CN107163373A - 一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料 - Google Patents

一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料。该聚丙烯材料按质量分数由以下原料组成：76.0~90.0%聚丙烯树脂，6.5~14.4%八溴硫醚，2.0~5.0%焦锑酸钠，0.7~3.0%功能助剂，0.2~0.5%润滑剂，0.4~0.6%抗氧剂，0.2~0.5%纳米氧化物。同时也公开了一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料的制备方法。本发明采用功能助剂与纳米氧化物复配的方式，获得的综合性能比单一添加的方式更加优异，尤其是阻燃效果改善明显，可应用于电器面板，对阻燃有较高要求的卫浴洁具等外观产品；本发明的生产工艺简单，操作方便。

Description

一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料
技术领域
本发明涉及高分子材料改性领域，具体涉及一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料。
背景技术
聚丙烯具有比重小、价格低廉、安全无毒、电绝缘性好、易于成型加工等优点。经过改性的高光泽耐刮擦聚丙烯材料可以满足电器面板，卫浴产品等外观产品的一般要求。
虽有高光泽阻燃产品的出现，如专利CN102477184A中，采用氢氧化镁和三聚氰胺溴酸盐复配获得高光泽阻燃PP材料，阻燃剂添加量高达20％以上,但阻燃级别只是V-2级，而且随着阻燃剂含量提高，材料表面光泽度是降低的。
专利CN102477181A中，聚丙烯材料中添加超细氢氧化镁(D50为0.6-1.5μm)制备阻燃聚丙烯材料，随着超细氢氧化镁添加量逐渐增大，材料表面光泽度逐渐降低。
专利CN102115559A中，采用八溴硫醚与五氧化二锑制备出高光泽无析出环保阻燃聚丙烯材料。但是材料耐刮擦性能较差以及材料底色的白度不够，因此在白度要求较高的卫浴产品的使用会受到限制。故本专利采用八溴硫醚与焦锑酸钠阻燃体系，并复配功能助剂与纳米氧化物，在改善耐刮擦性能与提高白度的同时，提高阻燃效率。
综上所述，阻燃剂的添加量与材料的表面光泽度呈负相关的关系。由于人们对材料的光泽度和阻燃效率的要求越来越高，所以开发低阻燃剂添加量，高效率阻燃PP材料显得很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料。
本发明所采取的技术方案是：
一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料，按质量分数由以下原料组成：76.0～90.0％聚丙烯树脂，6.5～14.4％八溴硫醚，2.0～5.0％焦锑酸钠，0.7～3.0％功能助剂，0.2～0.5％润滑剂，0.4～0.6％抗氧剂，0.2～0.5％纳米氧化物。
所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯树脂，其MFR为3～50g/10min。
所述八溴硫醚的粒径小于10μm。
所述焦锑酸钠的粒径小于10μm。
所述功能助剂为硅酮母粒，硅酮粉，氟硅有机物中的至少一种。
所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸酯、脂肪酸酰胺、硬脂酸盐、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物中的至少一种。
所述抗氧化剂为1010与168按质量百分比1：(1～2)组成的复配抗氧剂。
所述纳米氧化物为纳米氧化镍、纳米氧化钴和纳米氧化锰中的至少一种。
所述的一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料的制备方法，按配方称取原料、混合、挤出、造粒即可。
所述的挤出为双螺杆挤出，双螺杆挤出机的温度为：一区温度为170～190℃；二区温度为175～195℃；三区温度为180～200℃；四区温度为175～195℃；五区温度为175～195℃；六区温度为175～195℃；七区温度为170～190℃；八区温度为170～190℃；机头温度190～210℃；物料在双螺杆挤出机中停留时间为0.5～1.5min；真空度-0.04～-0.06Mpa。
本发明的有益效果是：
(1)采用功能助剂与纳米氧化物复配的方式，获得的综合性能比单一添加的方式更加优异，尤其是阻燃效果改善明显，可应用于电器面板，对阻燃有较高要求的卫浴洁具等外观产品；
(2)生产工艺简单，操作方便。
具体实施方式
一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料，按质量分数由以下原料组成：76.0～90.0％聚丙烯树脂，6.5～14.4％八溴硫醚，2.0～5.0％焦锑酸钠，0.7～3.0％功能助剂，0.2～0.5％润滑剂，0.4～0.6％抗氧剂，0.2～0.5％纳米氧化物。
优选的，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯树脂，其MFR为3～50g/10min。
优选的，所述八溴硫醚的粒径小于10μm。
优选的，所述焦锑酸钠的粒径小于10μm。
优选的，所述功能助剂为硅酮母粒，硅酮粉，氟硅有机物中的至少一种。
优选的，所述润滑剂为硬脂酸、硬脂酸酯、脂肪酸酰胺、硬脂酸盐、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物中的至少一种；进一步优选的，所述润滑剂为EBS，CaSt，PETS中的至少一种。
优选的，所述抗氧化剂为1010与168按质量百分比1：(1～2)组成的复配抗氧剂。
优选的，所述纳米氧化物为纳米氧化镍、纳米氧化钴和纳米氧化锰中的至少一种。
所述的一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料的制备方法，按配方称取原料、混合、挤出、造粒即可。
所述的挤出为双螺杆挤出，双螺杆挤出机的温度为：一区温度为170～190℃；二区温度为175～195℃；三区温度为180～200℃；四区温度为175～195℃；五区温度为175～195℃；六区温度为175～195℃；七区温度为170～190℃；八区温度为170～190℃；机头温度190～210℃；物料在双螺杆挤出机中停留时间为0.5～1.5min；真空度-0.04～-0.06Mpa。
以下通过具体的实施例对本发明的内容作进一步详细的说明。
实施例及对比例:
按质量百分比称取上述的原料，在高速搅拌机上高速搅拌3～5min，达到混合均匀后，将混合均匀的原料投入到双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒。其中双螺杆挤出机的转速设定为300～600转/分，挤出机各区温度设定如下：一区温度为170-190℃；二区温度为175～195℃；三区温度为180～200℃；四区温度为175～195℃；五区温度为175～195℃；六区温度为175～195℃；七区温度为170～190℃；八区温度为170～190℃；机头温度190～210℃；物料在双螺杆挤出机中停留时间为0.5～1.5min；真空度-0.04～-0.06MPa。
实施例1、2、3的一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料，其组分以及重量份数如表1所示。作为对比的对比例1也如表1所示。
表1功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料配方组成
原料 对比例1(％) 实施例1(％) 实施例2(％) 实施例3(％)
均聚聚丙烯 88 87 88 87
八溴硫醚 9.0 9.0 9.0 9.0
焦锑酸钠 3.0 3.0 3.0 3.0
硅酮母粒 - 1.0 - 1.0
抗氧剂1010 0.20 0.20 0.20 0.20
抗氧剂168 0.20 0.20 0.20 0.20
EBS 0.30 0.30 0.30 0.30
纳米氧化镍 - - 0.40 0.40
将对比例1与实施例1～3中制得的粒料，按照测试标准注塑成相应样条，然后在21～25℃，相对湿度为45～55％的环境下放置24小时后进行测试。
按照GM W14688交叉刮擦法测量刮划前后划痕区域色度变化，用ΔL表示，金属刮针的直径为1mm，划伤力选择10N，色度变化ΔL越小，表明材料的耐刮擦性能越好；
按照ISO 2813光泽度测试方法，测试色板(规格50×50mm)表面光泽度，光泽度数值越大，表明材料的光泽度越高。
表2功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料性能
测试项目 测试标准 对比例1 实施例1 实施例2 实施例3
1.6mm阻燃 UL94 V-2 V-2 V-2 V-0
色度变化ΔL GM W14688 0.25 0.15 0.21 0.13
光泽度(60°) ISO 2813 80.8 83.1 80.7 82.9
熔体流动速率(g/10min) ISO 1133 24 26 24 26
拉伸强度(MPa) ISO 527 37.2 35.0 37.0 34.7
断裂伸长率(％) ISO 527 17.2 64.2 17.8 55.5
弯曲强度(MPa) ISO 178 48.8 47.3 49.5 48.7
弯曲模量(MPa) ISO 178 1910 1915 1990 1962
悬臂梁缺口冲击强度(KJ/m2) ISO 180 4.0 4.6 4.4 4.8
与对比例1相比，实施例1中添加1％硅酮母粒，有利于提高材料的表面光泽度和耐刮擦性能，原因是硅酮母粒有利于提高阻燃剂的分散效果，同时使材料表面更加平整，从而减弱材料的漫反射，提高材料表面的光泽度。与对比例1相比，实施例2中添加0.40％的纳米氧化镍，材料的弯曲性能与冲击性能有所提高，原因是在受外力作用时，纳米氧化镍粒子在聚丙烯材料中起到引发银纹的作用使得冲击性能略微提高，少量的纳米氧化镍可能有结晶成核的作用，使得结晶度提高，表现为弯曲性能提高。实施例3中采用硅酮母粒与纳米氧化镍复配的方式，不但可以提高材料表面的耐刮擦性能及冲击性能，还能改善聚丙烯材料的阻燃效果(从V-2提高到V-0级别)。原因可能是硅酮母粒使阻燃剂分散效果更好，同时添加了纳米氧化镍，在燃烧过程中，纳米氧化镍可能有催化阻燃剂加速分解，提高阻燃效率，硅酮母粒燃烧产物与纳米氧化镍共同起到覆盖材料表面，起到隔绝氧气的作用。综上所述，采用硅酮母粒与纳米氧化镍复配添加的方式，不但可以提高材料表面的光泽，耐刮擦性能和冲击性能，而且在不增加阻燃剂份数的同时，还能改善阻燃聚丙烯材料的阻燃效果。
实施例4的一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料，其组分以及重量份数如表3所示。作为对比的对比例2也如表3所示。
表3功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料配方组成
原料 对比例2(％) 实施例4(％)
均聚聚丙烯 86 86
八溴硫醚 - 8.5
焦锑酸钠 - 3.5
氟硅有机物 - 1.5
抗氧剂1010 0.1 0.1
抗氧剂168 0.2 0.2
PETS 0.40 0.40
纳米氧化钴 - 0.5
超细氢氧化镁 14 -
备注：超细氢氧化镁为青海盐湖集团产品，由化学合成法制备，粒径为0.6～1.5μm；氟硅有机物为南京亨斯曼化工有限公司产品，商品号为Re 2007。
将对比例2与实施例4中制得的粒料，按照测试标准注塑成相应样条，条件同上。
按照GM W14688交叉刮擦法，同上。
按照ISO 2813光泽度测试方法，同上。
表4功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料性能
测试项目 测试标准 对比例2 实施例4
1.6mm阻燃 UL94 V-2 V-0
色度变化ΔL GM W14688 0.17 0.08
光泽度(60°) ISO 2813 71.2 83.5
熔体流动速率(g/10min) ISO 1133 22 23
拉伸强度(MPa) ISO 527 30.3 31.5
断裂伸长率(％) ISO 527 17.7 52.3
弯曲强度(MPa) ISO 178 35.8 38.7
弯曲模量(MPa) ISO 178 1180 1352
悬臂梁缺口冲击强度(KJ/m2) ISO 180 3.3 4.8
与对比例2相比，实施例4具有明显优势：阻燃剂添加份数相同的情况下，1)添加超细氢氧化镁的阻燃效率一般，阻燃级别V-2级，而实施例4的阻燃级别为V-0；2)实施例4比对比例2的光泽度高10GU以上；3)实施例4的力学性能明显比对比例2好，特别是断裂伸长率高30％以上和弯曲强度高3Mpa左右。这说明本专利采用的阻燃体系比现有专利CN102477181A在最终获得的综合力学性能以及阻燃性能更加有优势。

Claims (10)

1.一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料，其特征在于：按质量分数由以下原料组成：76.0~90.0%聚丙烯树脂，6.5~14.4%八溴硫醚，2.0~5.0%焦锑酸钠，0.7~3.0%功能助剂，0.2~0.5%润滑剂，0.4~0.6%抗氧剂，0.2~0.5%纳米氧化物。
2.根据权利要求1所述的一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料，其特征在于：聚丙烯树脂为均聚聚丙烯树脂，其MFR为3~50g/10min。
3.根据权利要求1所述的一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料，其特征在于：八溴硫醚的粒径小于10μm。
4.根据权利要求1所述的一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料，其特征在于：焦锑酸钠的粒径小于10μm。
5.根据权利要求1所述的一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料，其特征在于：功能助剂为硅酮母粒，硅酮粉，氟硅有机物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料，其特征在于：润滑剂为硬脂酸、硬脂酸酯、脂肪酸酰胺、硬脂酸盐、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料，其特征在于：抗氧化剂为1010与168按质量百分比1：（1~2）组成的复配抗氧剂。
8.根据权利要求1所述的一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料，其特征在于：纳米氧化物为纳米氧化镍、纳米氧化钴和纳米氧化锰中的至少一种。
9.权利要求1所述的一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：按配方称取原料、混合、挤出、造粒即可。
10.根据权利要求9所述的一种功能助剂与纳米氧化物复配协同阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：所述的挤出为双螺杆挤出，双螺杆挤出机的温度为：一区温度为170~190℃；二区温度为175~195℃；三区温度为180~200℃；四区温度为175~195℃；五区温度为175~195℃；六区温度为175~195℃；七区温度为170~190℃；八区温度为170~190℃；机头温度190~210℃；物料在双螺杆挤出机中停留时间为0.5~1.5min；真空度-0.04~-0.06Mpa。
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