CN108192219A - 一种三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料及其制备方法,涉及高分子材料技术领域。本发明三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料由以下原料制成:聚丙烯树脂、三氧化钼微球、矿粉、增韧剂、抗氧剂、光稳定剂、润滑剂。本发明先采用水热法合成三氧化钼微球,三氧化钼微球在聚丙烯基体中分布均匀、分散性好,对材料机械性能影响小,本发明利用三氧化钼微球较大的比表面积,在材料受热分解时能更有效地促进聚丙烯的成炭和吸附材料生成的烟,制得低烟密度的阻燃聚丙烯复合材料。本发明三氧化钼微球的合成原材料易于采购,经济、环保、高效,降低生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域,具体是一种三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
在火灾发生时烟雾同样具有很大的危害性,它们对人的鼻、眼、喉产生强烈的刺激作用,造成呼吸困难,影响人员逃生时和消防人员救援时的视线,许多火灾可以证明,烟雾也是造成人员伤亡的主要影响因素。
刘秀等将三氧化钼添加到聚氨酯泡沫中,研究了不同添加量的三氧化钼对PUF的阻燃和抑烟性能的影响,结果表明,添加5%的MoO3即可使阻燃PUF的最大烟密度降低了22%,同时燃烧的残炭由原来的8%提高到16%,同时LOI由19.8%增加到36.5%,PUF的抑烟性能和阻燃性能大大提高。凝聚相热解产物的XPS的分析结果表明,MoO3可促进了凝聚相热解产物的交联成炭。
现有技术中,市售的三氧化钼大多是热力学稳定的α-MoO3,存在粒径较大、在材料中的分散性较差等缺陷,导致聚丙烯复合材料的阻燃效率低,而且对聚丙烯复合材料的力学性能影响较大,使得聚丙烯复合材料力学性能低、热稳定性差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料及其制备方法,解决了现有技术中三氧化钼微球粒径大,在材料中分布不均、分散性差,添加其制备的聚丙烯复合材料力学性能低、抑烟性差、阻燃性差的技术问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
一种三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料,所述三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成:聚丙烯树脂65-80份、三氧化钼微球0.5-3份、矿粉15-20份、增韧剂5-10份、抗氧剂0.3-0.5份、光稳定剂0.2-0.4份、润滑剂0.3-0.5份。
优选的,所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的至少一种。
优选的,所述三氧化钼微球是通过水热法合成的,具体的制备方法为:称取0.005-0.008mol七钼酸铵溶解于去离子水中,搅拌、溶解,得到七钼酸铵饱和溶液;用配置好的2.0mol/L的硝酸溶液调节溶液的酸度系数至6-8(定义酸度系数为体系中加入的硝酸和七钼酸铵的物质的量),置于高压釜中,以无水乙醇为溶剂,搅拌,完全溶解后,于180℃的烘箱中处理6h,抽滤,依次用水、乙醇洗涤后,置于真空烘箱中烘干,制得三氧化钼微球。
优选的,所述矿粉为滑石粉、碳酸钙、云母、硅灰石中的至少一种。
优选的,所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
优选的,所述抗氧剂为氮杂环多酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代双酚抗氧剂中的至少一种。
优选的,所述光稳定剂为二苯甲酮类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂中的至少一种;所述润滑剂选自金属皂润滑剂、有机硅润滑剂、烃蜡润滑剂中的至少一种。
优选的,所述三氧化钼微球的粒径在0.2-0.5μm之间。
本发明的另一个目的在于提供一种三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料的制备方法,包括以下步骤:
S1、称取0.005-0.008mol七钼酸铵溶解于去离子水中,搅拌、溶解,得到七钼酸铵饱和溶液,用配置好的2.0mol/L的硝酸溶液调节溶液的酸度系数至6-8(定义酸度系数为体系中加入的硝酸和七钼酸铵的物质的量),置于高压釜中,以无水乙醇为溶剂,搅拌,完全溶解后,于180℃的烘箱中处理6h,抽滤,依次用水、乙醇洗涤后,置于真空烘箱中烘干,制得三氧化钼微球;
S2、按配比称取聚丙烯树脂、矿粉、增韧剂、抗氧剂、光稳定剂和润滑剂加入到高速搅拌机中混合3-5min,得到混合物料;
S3、将步骤S2中制得的混合物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中,将步骤S1中的三氧化钼微球经过第一段自然排气口侧边加入,经熔融、挤出、干燥制得三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料;其中,双螺杆挤出机料筒温度为190-220℃,螺杆转速为400-500r/min,主机转速为18-22Hz,真空度为-0.06~-0.08MPa。
本发明的有益效果:
本发明三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料原料中的三氧化钼是利用水热法合成的微球,独特的球状结构,具有较大的比表面积,能促进生成更多的炭层,抑制燃烧过程中的热量反馈,增加了可燃性气体溢出的难度,隔阂氧气,另一方面,是由于金属氧化物有较高的比表面积,能有效快速吸附材料生成的烟,从而大大提高聚丙烯复合材料的阻燃性能和抑烟性能;同时水热法合成的三氧化钼微球,表面性能得到改善,使得三氧化钼微球粉末与聚丙烯基体结合良好,在聚丙烯基体中分布均匀、分散性好,对材料机械性能影响小,添加其制备的聚丙烯复合材料阻燃性能和抑烟性能好;
本发明中使用的三氧化钼微球,合成的原材料易于采购,经济、环保、高效,后续应用十分广泛,降低生产成本;
本发明添加少量的三氧化钼微球,使得矿粉和其它助剂能均匀的分散在聚丙烯中,同时对聚丙烯材料力学性能影响小。
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描述。
本发明利用乙醇较低的介电常数,通过水热合成的方法制备形貌均一的三氧化钼微球,而且含有可反应的官能团(轻基、羧基等),增加三氧化钼与聚合物的相容性,同时它具有较大的比表面积,能更有效地促进复合材料成炭过程,使形成的炭层更加致密均匀,阻隔外面热量的辐射和氧气的进入,同时能有效快速吸附材料生成的烟,从而,大大提高了复合材料的阻燃和抑烟性能。
实施例1
本实施例氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成:
具体制备方法包括以下步骤:
S1、称取0.005mol的七钼酸铵溶解于去离子水中,搅拌,溶解,得到七钼酸铵饱和溶液,用配置好的2.0mol/L的硝酸溶液调节溶液的酸度系数至6,置于高压釜中,以无水乙醇为溶剂,搅拌,完全溶解后,于180℃的烘箱中处理6h,抽滤,依次用水、乙醇洗涤后,置于真空烘箱中烘干,制得三氧化钼微球;
S2、将65份共聚聚丙烯树脂、10份增韧剂POE8137、20份滑石粉BHX-505、0.25份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.2份光稳定剂3808PP5和0.3份的润滑剂EBS一起加入到高速搅拌机中混合5min,得到混合物料;
S3、将步骤S2中制得的混合物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中,将2.5份步骤S1中的三氧化钼微球经过第一段自然排气口侧边加入,经熔融、挤出、干燥制得三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料;其中,双螺杆挤出机料筒温度为190℃,螺杆转速为500r/min,主机转速为18Hz,真空度为-0.08MPa。
实施例2
本实施例氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成:
具体制备方法包括以下步骤:
S1、称取0.008mol的七钼酸铵溶解于去离子水中,搅拌,溶解,得到七钼酸铵饱和溶液,用配置好的2.0mol/L的硝酸溶液调节溶液的酸度系数至7,置于高压釜中,以无水乙醇为溶剂,搅拌,完全溶解后,于180℃的烘箱中处理6h,抽滤,依次用水、乙醇洗涤后,置于真空烘箱中烘干,制得三氧化钼微球;
S2、将72份共聚聚丙烯树脂、10份增韧剂POE8842、15份滑石粉BHX-505、0.3份抗氧剂1076、0.3份光稳定剂5585和0.5份的润滑剂CaSt一起加入到高速搅拌机中混合5min,得到混合物料;
S3、将步骤S2中制得的混合物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中,将0.5份步骤S1中的三氧化钼微球经过第一段自然排气口侧边加入,经熔融、挤出、干燥制得三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料;其中,双螺杆挤出机料筒温度为200℃,螺杆转速为400r/min,主机转速为20Hz,真空度为-0.06MPa。
实施例3
本实施例氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成:
具体制备方法包括以下步骤:
S1、称取0.006mol的七钼酸铵溶解于去离子水中,搅拌,溶解,得到七钼酸铵饱和溶液,用配置好的2.0mol/L的硝酸溶液调节溶液的酸度系数至8,置于高压釜中,以无水乙醇为溶剂,搅拌,完全溶解后,于180℃的烘箱中处理6h,抽滤,依次用水、乙醇洗涤后,置于真空烘箱中烘干,制得三氧化钼微球;
S2、将40份共聚聚丙烯树脂、40份均聚聚丙烯树脂、5份增韧剂POELC565、18份碳酸钙、0.5份抗氧剂1010、0.4份光稳定剂3808PP5和0.4份的润滑剂ZNST一起加入到高速搅拌机中混合5min,得到混合物料;
S3、将步骤S2中制得的混合物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中,将3份步骤S1中的三氧化钼微球经过第一段自然排气口侧边加入,经熔融、挤出、干燥制得三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料;其中,双螺杆挤出机料筒温度为220℃,螺杆转速为450r/min,主机转速为20Hz,真空度为-0.07MPa。
对比例1
与实施例1区别在于三氧化钼选择市售的,本对比例聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成:
具体制备方法包括以下步骤:
S1、将65份共聚聚丙烯树脂、10份增韧剂POE8137、20份滑石粉BHX-505、0.25份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.2份光稳定剂3808PP5和0.3份的润滑剂EBS一起加入到高速搅拌机中混合5min,得到混合物料;
S2、将步骤S2中制得的混合物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中,将2.5份市售的三氧化钼经过第一段自然排气口侧边加入,经熔融、挤出、干燥制得三氧化钼阻燃抑烟聚丙烯复合材料;其中,双螺杆挤出机料筒温度为190℃,螺杆转速为500r/min,主机转速为18Hz,真空度为-0.08MPa。
对比例2
与实施例1区别在于不添加三氧化钼微球,本对比例聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成:
具体制备方法包括以下步骤:
S1、将65份共聚聚丙烯树脂、10份增韧剂POE8137、20份滑石粉BHX-505、0.25份抗氧剂1010、0.2份抗氧剂168、0.2份光稳定剂3808PP5和0.3份的润滑剂EBS一起加入到高速搅拌机中混合5min,得到混合物料;
S2、将步骤S2中制得的混合物料经过主喂料斗加入双螺杆挤出机中,经熔融、挤出、干燥制得聚丙烯复合材料;其中,双螺杆挤出机料筒温度为190℃,螺杆转速为500r/min,主机转速为18Hz,真空度为-0.08MPa。
将上述实施例1-3以及对比例1、2制得的聚丙烯复合材料主要物性指标根据相关检测标准测试,其拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量、冲击强度、热释放速率和烟密度的检测标准与检测结果如表1所示:
表1:实施例1-3及对比例1-2中聚丙烯复合材料主要物性指标
综上所述,本发明中利用水热法合成的三氧化钼微球,改善粉末的表面性能,使得粉末与聚丙烯基体结合良好,冲击和拉伸性能影响小;本发明中使用的三氧化钼微球,其独特的球状结构,具有较大的比表面积,能更有效地促进复合材料成炭过程,使形成的炭层更加致密均匀,阻隔外面热量的辐射和氧气的进入,热释放速率明显减小;同时,金属氧化物有较高的比表面积,能有效快速吸附材料生成的烟,烟密度明显减小,从而大大提高复合材料的阻燃性能、抑烟性能。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施案例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料,其特征在于,所述三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料由以下重量份的原料制成:聚丙烯树脂65-80份、三氧化钼微球0.5-3份、矿粉15-20份、增韧剂5-10份、抗氧剂0.3-0.5份、光稳定剂0.2-0.4份、润滑剂0.3-0.5份。
2.根据权利要求1所述的三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料,其特征在于,所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料,其特征在于,所述三氧化钼微球是通过水热法合成的,具体的制备方法为:称取0.005-0.008mol七钼酸铵溶解于去离子水中,搅拌、溶解,得到七钼酸铵饱和溶液;用配置好的2.0mol/L的硝酸溶液调节溶液的酸度系数至6-8(定义酸度系数为体系中加入的硝酸和七钼酸铵的物质的量),置于高压釜中,以无水乙醇为溶剂,搅拌,完全溶解后,于180℃的烘箱中处理6h,抽滤,依次用水、乙醇洗涤后,置于真空烘箱中烘干,制得三氧化钼微球。
4.根据权利要求1所述的三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料,其特征在于,所述矿粉为滑石粉、碳酸钙、云母、硅灰石中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料,其特征在于,所述增韧剂为乙烯-丁烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料,其特征在于,所述抗氧剂为氮杂环多酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂、硫代双酚抗氧剂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料,其特征在于,所述光稳定剂为二苯甲酮类光稳定剂、苯并三唑类光稳定剂中的至少一种;所述润滑剂选自金属皂润滑剂、有机硅润滑剂、烃蜡润滑剂中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料,其特征在于,所述三氧化钼微球的粒径在0.2-0.5μm之间。
9.如权利要求1-8任一项所述的三氧化钼微球阻燃抑烟聚丙烯复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、称取0.005-0.008mol七钼酸铵溶解于去离子水中,搅拌、溶解,得到七钼酸铵饱和溶液,用配置好的2.0mol/L的硝酸溶液调节溶液的酸度系数至6-8(定义酸度系数为体系中加入的硝酸和七钼酸铵的物质的量),置于高压釜中,以无水乙醇为溶剂,搅拌,完全溶解后,于180℃的烘箱中处理6h,抽滤,依次用水、乙醇洗涤后,置于真空烘箱中烘干,制得三氧化钼微球;
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