份为28~36份的阻燃级别Mg(OH)2、重量份为14~18份的阻燃级别Al(OH)3、重量份为3.3~4份的阻燃协效剂、重量份为5份的相容剂、重量份为0.2~0.5份的抗氧剂经过高混机充分混合后，经螺杆挤出机挤出造粒得到所述无机阻燃聚丙烯复合材料，其中，螺杆挤出机的温度范围为175℃~200℃。
10.根据权利要求9所述制备的新型环保无机阻燃聚丙烯复合材料，其特征是：阻燃复合材料的阻燃级别为UL94V-0级。
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