CN107141591A - 一种低添加量无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种低添加量无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法，所述阻燃聚丙烯材料具体涉及以下组成成分：聚丙烯，膨胀型阻燃剂和阻燃协效剂。其中，膨胀型阻燃剂的质量分数为14％～18％，阻燃协效剂的质量分数为0.5％～3％，整个阻燃体系的添加量不超过20％。该阻燃聚丙烯材料可以达到UL‑94的V‑0级别，氧指数可达33.5％，且具有优异的力学性能和低廉的成本。

Description

一种低添加量无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法
技术邻域
本发明涉及阻燃材料领域，具体涉及一种低添加量无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是丙烯的聚合物，由于其物理机械性能、耐热性、电绝缘性均较好，再加上其生产工艺成熟，价格低廉，因此被广泛应用于包装、纺织品、建材、汽车、电子电气等众多行业，成为全球产量最大的树脂之一。然而，由于聚丙烯主要由碳和氢通过共价键连接而成，这些键的能量都不高，受热时很容易发生分解，甚至燃烧，所以PP的极限氧指数只有18.0％～19.0％，属于易燃品，且燃烧时发热量大，产生大量融滴，这使得其在很多领域的应用受到挑战。因此，对聚丙烯的阻燃改性就显得尤为重要。
目前，工业上对聚丙烯的阻燃多采用添加型阻燃剂，主要分为含卤阻燃剂和无卤阻燃剂。因为含卤阻燃剂对环境和人体具有很大的危害，因此已被无卤阻燃剂大量替代。膨胀型阻燃剂(IFR)是最为常见的无卤阻燃剂之一，具有较好的综合性能，因此被广泛应用于塑料制品中。
膨胀型阻燃剂通常由碳源、酸源和气源三部分组成。酸源在受热的过程中可催化碳源成炭，气源则在受热或燃烧的过程中产生不燃气体，促进炭层膨胀，同时稀释可燃气体和周围氧气。由成炭作用形成的炭层具有隔热、隔氧和阻隔小分子可燃气体逸出的作用，进而达到阻燃的目的。
尽管膨胀型阻燃剂已广泛应用于聚丙烯材料，但其仍然存在很大的问题，比如阻燃效率较低，添加量过大，分散性差等，这些缺点直接影响阻燃聚丙烯的机械性能，极大地限制了阻燃聚丙烯在某些领域的应用，而且阻燃剂的大量添加也提高了材料的成本。因此，通过一些手段来提高阻燃体系的阻燃效率，降低阻燃剂添加量，成为阻燃研究的一个热点。
发明内容
本发明的目的在于通过将一种或多种匹配性很好的阻燃协效剂与膨胀型阻燃剂协同使用来提高阻燃体系的阻燃效率，从而降低阻燃剂的添加量，减轻阻燃剂对材料力学性能等方面的负面影响，制备出一种阻燃效果突出、力学性能优异且价格低廉的阻燃聚丙烯材料。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种低添加量无卤阻燃聚丙烯材料，该阻燃材料包括如下质量分数的物质：
聚丙烯 80％～85％
膨胀型阻燃剂(IFR) 14％～18％
阻燃协效剂 0.5％～3％
作为优选，该阻燃材料包括如下质量分数的物质：
聚丙烯 82％
膨胀型阻燃剂(IFR) 16％
阻燃协效剂 2％
上述阻燃聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
①将所需原料在80℃的烘箱中干燥12h；
②准确称取一定量的聚丙烯、膨胀型阻燃剂的各组分和阻燃协效剂，在高速混合机中混合10～20分钟；
③将②所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混，得到阻燃聚丙烯材料，其中，挤出机温度为180～250℃，主机转速为20～50rpm。
作为优选，挤出机温度为190～230℃。
作为优选，主机转速为30rpm。
本发明制备的阻燃聚丙烯具有以下特点：由于加入了匹配性很好的阻燃协效剂，促进了膨胀型阻燃剂的成炭作用，提高了阻燃体系的阻燃效率，降低了阻燃剂的添加量，因此，该阻燃聚丙烯材料不但具有突出的阻燃性能，而且力学性能优异、成本低廉,且材料在受热或燃烧过程中不会释放任何有害物质，符合国家阻燃塑料标准。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步说明。
实施例1：
将82.0g聚丙烯、3.2g季戊四醇、9.6g多聚磷酸铵、3.2g三聚氰胺、2.0g磷酸铝加入到高速混合机中混合均匀，将所得混合物加入到双螺杆挤出机中进行共混、挤出，然后冷却切粒，得到阻燃聚丙烯材料。其中，双螺杆挤出机的转速为30rpm，加工温度为190～230℃。得到的阻燃聚丙烯可以通过UL-94测试的V-0级别(3.2mm),极限氧指数达到30.6％。
实施例1中得到的阻燃聚丙烯材料，其阻燃体系的添加量仅为18.0wt％，而现有的大多数阻燃聚丙烯在达到V-0级别时，阻燃剂的添加量至少为25.0wt％，因此，本发明显著提高了阻燃剂的阻燃效率，降低了阻燃剂的添加量。
实施例2：
将82.0g聚丙烯、4.0g双季戊四醇、12.0g多聚磷酸铵、2.0g次磷酸铝加入到高速混合机中混合均匀，将所得混合物加入到双螺杆挤出机中进行共混、挤出，然后冷却切粒，得到阻燃聚丙烯材料。其中，双螺杆挤出机的转速为30rpm，加工温度为190～230℃。得到的阻燃聚丙烯可以通过UL-94测试的V-0级别(3.2mm),极限氧指数达到31.3％。
实施例2中得到的阻燃聚丙烯材料，其阻燃体系的添加量仅为18.0wt％，而现有的大多数阻燃聚丙烯在达到V-0级别时，阻燃剂的添加量至少为25.0wt％，因此，本发明显著提高了阻燃剂的阻燃效率，降低了阻燃剂的添加量。
实施例3：
将82.0g聚丙烯、4.0g三嗪类化合物、12.0g三聚氰胺磷酸盐、2.0g二乙基次磷酸铝加入到高速混合机中混合均匀，将所得混合物加入到双螺杆挤出机中进行共混、挤出，然后冷却切粒，得到阻燃聚丙烯材料。其中，双螺杆挤出机的转速为30rpm，加工温度为190～230℃。得到的阻燃聚丙烯可以通过UL-94测试的V-0级别(3.2mm),极限氧指数达到33.0％。
实施例3中得到的阻燃聚丙烯材料，其阻燃体系的添加量仅为18.0wt％，而现有的大多数阻燃聚丙烯在达到V-0级别时，阻燃剂的添加量至少为25.0wt％，因此，本发明显著提高了阻燃剂的阻燃效率，降低了阻燃剂的添加量。
实施例4：
将82.0g聚丙烯、4.0g季戊四醇、12.0g多聚磷酸铵、2.0g多聚磷酸铝加入到高速混合机中混合均匀，将所得混合物加入到双螺杆挤出机中进行共混、挤出，然后冷却切粒，得到阻燃聚丙烯材料。其中，双螺杆挤出机的转速为30rpm，加工温度为190～230℃。得到的阻燃聚丙烯可以通过UL-94测试的V-0级别(3.2mm),极限氧指数达到32.3％。
实施例4中得到的阻燃聚丙烯材料，其阻燃体系的添加量仅为18.0wt％，而现有的大多数阻燃聚丙烯在达到V-0级别时，阻燃剂的添加量至少为25.0wt％，因此，本发明显著提高了阻燃剂的阻燃效率，降低了阻燃剂的添加量。
实施例5：
将82.0g聚丙烯、3.2g季戊四醇磷酸酯、9.6g多聚磷酸铵、3.2g三聚氰胺，2.0g二乙基次磷酸铝加入到高速混合机中混合均匀，将所得混合物加入到双螺杆挤出机中进行共混、挤出，然后冷却切粒，得到阻燃聚丙烯材料。其中，双螺杆挤出机的转速为30rpm，加工温度为190～230℃。得到的阻燃聚丙烯可以通过UL-94测试的V-0级别(3.2mm),极限氧指数达到33.5％。
实施例5中得到的阻燃聚丙烯材料，其阻燃体系的添加量仅为18.0wt％，而现有的大多数阻燃聚丙烯在达到V-0级别时，阻燃剂的添加量至少为25.0wt％，因此，本发明显著提高了阻燃剂的阻燃效率，降低了阻燃剂的添加量。
表1为根据不同配方得到的阻燃聚丙烯的燃烧和力学测试结果：
表1阻燃聚丙烯材料的燃烧及力学测试结果
材料组成 纯PP PP/IFR PP/IFR 实施例1 实施例2 实施例3 实施例4 实施例5
W阻燃剂％ 0 25.0 18.0 18.0 18.0 18.0 18.0 18.0
LOI/％ 18.5 31.5 28.0 30.6 31.3 33.0 32.3 33.5
UL-94 无级别 V-0 无级别 V-0 V-0 V-0 V-0 V-0
拉伸强度/MPa 35.23 26.07 31.22 30.65 30.13 32.32 32.45 32.10
断裂伸长率/％ 326.45 50.13 141.55 141.09 133.13 77.32 112.18 140.82
缺口冲击强度/KJ·m-2 3.0 2.0 2.7 2.7 2.5 2.8 2.8 2.9
由表1可知，阻燃协效剂的加入能够显著提高阻燃剂效率，降低阻燃剂添加量，在使聚丙烯材料达到阻燃目的的同时又基本不会损害其力学性能，从而得到一种综合性能优异且价格低廉的阻燃聚丙烯材料。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，凡是符合本发明的原理和实质的改变、组合、修饰和替代，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种低添加量无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法，所述阻燃聚丙烯材料包含聚丙烯，膨胀型阻燃剂和阻燃协效剂，其特征在于，所述的聚丙烯为均聚聚丙烯，阻燃剂包含碳源、酸源、气源三种组分，阻燃协效剂为磷酸铝类化合物。
2.根据权利要求1所述的一种低添加量无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述的膨胀型阻燃剂由碳源、酸源、气源三种组分按(0.5～2)：(0.5～3)：(0～1.5)的质量比混合而成，总添加量为14％～18％。
3.根据权利要求1所述的一种低添加量无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述的阻燃协效剂的添加量为0.5％～3％。
4.根据权利要求1所述的一种低添加量无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述的碳源为季戊四醇、双季戊四醇、季戊四醇磷酸酯，三嗪类化合物中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的一种低添加量无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述的酸源为多聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、次磷酸铝中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种低添加量无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述的气源为三聚氰胺。
7.根据权利要求1所述的一种低添加量无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述的磷酸铝类化合物为次磷酸铝、二乙基次磷酸铝、磷酸铝、多聚磷酸铝中的一种或多种。
8.根据权利要求1～7所述的一种低添加量无卤阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:
①将所需原料在80℃的烘箱中干燥12h；
②准确称取一定量的聚丙烯、膨胀型阻燃剂的各组分和阻燃协效剂，将其在高速混合机中混合10～20分钟；
③将②所得的混合物经双螺杆挤出机熔融共混，得到阻燃聚丙烯材料，其中挤出机温度为180～250℃，主机转速为20～50rpm。
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