CN106280007A - 一种耐老化阻燃聚丙烯工程塑料的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐老化阻燃聚丙烯工程塑料的制备方法，属于工程塑料制品制备技术领域，它将纳米蒙脱土、聚丙烯、碳酸氢钠水溶液、埃洛石纳米管、硅灰石针状纤维、凹凸棒晶混合搅拌后，浸于氨基磺酸溶液中吸湿、加热、超声波分散，获得的取悬浮物刻蚀处理、超声波处理，取上层悬浮物过滤洗涤烘干，将得到的物质与碱式氯化镁晶须、碳酸钙晶须、增容剂、钛酸酯偶联剂、外线吸收剂、光稳定剂、抗氧剂混合搅拌烘干，加入等规聚丙烯粉搅拌，在同向双螺杆熔融混练挤出得到耐老化阻燃聚丙烯工程塑料。与现有技术相比，本发明应用埃洛石纳米管、阻燃材料、抗老化材料等的复合协同效应，与等规聚丙烯塑料共混熔融制成一种强度高、抗冲击的耐老化阻燃聚丙烯工程塑料。

Description

一种耐老化阻燃聚丙烯工程塑料的制备方法

技术领域

本发明涉及一种耐老化阻燃聚丙烯工程塑料的制备方法，属于工程塑料制品制备技术领域。

背景技术

等规聚丙烯工程塑料的结晶度高，结构规整，无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可在100℃左右使用，熔点高达167℃，密度为0.90g/cm³，是最轻的通用塑料。聚丙烯力学性能的绝对值高于聚乙烯，但在塑料材料中仍属于偏低的品种，其拉伸强度仅可达到30MPa或稍高的水平。等规指数较大的聚丙烯具有较高的拉伸强度，但在室温和低温下，由于其本身的分子结构规整度高，所以抗冲击强度较差，低于玻璃化温度呈脆性断裂，且冲击强度值大幅度下降。聚丙烯对紫外线很敏感，有易老化、耐燃性差等缺点，但聚丙烯的化学稳定性很好，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定，所以聚丙烯适合制作各种化工管道和配件，防腐蚀效果良好。

硅灰石针状纤维是一种三斜晶系，细板状晶体，集合体呈放射针状或纤维状，是塑料、橡胶制品较好的抗老化填充材料，可以提高塑料、橡胶制品的冲击强度、增强流动性以及改善抗拉强度、冲击强度、线性拉伸及模收缩率，无毒、耐化学腐蚀、热稳定性及尺寸稳定良好，有玻璃和珍珠光泽，低吸水率和吸油值，力学性能及电性能优良以及具有一定补强作用。

蒙脱土是一类由纳米厚度的表面带负电的硅酸盐片层，依靠层间的静电作用而堆积在一起构成的土状矿物，其晶体结构中的晶胞是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成。具有独特的一维层状纳米结构和阳离子交换性特性，从而赋予蒙脱土诸多改性的可能和应用领域的扩大。经改性的蒙脱土具有很强的吸附能力，良好的分散性能，可以广泛应用高分子材料行业作为纳米聚合物高分子材料的添加剂，提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等，从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能。在聚合物中的应用可以在聚合物时添加，也可以在熔融时共混添加。

凹凸棒土的基本结构单元为棒状、针状、纤维状单晶体，简称凹凸棒晶，凹凸棒土中棒晶的含量一般＜50％，凹凸棒晶长约0.5-5μm，宽约0.01-0.10μm，表面布满凹凸相间的沟槽，莫氏硬度2-3级，加热到700-800℃，硬度＞5级，比重为2.05-2.32，添加在塑料中既作为着色剂，又具有补强、阻燃、防老化。

紫外线吸收剂UVP-327，能强烈吸收波长为270-380纳米的紫外线，化学稳定性好，挥发性极小，特别适用于聚乙烯和聚丙烯，与抗氧化剂并用为显著的协同效应，显著改善制品的热氧稳定性；抗氧剂1010对聚丙烯、聚乙烯有卓越的抗氧化性能，可有效地延长制品的使用期限。光稳定剂HPT，该品可用为聚乙烯和聚丙烯光稳定剂，可赋予制品优良的户外防老化性能。

白炭黑可以强烈地反射紫外线，添加到聚丙烯树脂中可大大减少紫外线对聚丙烯的降解作用，从而达到延缓材料老化的目的。白炭黑颗粒比SiO2要小100—1000倍，将其添加到聚丙烯树脂中，有利于熔融加工成型。由于白炭黑的高流动性和小尺寸效应，使工程材料表面更加致密细洁，加之纳米颗粒的高强度，工程型材的强度大大增强。

碳酸钙晶须用于改性聚丙烯工程塑料表现出显著的增强、增韧作用。可以改善产品的热稳定性、抗老化性能；还可提升加工性能及制品的表面光洁度。

晶须是以单晶形式生长而成的直径非常小(0.1-10um)、原子排列高度有序、强度接近完整晶体的理论值、有一定长径比(5-1000)的纤维材料，等规聚丙烯中加入少量晶须，便能既增强又增韧，还可提高耐热阻燃性等性能。

无机晶须熔点很高，通常都在1000℃以上，正好弥补了高分子材料在耐热方面的不足,使体系的玻璃化转变温度和热变形温度均有升高，具有阻燃性能。应用最为广泛的是碱式硫酸镁晶须，由于其分子中的结晶水在燃烧时发生脱水反应,可吸收大量的热能来降低基材的温度。此外，生成的水蒸汽既能稀释火焰区反应气体的浓度，又能吸收烟，起到阻燃和消烟的作用。碱式氯化镁晶须是新型的阻燃、增强纤维材料。外观呈白色，晶须呈微细纤维状。碱式氯化镁晶须具有良好的阻燃效果。比常用阻燃材料更为优越。

埃洛石纳米管是一种由高岭石的片层在天然条件下卷曲而成天然的多壁纳米管状材料，具有典型的多壁纳米管状结构，纳米管的外径为20-150nm、长度为0.15-50μm。埃洛石纳米管由硅氧四面体、铝氧八面体组成，外壁含有一定的硅羟基，结构单元之间以氢键和范德华力等次价键德形式结合，对阳离子、极性分子等具有较强的吸附能力。天然的纳米管状结构和易于分散的性质，使得埃洛石纳米管作为一种新型的聚合物增强材料在聚丙烯、环氧树脂、聚乙烯、聚酰胺、聚酯、橡胶等得到应用。

多年来材料科技工作者针对聚丙烯工程塑料存在的缺陷，进行了大量的改性研究，以期制得具有强度高、抗冲击、抗老化、阻燃、流动成形佳的聚丙烯工程塑料。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，提供一种强度高、抗冲击、耐老化阻燃聚丙烯工程塑料的制备方法。

本发明所述的一种耐老化阻燃聚丙烯工程塑料的制备方法，采用如下步骤：

A)按质量份数取0.3-0.5份纳米蒙脱土，3.0-5.0份质量分数为25-35％的碳酸氢钠水溶液，0.8-1.2份表征参数直径为40-150nm、长度为2-20μm的埃洛石纳米管，1.0-2.0份白炭黑，0.6-1.0份金红石型钛白粉，0.4-0.8份月桂胺聚氧乙烯醚，0.4-0.6份长径比为14-16:1的硅灰石针状纤维，0.3-0.5份表征参数长为0.5-5μm、宽为0.01-0.10μm凹凸棒晶混合，在150-170℃过热蒸汽反应釜内搅拌，汽蒸反应45-60min，在300-400℃真空微波辐射2.5-3.5h，然后浸于80-120份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至60-95℃超声波分散0.5-1.5h，再搅拌分散3-4h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的2.0-4.0份悬浮物微波等离子刻蚀处理15-25min，用60-100份含质量分数3-5％三聚磷酸钠分散液的去离子水在75-85℃下超声波处理20-40min，取上层悬浮物经100-150目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米纤维；

C)按质量份数取步骤B)5.0-10份得到的改性无机纳米纤维，0.2-0.4份纳米二氧化硅，3.0-6.0份表征参数直径为0.5-3μm、长度为5-20μm的碳酸钙晶须，5.0-10份表征参数直径为0.2-2μm、长度为3-20μm的碱式氯化镁晶须，2.0-4.0份PP-g-MAH增容剂，5.0-10份质量分数为20-30％的钛酸酯偶联剂，0.4-0.6份紫外线吸收剂，0.15-0.2份光稳定剂，0.1-0.15份抗氧剂，80-90℃条件下在混合机中以450-550r/min搅拌反应45-60min，在50-70℃条件下真空烘干，再加入200-350份等规聚丙烯粉，以250-350r/min的速度搅拌40-50min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到耐老化阻燃聚丙烯工程塑料。

本发明所述的一种耐老化阻燃聚丙烯工程塑料的制备方法，采用如下步骤：

A)按质量份数取0.4份纳米蒙脱土，4.0份质量分数为30％的碳酸氢钠水溶液，1.0份表征参数直径为100nm、长度为10μm的埃洛石纳米管，1.5份白炭黑，0.8份金红石型钛白粉，0.6份月桂胺聚氧乙烯醚，0.5份长径比为15:1的硅灰石针状纤维，0.4份表征参数长为2.5μm、宽为0.05μm凹凸棒晶混合，在160℃过热蒸汽反应釜内搅拌，汽蒸反应50min，在350℃真空微波辐射3h，然后浸于100份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至75℃超声波分散1h，再搅拌分散3.5h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的3.0份悬浮物微波等离子刻蚀处理20min，用80份含质量分数4％三聚磷酸钠分散液的去离子水在80℃下超声波处理30min，取上层悬浮物经120目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米纤维；

C)按质量份数取步骤B)7.0份得到的改性无机纳米纤维，0.3份纳米二氧化硅，4.5份表征参数直径为2μm、长度为15μm的碳酸钙晶须，7.5份表征参数直径为1.2μm、长度为15μm的碱式氯化镁晶须，3.0份PP-g-MAH增容剂，7.5份质量分数为25％的钛酸酯偶联剂，0.5份紫外线吸收剂，0.17份光稳定剂，0.12份抗氧剂，85℃条件下在混合机中以500r/min搅拌反应50min，在60℃条件下真空烘干，再加入250份等规聚丙烯粉，以300r/min的速度搅拌45min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到耐老化阻燃聚丙烯工程塑料。

与现有技术相比，本发明在等规聚丙烯粉体中添加白炭黑、钛白粉、埃洛石纳米管，碱式氯化镁晶须、镁盐晶须等阻燃材料，硅灰石针状纤维等抗老化材料，紫外线吸收剂，光稳定剂，抗氧化剂等，应用它们的复合协同效应，与等规聚丙烯塑料共混熔融制成一种以微原纤维形态分散在等规聚丙烯工程塑料内部、强度高、抗冲击的耐老化阻燃聚丙烯工程塑料，该工程塑料可制成耐老化阻燃电线、电缆护套、薄膜、管材、片材、型材、板材、容器、缆绳等工程塑料制品。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作详细的介绍：本发明所述的一种耐老化阻燃聚丙烯工程塑料的制备方法采用如下步骤：

A)按质量份数取0.3-0.5份纳米蒙脱土，3.0-5.0份质量分数为25-35％的碳酸氢钠水溶液，0.8-1.2份表征参数直径为40-150nm、长度为2-20μm的埃洛石纳米管，1.0-2.0份白炭黑，0.6-1.0份金红石型钛白粉，0.4-0.8份月桂胺聚氧乙烯醚，0.4-0.6份长径比为14-16:1的硅灰石针状纤维，0.3-0.5份表征参数长为0.5-5μm、宽为0.01-0.10μm凹凸棒晶混合，在150-170℃过热蒸汽反应釜内搅拌，汽蒸反应45-60min，在300-400℃真空微波辐射2.5-3.5h，然后浸于80-120份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至60-95℃超声波分散0.5-1.5h，再搅拌分散3-4h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的2.0-4.0份悬浮物微波等离子刻蚀处理15-25min，用60-100份含质量分数3-5％三聚磷酸钠分散液的去离子水在75-85℃下超声波处理20-40min，取上层悬浮物经100-150目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米纤维；

C)按质量份数取步骤B)5-10份得到的改性无机纳米纤维，0.2-0.4份纳米二氧化硅，3.0-6.0份表征参数直径为0.5-3μm、长度为5-20μm的碳酸钙晶须，5.0-10份表征参数直径为0.2-2μm、长度为3-20μm的碱式氯化镁晶须，2.0-4.0份PP-g-MAH增容剂，5.0-10份质量分数为20-30％的钛酸酯偶联剂，0.4-0.6份紫外线吸收剂，0.15-0.2份光稳定剂，0.1-0.15份抗氧剂，80-90℃条件下在混合机中以450-550r/min搅拌反应45-60min，在50-70℃条件下真空烘干，再加入200-350份等规聚丙烯粉，以250-350r/min的速度搅拌40-50min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到耐老化阻燃聚丙烯工程塑料。

实施例1：一种耐老化阻燃聚丙烯工程塑料的制备方法，其采用如下步骤：

A)按质量份数取0.3份纳米蒙脱土，3.0份质量分数为25％的碳酸氢钠水溶液，0.8份表征参数直径为40nm、长度为2μm的埃洛石纳米管，1.0份白炭黑，0.6份金红石型钛白粉，0.4份月桂胺聚氧乙烯醚，0.4份长径比为14:1的硅灰石针状纤维，0.3份表征参数长为0.5μm、宽为0.01μm凹凸棒晶混合，在150℃过热蒸汽反应釜内搅拌，汽蒸反应45min，在300℃真空微波辐射2.5h，然后浸于80份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至60℃超声波分散0.5h，再搅拌分散3h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的2.0份悬浮物微波等离子刻蚀处理15min，用60份含质量分数3％三聚磷酸钠分散液的去离子水在75℃下超声波处理20min，取上层悬浮物经100目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米纤维；

C)按质量份数取步骤B)5.0份得到的改性无机纳米纤维，0.2份纳米二氧化硅，3.0份表征参数直径为0.5μm、长度为5.0μm的碳酸钙晶须，5.0份表征参数直径为0.2μm、长度为3μm的碱式氯化镁晶须，2.0份PP-g-MAH增容剂，5.0份质量分数为20％的钛酸酯偶联剂，0.4份紫外线吸收剂，0.15份光稳定剂，0.1份抗氧剂，80℃条件下在混合机中以450r/min搅拌反应45min，在50℃条件下真空烘干，再加入200份等规聚丙烯粉，以250r/min的速度搅拌40min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到耐老化阻燃聚丙烯工程塑料。

实施例2：一种耐老化阻燃聚丙烯工程塑料的制备方法，其采用如下步骤：

A)按质量份数取0.4份纳米蒙脱土，4.0份质量分数为30％的碳酸氢钠水溶液，1.0份表征参数直径为100nm、长度为10μm的埃洛石纳米管，1.5份白炭黑，0.8份金红石型钛白粉，0.6份月桂胺聚氧乙烯醚，0.5份长径比为15:1的硅灰石针状纤维，0.4份表征参数长为2.5μm、宽为0.05μm凹凸棒晶混合，在160℃过热蒸汽反应釜内搅拌，汽蒸反应50min，在350℃真空微波辐射3h，然后浸于100份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至75℃超声波分散1h，再搅拌分散3.5h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的3.0份悬浮物微波等离子刻蚀处理20min，用80份含质量分数4％三聚磷酸钠分散液的去离子水在80℃下超声波处理30min，取上层悬浮物经120目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米纤维；

C)按质量份数取步骤B)7.0份得到的改性无机纳米纤维，0.3份纳米二氧化硅，4.5份表征参数直径为2.0μm、长度为15μm的碳酸钙晶须，7.5份表征参数直径为1.0μm、长度为11μm的碱式氯化镁晶须，3.0份PP-g-MAH增容剂，7.5份质量分数为25％的钛酸酯偶联剂，0.5份紫外线吸收剂，0.17份光稳定剂，0.12份抗氧剂，85℃条件下在混合机中以500r/min搅拌反应50min，在60℃条件下真空烘干，再加入250份等规聚丙烯粉，以300r/min的速度搅拌45min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到耐老化阻燃聚丙烯工程塑料。

实施例3：一种耐老化阻燃聚丙烯工程塑料的制备方法，其采用如下步骤：

A)按质量份数取0.5份纳米蒙脱土，5.0份质量分数为35％的碳酸氢钠水溶液，1.2份表征参数直径为150nm、长度为20μm的埃洛石纳米管，2.0份白炭黑，1.0份金红石型钛白粉，0.8份月桂胺聚氧乙烯醚，00.6份长径比为16:1的硅灰石针状纤维，0.5份表征参数长为5μm、宽为0.10μm凹凸棒晶混合，在170℃过热蒸汽反应釜内搅拌，汽蒸反应60min，在400℃真空微波辐射3.5h，然后浸于120份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至95℃超声波分散1.5h，再搅拌分散4h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的4.0份悬浮物微波等离子刻蚀处理25min，用100份含质量分数5％三聚磷酸钠分散液的去离子水在85℃下超声波处理40min，取上层悬浮物经150目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米纤维；

C)按质量份数取步骤B)10份得到的改性无机纳米纤维，0.4份纳米二氧化硅，6.0份表征参数直径为3μm、长度为20μm的碳酸钙晶须，10份表征参数直径为2μm、长度为20μm的碱式氯化镁晶须，4.0份PP-g-MAH增容剂，10份质量分数为30％的钛酸酯偶联剂，0.6份紫外线吸收剂，0.2份光稳定剂，0.15份抗氧剂，90℃条件下在混合机中以550r/min搅拌反应60min，在70℃条件下真空烘干，再加入350份等规聚丙烯粉，以350r/min的速度搅拌50min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到耐老化阻燃聚丙烯工程塑料。

本发明所述的实施例并不限于以上所述实施例，通过前述公开的数值范围，在就具体实施例中进行任意替换，从而可以得到无数个实施例，对此不一一例举。

Claims (2)

1.一种耐老化阻燃聚丙烯工程塑料的制备方法，其特征在于该制备方法采用如下步骤：

A)按质量份数取0.3-0.5份纳米蒙脱土，3.0-5.0份质量分数为25-35％的碳酸氢钠水溶液，0.8-1.2份表征参数直径为40-150nm、长度为2-20μm的埃洛石纳米管，1.0-2.0份白炭黑，0.6-1.0份金红石型钛白粉，0.4-0.8份月桂胺聚氧乙烯醚，0.4-0.6份长径比为14-16:1的硅灰石针状纤维，0.3-0.5份表征参数长为0.5-5μm、宽为0.01-0.10μm凹凸棒晶混合，在150-170℃过热蒸汽反应釜内搅拌，汽蒸反应45-60min，在300-400℃真空微波辐射2.5-3.5h，然后浸于80-120份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至60-95℃超声波分散0.5-1.5h，再搅拌分散3-4h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的2.0-4.0份悬浮物微波等离子刻蚀处理15-25min，用60-100份含质量分数3-5％三聚磷酸钠分散液的去离子水在75-85℃下超声波处理20-40min，取上层悬浮物经100-150目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米纤维；

C)按质量份数取步骤B)5.0-10份得到的改性无机纳米纤维，0.2-0.4份纳米二氧化硅，3.0-6.0份表征参数直径为0.5-3μm、长度为5-20μm的碳酸钙晶须，5.0-10份表征参数直径为0.2-2μm、长度为3-20μm的碱式氯化镁晶须，2.0-4.0份PP-g-MAH增容剂，5.0-10份质量分数为20-30％的钛酸酯偶联剂，0.4-0.6份紫外线吸收剂，0.15-0.2份光稳定剂，0.1-0.15份抗氧剂，80-90℃条件下在混合机中以450-550r/min搅拌反应45-60min，在50-70℃条件下真空烘干，再加入200-350份等规聚丙烯粉，以250-350r/min的速度搅拌40-50min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到耐老化阻燃聚丙烯工程塑料。

2.一种耐老化阻燃聚丙烯工程塑料的制备方法，其特征在于该制备方法采用如下步骤：

A)按质量份数取0.4份纳米蒙脱土，4.0份质量分数为30％的碳酸氢钠水溶液，1.0份表征参数直径为100nm、长度为10μm的埃洛石纳米管，1.5份白炭黑，0.8份金红石型钛白粉，0.6份月桂胺聚氧乙烯醚，0.5份长径比为15:1的硅灰石针状纤维，0.4份表征参数长为2.5μm、宽为0.05μm凹凸棒晶混合，在160℃过热蒸汽反应釜内搅拌，汽蒸反应50min，在350℃真空微波辐射3h，然后浸于100份质量分数为30％的氨基磺酸溶液中真空吸湿处理，吸透后加热至75℃超声波分散1h，再搅拌分散3.5h，取悬浮物；

B)按质量份数将步骤A)获得的3.0份悬浮物微波等离子刻蚀处理20min，用80份含质量分数4％三聚磷酸钠分散液的去离子水在80℃下超声波处理30min，取上层悬浮物经120目过滤，蒸馏水洗涤干净，真空烘干，得到改性无机纳米纤维；

C)按质量份数取步骤B)7.0份得到的改性无机纳米纤维，0.3份纳米二氧化硅，4.5份表征参数直径为2μm、长度为15μm的碳酸钙晶须，7.5份表征参数直径为1.2μm、长度为15μm的碱式氯化镁晶须，3.0份PP-g-MAH增容剂，7.5份质量分数为25％的钛酸酯偶联剂，0.5份紫外线吸收剂，0.17份光稳定剂，0.12份抗氧剂，85℃条件下在混合机中以500r/min搅拌反应50min，在60℃条件下真空烘干，再加入250份等规聚丙烯粉，以300r/min的速度搅拌45min，在同向双螺杆熔融混练挤出得到耐老化阻燃聚丙烯工程塑料。