CN108203527A - 一种高极限氧指数无卤阻燃pp材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料，包括以下重量份的原料：100份均聚PP、5‑10份MCA(三聚氰胺氰尿酸盐)、5‑10份MPP(三聚氰胺聚磷酸盐)、5‑12份三嗪类成炭剂、0.2‑1.0份偶联剂、3‑6份阻燃协效剂和0.1‑0.5份抗氧剂。本发明还公开了上述材料的制备方法。本发明通过选择了特定基体均聚PP，然后向其加入经偶联剂表面处理的由酸源、炭源、气源和阻燃协效剂复配的阻燃剂，改善了阻燃剂与PP基体之间的相容性，解决阻燃PP材料表面起霜、析出等问题，且在阻燃剂添加量较少的情况下，有较高的极限氧指数，具有制备方法简单、加工性能好、无滴落和环保的优点，适合大规模工业化生产。

Description

一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料及其制备方法
技术领域
本发明属于无卤阻燃PP材料领域，特别涉及一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(PP)是塑料加工工业的一种重要原料，然而聚丙烯属于易燃的高分子材料，据报道由聚丙烯制品引发的火灾很多。因此对聚丙烯进行阻燃改性具有非常重要的现实意义。
在PP的阻燃技术中，无卤膨胀型阻燃剂(IFR)阻燃效率高，受热燃烧时少烟、低毒、无有害气体和无熔滴产生而受到广泛的重视，是目前塑料阻燃研究开发的一个热点。但是，无卤膨胀型阻燃剂存在以下缺点：一、具有很大的吸湿能力，使聚合物材料的耐水性变差，阻燃效果也因此降低；二、无卤膨胀阻燃剂与基体材料相容性差，导致聚合物材料力学性能大幅下降；三、无卤膨胀阻燃剂分散性差，其一般相对分子质量较小易迁移到材料的表面，造成外观差、机械性能差的后果；四、添加量大，造成成本增加，同时也影响着原材料的使用性能。
在CN104693485A“一种无卤膨胀性复配阻燃剂及其在高密度聚乙烯中的应用”公开了由酸源、碳源、气源和协效剂组成的复配阻燃剂，同时也公开了该复配阻燃剂与高密度聚乙烯制得的复合材料，该复合材料具有阻燃效率高、成本低，与基体相容性好和制备工艺简单的优点，但是该复合材料需要加入较多量的复配阻燃剂，且还需要加入额外的填料。
发明内容
本发明提供一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料，通过选择一特定基体均聚聚丙烯(PP)，并向基体中加入经偶联剂表面改性的MCA(三聚氰胺氰尿酸盐)、MPP、三嗪类成炭剂和阻燃协效剂，以解决现有技术的上述缺陷，使得阻燃剂与PP的相容性得到很大的改善，且在添加较低量阻燃剂的情况下，也具有较高的极限氧指数。
本发明还提供一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料的制备方法，通过选择一特定基体均聚聚丙烯(PP)，并向基体中加入经偶联剂表面改性的MCA(三聚氰胺氰尿酸盐)、MPP、三嗪类成炭剂和阻燃协效剂，以解决现有技术的上述缺陷，使得阻燃剂与PP的相容性得到很大的改善，且在添加较低量阻燃剂的情况下，也具有较高的极限氧指数。
本发明的技术方案如下：
一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料，由包括以下重量份的原料制成：
优选为，所述的MCA的重量份为6-8份；或所述的MPP的重量份为6-8份；或所述的三嗪类成炭剂的重量份为8-10份；或所述的阻燃协效剂的重量份为4-5份。
优选为，所述的偶联剂的重量份为0.5-0.8份；或所述的抗氧剂的重量份为0.2-0.4份。
优选为，所述的偶联剂为KH-550、KH-560或KH-570中的一种，更为优选KH-550。
优选为，所述的三嗪类成炭剂的结构式为：
其中，X为无卤的任意链段。
优选为，所述的阻燃协效剂为硼酸锌、次磷酸铝、次磷酸镁或次磷酸锌其中的一种或几种，更优选为次磷酸铝。
优选为，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的复配体系。
优选为，所述的抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168的复配体系，所述的抗氧剂1010和所述的抗氧剂168的质量比为2∶1。
本发明还公开了上述的高极限氧指数无卤阻燃PP材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)以重量份计，分别称取5-10量份MCA、5-10份MPP、5-12份三嗪类成炭剂、3-6份阻燃协效剂和0.2-1.0份偶联剂；先在偶联剂中加入相对于偶联剂两倍量的无水乙醇稀释，然后再加入上述的MCA、MPP、三嗪类成炭剂和阻燃协效剂于高混机内混匀，混匀后用经双辊混炼和烘箱烘干，得到混合物；
(2)再向所述的混合物中，加入100份均聚PP和0.1-0.5份抗氧剂，并在高混机内混合；
(3)用双螺杆挤出机挤出造粒，得到高极限氧指数无卤阻燃PP材料。
优选为，所述的步骤(1)经双辊混炼的温度为50-80℃，烘箱烘干的温度为60-80℃；所述的步骤(2)在高混机内的混合时间为5-10min。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明的一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料，通过选择一特定均聚PP基体，并向基体中加入向基体中加入经偶联剂表面改性的MCA(三聚氰胺氰尿酸盐)、MPP、三嗪类成炭剂和阻燃协效剂，解决了现有无卤阻燃材料易起霜，阻燃剂析出的缺点，改善了阻燃剂与PP基体的相容性，且在添加较低量阻燃剂的情况下，也同样有较高的极限氧指数，具有制备方法简单、加工性能好、无滴落和环保的优点。
此外，与CN104693485A相比，本发明所加入的酸源为高分子聚合物，耐热性好，不易析出，在燃烧时与碳源、气源匹配比较好，能形成强度比较高的膨胀型碳层，阻碍材料进一步燃烧，达到阻燃效果，且加工工艺简单，适合工业化生产。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中本领域技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
本发明的一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料，由包括以下重量份的原料制成：
所述的偶联剂为KH-550、KH-560或KH-570中的一种。
所述的三嗪类成炭剂的分子结构式为：
其中，X为无卤的任意链段。
所述的阻燃协效剂为硼酸锌、次磷酸铝、次磷酸镁或次磷酸锌其中的一种或几种。
所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的复配体系；所述的抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168的复配体系，所述的抗氧剂1010和所述的抗氧剂168的质量比为2∶1。
本发明还公开了上述的高极限氧指数无卤阻燃PP材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)以重量份计，分别称取5-10量份MCA、5-10份MPP、5-12份三嗪类成炭剂、3-6份阻燃协效剂和0.2-1.0份偶联剂；先在偶联剂中加入相对于偶联剂两倍量的无水乙醇稀释，然后再加入上述的MCA、MPP、三嗪类成炭剂和阻燃协效剂于高混机内混匀，混匀后用经双辊混炼温度为50℃，和烘箱烘干温度为80℃，得到混合物；
(2)再向所述的混合物中，加入100份均聚PP和0.1-0.5份抗氧剂，并在高混机内混合5min；
(3)用双螺杆挤出机挤出造粒，得到高极限氧指数无卤阻燃PP材料。
在具体实施本发明的过程中，本发明还对基体做了特定的选择，当选用共聚PP为基材时，需要加入更多的上述阻燃剂，且当阻燃剂加入的量越多，基体与阻燃剂的相容性、复合材料的力学性能和加工性都会受到很大的影响，当选用均聚PP为基材时，本发明在加入较少量的上述阻燃剂情况下，就可得到基体与阻燃剂相容性、力学性能和加工性能均较好的复合材料，且具有较高的极限氧指数。
为了能更加详细的阐述本发明的发明理念，以下通过若干个实施例进行说明。
以下实施例均按照下表的挤出机工艺进行操作：
螺杆转速：260r/min。
对比例1
(1)称取100份均聚PP、6份MCA、6份MPP、8份三嗪类成炭剂、4份次磷酸铝、0.2份抗氧剂与高混机内混合5分钟；
(2)将步骤(1)的混合物加入到双螺杆挤出机内进行挤出造粒。
实施例1
(1)称取100份均聚PP、6份MCA、6份MPP、8份三嗪类成炭剂、4份次磷酸铝、0.2份抗氧剂及0.5份KH-550；
(2)用2倍质量的无水乙醇将KH-550稀释，将阻燃剂、阻燃协效剂和稀释过的KH-550在高混机内混合5min，用双辊将混合物进行混炼，双辊温度设置为50℃。混炼后的混合物在80℃烘箱内干燥；
(3)将均聚PP、抗氧剂及步骤(2)中的混合物在高混机内混合5min；
(4)将步骤(3)中的混合物用双螺杆挤出机进行挤出造粒。
实施例2
(1)称取100份均聚PP、7份MCA、7份MPP、9份三嗪类成炭剂、5份硼酸锌、0.3份抗氧剂及0.6份KH-560；
(2)用2倍质量的无水乙醇将KH-560稀释，将阻燃剂、阻燃协效剂和稀释过的KH-560在高混机内混合5min，用双辊将混合物进行混炼，双辊温度设置为50℃。混炼后的混合物在80℃烘箱内干燥；
(3)将均聚PP、抗氧剂及步骤(2)中的混合物在高混机内混合5min；
(4)将步骤(3)中的混合物用双螺杆挤出机进行挤出造粒。
实施例3
(1)称取100份均聚PP、8份MCA、8份MPP、12份三嗪类成炭剂、6份次磷酸镁、0.5份抗氧剂及1份KH-570；
(2)用2倍质量的无水乙醇将KH-570稀释，将阻燃剂、阻燃协效剂和稀释过的KH-570在高混机内混合10min，用双辊将混合物进行混炼，双辊温度设置为80℃。混炼后的混合物在60℃烘箱内干燥；
(3)将均聚PP、抗氧剂及步骤(2)中的混合物在高混机内混合10min；
(4)将步骤(3)中的混合物用双螺杆挤出机进行挤出造粒。
实施例4
(1)称取100份共聚PP、8份MCA、8份MPP、12份三嗪类成炭剂、6份次磷酸镁、0.5份抗氧剂及1份KH-570；
(2)用2倍质量的无水乙醇将KH-570稀释，将阻燃剂、阻燃协效剂和稀释过的KH-570在高混机内混合10min，用双辊将混合物进行混炼，双辊温度设置为80℃。混炼后的混合物在60℃烘箱内干燥；
(3)将均聚PP、抗氧剂及步骤(2)中的混合物在高混机内混合10min；
(4)将步骤(3)中的混合物用双螺杆挤出机进行挤出造粒。
实施例5
(1)称取100份均聚PP、10份MCA、10份MPP、8份三嗪类成炭剂、3份次磷酸锌、0.1份抗氧剂及0.2份KH-560；
(2)用2倍质量的无水乙醇将KH-560稀释，将阻燃剂、阻燃协效剂和稀释过的KH-560在高混机内混合8min，用双辊将混合物进行混炼，双辊温度设置为60℃。混炼后的混合物在80℃烘箱内干燥；
(3)将均聚PP、抗氧剂及步骤(2)中的混合物在高混机内混合8min；
(4)将步骤(3)中的混合物用双螺杆挤出机进行挤出造粒。
实施例6
(1)称取100份均聚PP、5份MCA、5份MPP、12份三嗪类成炭剂、6份次磷酸铝、0.2份抗氧剂及0.5份KH-550；
(2)用2倍质量的无水乙醇将KH-550稀释，将阻燃剂、阻燃协效剂和稀释过的KH-550在高混机内混合5min，用双辊将混合物进行混炼，双辊温度设置为50℃。混炼后的混合物在80℃烘箱内干燥；
(3)将均聚PP、抗氧剂及步骤(2)中的混合物在高混机内混合5min；
(4)将步骤(3)中的混合物用双螺杆挤出机进行挤出造粒。
上述实施例和对比例得到的无卤阻燃PP材料的性能测试结果见下表1：
表1
从上表可以看出，本发明的无卤阻燃PP材料具有较好的阻燃效果，特别是进行表面改性后，阻燃剂混合物与PP基体的相容性得到很大改善，从而提高了其阻燃性能；该无卤阻燃PP材料在添加少量的阻燃剂的情况下，具有较高的极限氧指数，成本低，且易于加工，能广泛的应用于汽车工业和电子电气工业中。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料，其特征在于，由包括以下重量份的原料制成：
2.根据权利要求1所述的一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料，其特征在于，所述的MCA的重量份为6-8份；或所述的MPP的重量份为6-8份；或所述的三嗪类成炭剂的重量份为8-10份；或所述的阻燃协效剂的重量份为4-5份。
3.根据权利要求1所述的一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料，其特征在于，所述的偶联剂的重量份为0.5-0.8份；或所述的抗氧剂的重量份为0.2-0.4份。
4.根据权利要求1所述的一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料，其特征在于，所述的偶联剂为KH-550、KH-560或KH-570中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料，其特征在于，所述的三嗪类成炭剂的结构式为：
其中，X为无卤的任意链段。
6.根据权利要求1所述的一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料，其特征在于，所述的阻燃协效剂为硼酸锌、次磷酸铝、次磷酸镁或次磷酸锌中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料，其特征在于，所述的抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的复配体系。
8.根据权利要求7所述的一种高极限氧指数无卤阻燃PP材料，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂1010与抗氧剂168的复配体系，所述的抗氧剂1010和所述的抗氧剂168的质量比为2∶1。
9.一种如权利要求1～8任一项所述的高极限氧指数无卤阻燃PP材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)以重量份计，分别称取5-10量份MCA、5-10份MPP、5-12份三嗪类成炭剂、3-6份阻燃协效剂和0.2-1.0份偶联剂；先在偶联剂中加入相对于偶联剂两倍量的无水乙醇稀释，然后再加入上述的MCA、MPP、三嗪类成炭剂和阻燃协效剂于高混机内混匀，混匀后经双辊混炼和烘箱烘干，得到混合物；
(2)向所述的混合物中，加入100份均聚PP和0.1-0.5份抗氧剂，并在高混机内混合；
(3)用双螺杆挤出机挤出造粒，得到高极限氧指数无卤阻燃PP材料。
10.根据权利要求9所述的高极限氧指数无卤阻燃PP材料的制备方法，其特征在于，所述的步骤(1)经双辊混炼的温度为50-80℃，烘箱烘干的温度为60-80℃；所述的步骤(2)在高混机内的混合时间为5-10min。
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