CN107383620A - 一种聚丙烯阻燃母料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种聚丙烯阻燃母料及制备方法，所述母粒由以下重量份原料制成：聚丙烯14~20份，改性膨润土80~90份，聚丙烯蜡4~8份，硬脂酸锌3~5份，钛酸酯偶联剂2.5~2.8份，氢氧化铝15~20份，可膨胀石墨8~10份；制备方法为：（1）将高速混合机升温至180~200℃，恒温5~10min；（2）投入改性膨润土和钛酸酯偶联剂，搅拌15~20min，再投入氢氧化铝和可膨胀石墨，继续搅拌10~15min，随后降温至110~120℃；（3）投入聚丙烯蜡和硬脂酸锌，继续搅拌4~5min，随后投入聚丙烯，混合搅拌4~5min，放料冷却；（4）将冷却的物料挤出造粒，即得所述聚丙烯阻燃母料。本发明采用十四烷基溴化吡啶改性膨润土，提高了改性膨润土与聚丙烯的相容性，使制得的母料在聚丙烯中易分散，提高了聚丙烯的阻燃性能。

Description

一种聚丙烯阻燃母料及其制备方法

技术领域

本发明属于塑料制品领域，具体涉及一种聚丙烯阻燃母料及其制备方法。

背景技术

高分子材料的应用越来越广，在国民经济中发挥着重要作用。但是，对于大多数高分子材料而言，在具有各种良好应用性能的同时，却具有容易燃烧的缺点，在高温条件下，受热熔化并分解，从而释放出可燃性气体，在氧气的存在下发生燃烧，而燃烧时又会产生大量的热量，从而进一步促使聚合物熔化、分解，使得燃烧不断继续，造成火灾及人员和物质的重大损失。聚丙烯是产量最大的热塑性塑料，广泛应用于交通运输、电子电器等领域。但聚丙烯属于易燃材料，其极限氧指数仅为17.0~17.5%，且聚丙烯在燃烧过程中不易成炭、并伴随大量的溶滴，因而限制了聚丙烯材料的进一步开发应用。

通过添加各种阻燃剂以改善聚丙烯的阻燃性，是目前最常用的改性方法。其中无卤阻燃剂是研究和开发的重点，但是无卤阻燃剂通常只有在高填充量时才能获得较好的阻燃效果，而无卤阻燃剂多为亲水性物质，具有高的表面能，与非极性的高分子基体相容性差，填充量高时难以均匀分散，且与基体之间相互作用弱，导致材料加工性能和物理机械性能也明显劣化。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种聚丙烯阻燃母料及其制备方法，解决现有阻燃剂与聚丙烯基体相容性差、分散不均匀的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种聚丙烯阻燃母料，由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯14~20份，改性膨润土80~90份，聚丙烯蜡4~8份，硬脂酸锌3~5份，钛酸酯偶联剂2.5~2.8份，氢氧化铝15~20份，可膨胀石墨8~10份；

所述改性膨润土由以下方法制备得到：

将十四烷基溴化吡啶与去离子水混合均匀，调节混合液pH至8~9，再加入膨润土搅拌反应60~70min，反应完毕后，反应液过滤，滤渣干燥后即得所述改性膨润土；其中所述膨润土与十四烷基溴化吡啶的质量比为1:0.03~0.05，膨润土与去离子水的料液比为8~10g/mL，反应温度为80~85℃。

本发明以十四烷基溴化吡啶改性膨润土，将改性后的膨润土作为无机填料，经十四烷基溴化吡啶改性后的膨润土，可以更好的与载体树脂聚丙烯相容；另一方面，由于改性后的膨润土层间距增大，更有利于钛酸酯偶联剂与膨润土的接触，进而增加钛酸酯偶联剂对改性膨润土的活化效果，在上述两方面的协同作用下，大大提高了改性膨润土与聚丙烯的相容性，进而改善了膨润土在聚丙烯中的分散性，使制备得到的填充母料在聚丙烯中易分散；另一方面，由于改性后的膨润土层间距增大，氢氧化铝、可膨胀石墨与膨润土更容易结合，使得氢氧化铝与可膨胀石墨可均匀分散于基体树脂中，由于改性膨润土也具有较好的阻燃效果，在氢氧化铝、可膨胀石墨、改性膨润土三者的协调作用下，使制备得到的聚丙烯不仅具有良好的阻燃性，还保持较好的力学性能。本发明使用的氢氧化铝的粒径在50nm以下。

另外，由于改性后的膨润土层间距增大，还一定程度上改善了聚丙烯的透气性。

在制备改性膨润土时，控制膨润土与十四烷基溴化吡啶的质量比尤为关键，如果十四烷基溴化吡啶的量太多，得到的改性膨润土的有机覆盖度会很高，则会影响钛酸酯偶联剂与改性膨润土的结合，进而影响钛酸酯偶联剂的活化效果，也会影响氢氧化铝、可膨胀石墨与改性膨润土的结合，进而影响聚丙烯的阻燃性；如果十四烷基溴化吡啶太少，得到的改性膨润土的有机覆盖度会很低，达不到上面所述的两方面协同作用的效果。

作为优选，所述的聚丙烯阻燃母料，由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯16份，改性膨润土84份，聚丙烯蜡5份，硬脂酸锌4份，钛酸酯偶联剂2.6份，氢氧化铝17份，可膨胀石墨10份，其中，制备改性膨润土时，膨润土与十四烷基溴化吡啶的质量比为1:0.04。

作为优选，所述膨润土的目数为1000~2000目。

作为优选，所述膨润土为钠基膨润土。

如上所述的聚丙烯阻燃母料的制备方法，步骤如下：

（1）将高速混合机升温至180~200℃，恒温5~10min；

（2）投入改性膨润土、钛酸酯偶联剂，搅拌15~20min，再投入氢氧化铝和可膨胀石墨，继续搅拌10~15min，随后降温至110~120℃；

（3）投入聚丙烯蜡和硬脂酸锌，继续搅拌4~5min，随后投入聚丙烯，混合搅拌4~5min，放料冷却；

（4）将冷却后的物料挤出、造粒后，即得到所述的聚丙烯阻燃母料。

本发明由于采用十四烷基溴化吡啶改性膨润土，使得改性后的膨润土层间距增大，在180~200℃下经高速搅拌，可使钛酸酯偶联剂、氢氧化铝、可膨胀石墨更好的与膨润土接触，进而增加钛酸酯偶联剂的活化效果，有利于提高填充母料与基体树脂的相容性及聚丙烯的阻燃性能；在上述方法中，加料顺序和步骤（1）中的温度控制尤为重要，如果先加入聚丙烯蜡和硬脂酸锌，则会影响钛酸酯偶联剂与膨润土的活化效果以及氢氧化铝、可膨胀石墨与改性膨润土的接触，同时，在高温下，也有利于钛酸酯偶联剂、氢氧化铝、可膨胀石墨与膨润土接触，本发明在综合考虑下，步骤（1）中温度选择为180~200℃。

另一方面，在180~200℃下还有利于排除膨润土内部的空气和水分，可提高制得的聚丙烯母料的透气性，使制备的聚丙烯制品具有较好的透气性。

将本发明制得的填充母料按添加量18~25%添加到聚丙烯中，即可制备得到阻燃聚丙烯复合材料。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明以十四烷基溴化吡啶改性膨润土，提高了改性后的膨润土与载体树脂聚丙烯的相容性，另一方面，由于改性后的膨润土层间距增大，有利于钛酸酯偶联剂与膨润土的接触，进而增加钛酸酯偶联剂的活化效果，在上述两方面的协同作用下，大大提高了改性膨润土与聚丙烯的相容性，进而改善了膨润土在聚丙烯中的分散性，同时，由于改性后的膨润土层间距增大，使得氢氧化铝、可膨胀石墨与膨润土更容易结合，使得氢氧化铝与可膨胀石墨均匀分散于基体树脂中，由于改性膨润土也具有较好的阻燃效果，在氢氧化铝、可膨胀石墨、改性膨润土三者作用下，使制备得到的聚丙烯不仅具有良好的阻燃性，还保持较好的力学性能。

2、本发明在180~200℃下搅拌改性膨润土，可使钛酸酯偶联剂更好的与膨润土接触，进而增加钛酸酯偶联剂的活化效果，有利于提高填充母料与聚丙烯的相容性，另一方面，在180~200℃下还有利于排除膨润土内部的空气和水分，可提高制得的聚丙烯复合材料的透气性。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例中使用的钛酸酯偶联剂为NDZ-201，为普通市售产品，本发明实施例中制得的复合材料均按照现行国家标准进行相关的性能测试。

实施例1

本实施例填充母料由以下质量的原料制备而成：聚丙烯14kg，改性膨润土80kg，聚丙烯蜡4kg，硬脂酸锌3kg，钛酸酯偶联剂2.5kg，氢氧化铝15kg，可膨胀石墨8kg。

其中，改性膨润土的制备方法如下：

将十四烷基溴化吡啶与去离子水混合均匀，用NaOH溶液调节混合液pH至8，再加入1000目钠基膨润土，搅拌反应60min，反应完毕后，反应液过滤，滤渣干燥后即得所述改性膨润土；其中加入的膨润土与十四烷基溴化吡啶的质量比为1:0.03，膨润土与去离子水的料液比为8g/mL，反应温度为80~85℃。

本实施例填充母料的制备方法如下：

（1）将高速混合机升温至180℃，恒温5min；

（2）投入改性膨润土和钛酸酯偶联剂，搅拌15min，再投入氢氧化铝和可膨胀石墨，继续搅拌10min，随后降温至110℃；

（3）投入聚丙烯蜡和硬脂酸锌，继续搅拌4min，随后投入聚丙烯，混合搅拌4min，放料冷却；

（4）将冷却后的物料按常规工艺挤出、造粒后，即得到所述的聚丙烯阻燃母料。

将本实施例制备的填充母料与基体树脂聚丙烯按18:82的添加量应用于聚丙烯塑料的制备，对所制备的聚丙烯塑料按照现行相关标准进行性能检测，检测结果为：拉伸强度为33MPa，弯曲强度为50MPa，弯曲模量为1500MPa，冲击强度6.0Kj/m²，阻燃性为UL-94 V-0。

实施例2

本实施例填充母料由以下质量的原料制备而成：聚丙烯16kg，改性膨润土84kg，聚丙烯蜡5kg，硬脂酸锌4kg，钛酸酯偶联剂2.6kg，氢氧化铝17kg，可膨胀石墨10kg。

其中，改性膨润土的制备方法如下：

将十四烷基溴化吡啶与去离子水混合均匀，用NaOH溶液调节混合液pH至9，再加入2000目钠基膨润土，搅拌反应60min，反应完毕后，反应液过滤，滤渣干燥后即得所述改性膨润土；其中加入的膨润土与十四烷基溴化吡啶的质量比为1:0.04，膨润土与去离子水的料液比为9g/mL，反应温度为80~85℃。

本实施例填充母料的制备方法如下：

（1）将高速混合机升温至200℃，恒温10min；

（2）投入改性膨润土和钛酸酯偶联剂，搅拌18min，再投入氢氧化铝和可膨胀石墨，继续搅拌15min，随后降温至110℃；

（3）投入聚丙烯蜡和硬脂酸锌，继续搅拌5min，随后投入聚丙烯，混合搅拌4min，放料冷却；

（4）将冷却后的物料按常规工艺挤出、造粒后，即得到所述的聚丙烯阻燃母料。

将本实施例制备的填充母料与基体树脂聚丙烯按20:80的添加量应用于聚丙烯塑料的制备，对所制备的聚丙烯塑料按照相关标准进行性能检测，检测结果为：拉伸强度为35MPa，弯曲强度为51MPa，弯曲模量为1530MPa，冲击强度6.2Kj/m²，阻燃性为UL-94 V-0。

实施例3

本实施例填充母料由以下质量的原料制备而成：聚丙烯20kg，改性膨润土90kg，聚丙烯蜡8kg，硬脂酸锌5kg，钛酸酯偶联剂2.8kg，氢氧化铝20kg，可膨胀石墨9kg。

其中，改性膨润土的制备方法如下：

将十四烷基溴化吡啶与去离子水混合均匀，用NaOH溶液调节混合液pH至8，再加入2000目钠基膨润土，搅拌反应70min，反应完毕后，反应液过滤，滤渣干燥后即得所述改性膨润土；其中加入的膨润土与十四烷基溴化吡啶的质量比为1:0.05，膨润土与去离子水的料液比为10g/mL，反应温度为80~85℃。

本实施例填充母料的制备方法如下：

（1）将高速混合机升温至200℃，恒温8min；

（2）投入改性膨润土和钛酸酯偶联剂及，搅拌20min，再投入氢氧化铝和可膨胀石墨，继续搅拌12min，随后降温至120℃；

（3）投入聚丙烯蜡和硬脂酸锌，继续搅拌4min，随后投入聚丙烯，混合搅拌5min，放料冷却；

（4）将冷却后的物料按常规工艺挤出、造粒后，即得到所述的聚丙烯阻燃母料。

将本实施例制备的填充母料与基体树脂聚丙烯按25:90的添加量应用于聚丙烯塑料的制备，对所制备的聚丙烯塑料按照相关标准进行性能检测，检测结果为：拉伸强度为30MPa，弯曲强度为48MPa，弯曲模量为1450MPa，冲击强度6.0Kj/m²，阻燃性为UL-94 V-0。

本发明的上述实施例仅仅是为说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化和变动。这里无法对所有的实施方式予以穷举。凡是属于本发明的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (5)

1.一种聚丙烯阻燃母料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯14~20份，改性膨润土80~90份，聚丙烯蜡4~8份，硬脂酸锌3~5份，钛酸酯偶联剂2.5~2.8份，氢氧化铝15~20份，可膨胀石墨8~10份；

所述改性膨润土由以下方法制备得到：

将十四烷基溴化吡啶与去离子水混合均匀，调节混合液pH至8~9，再加入膨润土搅拌反应60~70min，反应完毕后，反应液过滤，滤渣干燥后即得所述改性膨润土；其中所述膨润土与十四烷基溴化吡啶的质量比为1:0.03~0.05，膨润土与去离子水的料液比为8~10g/mL，反应温度为80~85℃。

2.根据权利要求1所述的聚丙烯阻燃母料，其特征在于，由以下重量份的原料制备而成：聚丙烯16份，改性膨润土84份，聚丙烯蜡5份，硬脂酸锌4份，钛酸酯偶联剂2.6份，氢氧化铝17份，可膨胀石墨10份，其中，制备改性膨润土时，膨润土与十四烷基溴化吡啶的质量比为1:0.04。

3.根据权利要求1或2所述的聚丙烯阻燃母料，其特征在于，所述膨润土的目数为1000~2000目。

4.根据权利要求3所述的聚丙烯阻燃母料，其特征在于，所述膨润土为钠基膨润土。

5.如权利要求1~4任一项所述的聚丙烯阻燃母料的制备方法，其特征在于，步骤如下：

（1）将高速混合机升温至180~200℃，恒温5~10min；

（2）投入改性膨润土、钛酸酯偶联剂，搅拌15~20min，再投入氢氧化铝和可膨胀石墨，继续搅拌10~15min，随后降温至110~120℃；

（3）投入聚丙烯蜡和硬脂酸锌，继续搅拌4~5min，随后投入聚丙烯，混合搅拌4~5min，放料冷却；

（4）将冷却后的物料挤出、造粒后，即得到所述的聚丙烯阻燃母料。