CN109161103B - 一种无卤膨胀阻燃tpv复合材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无卤阻燃TPV复合材料的加工制备方法，属于高分子材料领域和阻燃材料领域。本发明包括：将聚磷酸铵APP和季戊四醇PER及适量的阻燃协效剂与聚丙烯/三元乙丙橡胶TPV进行熔融共混，得到阻燃TPV/APP/PER复合材料，所得的复合材料相较于纯TPV，其阻燃性能得到了很好的提高，并且使用的APP/PER阻燃体系不含卤素，因此属于绿色环保阻燃体系，符合阻燃剂绿色环保的发展理念。

Description

一种无卤膨胀阻燃TPV复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种无卤膨胀阻燃TPV复合材料的制备方法，属于阻燃高分子材料领域。
背景技术
热塑性动态硫化橡胶(Thermoplastic Vulcanizate，TPV)是一种以热塑性塑料为连续相，橡胶为分散相的热塑性弹性体，常见的有PP/EPDM(三元乙丙橡胶，EthylenePropylene Diene Monomer)、PP/ACM(丙烯酸酯橡胶，Acrylate Material)、PS/SEBS(丁苯乙烯丁烯橡胶，Styrene-Ethylene-Butylene-Styrene)。其中PP/EPDM TPV由于其优异的力学性能、稳定的使用性能和显著地加工性能，而被广泛应用于汽车、建筑、航天等领域。但是由于纯的TPV材料的氧指数只有19％，其易燃性能导致其使用性能受到了很大的限制，而且给人们的生产生活带来了极大的安全隐患。
为了改善TOPV材料的易燃性能，可以通过添加阻燃剂的方式来进行改性。阻燃剂的分类按照有无卤素分可分为有卤阻燃剂和无卤阻燃剂，含有卤素的阻燃剂由于在火灾发生时，含卤阻燃材料在阻燃过程中会产生大量的烟雾和有毒的腐蚀性卤化氢气体，造成二次危害，因此无卤化成为阻燃剂的发展趋势，也符合绿色环保的发展理念。无卤阻燃剂中，膨胀阻燃体系由于有效的阻燃、抑烟、防滴落等作用而受到广泛关注。聚磷酸铵(AmmoniumPolyphosphate)，简称APP，是一种无毒无味，不产生腐蚀气体，热稳定性高，性能优良的无卤阻燃剂。
目前市场上的制备阻燃TPV的方法是在橡胶相EPDM硫化前加入阻燃体系，其制备方法复杂，一般使用的是PP和EPDM原料，将其放入开炼机或者密炼机中，然后加入润滑剂、抗氧剂和润滑剂、阻燃体系等，控制混炼时间和温度，在混炼一段时间后，再加入硫化剂、促进剂等使EPDM交联，从而得到阻燃TPV；并且市场上出售的阻燃TPV价格偏高。开发一种加工工序更简单、成本更低的阻燃TPV复合材料具有重要的意义。
发明内容
本发明采用了一种简单的加工方法，对TPV进行阻燃改性，从而获得了具有阻燃性能的TPV。相较于已有的阻燃TPV，其生产工序更加简单。
本发明的目的是在PP/EPDM材料(TPV材料)中通过熔融共混的方法加入APP/PER膨胀阻燃体系，从而制得具有阻燃性能的TPV复合材料。本发明的目的是通过下述技术方案实现，具体包含下述步骤：
将双辊开炼机升温至190-200℃，加入TPV材料，将TPV熔融塑化，然后加入膨胀阻燃剂聚磷酸铵APP/季戊四醇PER共混5-10min，再加入阻燃协效剂，一起共混15-20min，得到阻燃TPV复合材料。
进一步的，所述TPV材料是经过动态硫化后的PP/EPDM弹性体。
进一步的，所述阻燃协效剂为膨胀石墨(EG)、三聚氰胺(MEL)、有机改性蒙脱土(OMMT)中的一种或几种。
进一步的，以共混混合物重量份计，所述TPV材料的重量份为60-80份，所述膨胀阻燃剂中APP的重量份10-30份，PER重量份10-20份，所述阻燃协效剂不超过3份。
进一步的，所述膨胀阻燃剂中APP和PER的重量份的比值优选为(1-2)：1。
根据本发明所述方法制备得到的无卤膨胀阻燃TPV复合材料，其中，按重量份计，TPV：60-80份，APP：10-30份，PER：10-20份，EG：0-3份，OMMT：0-3份，MEL：0-3份，其中，EG、MEL和OMMT的总重量不超过3份。
进一步的，阻燃剂中，所述APP与PER的重量比为(1-2)：1时，阻燃效果最好。
与现有的技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
(1)通过双辊开炼机直接将阻燃剂成分与TPV材料熔融共混，加工方法简单，相较于在橡胶相EPDM硫化前加入阻燃体系来说，本发明可以直接对TPV材料进行阻燃改性，获得阻燃TPV复合材料。
(2)APP/PER膨胀阻燃体系阻燃效率高，能有效提高TPV材料的极限氧指数和起到低烟、防滴落的作用。本发明所制作的材料具有较高的极限氧指数，尤其是阻燃协效剂加入时得到的复合材料比市场上出售的阻燃TPV复合材料的极限氧指数更高，最高能达到30％左右。且在提高阻燃TPV复合材料的阻燃性能的同时，也不影响材料在正常使用下的力学性能。同时，无卤阻燃材料更加绿色环保。
具体实施方式
为了更好地解释本发明，下面结合具体实施例对本发明进一步详细解释，本发明实施方式中到的阻燃剂配方见表1，但本发明的实施方式不限于此。
TPV材料：百润塑胶原料有限公司。
市售阻燃TPV材料：东莞市嘉迈塑胶有限公司。
极限氧指数测试：测试聚合物在氧和氮混合气体中，刚好能支撑聚合燃烧时氧的体积分数，被称做极限氧指数(％)。
拉伸试验：使用拉伸机测试材料的力学性能(拉伸强度，断裂伸长率)。
燃烧实验：使材料在空气中燃烧，记录和观察材料的燃烧情况(是否有熔滴滴落，是否有烟，是否能自熄)。
实施例1
阻燃TPV复合材料的制备：将双辊开炼机辊温升至190℃，加入70g TPV，熔融塑化5min，然后依次加入20g APP和10g PER共混15min，得到阻燃TPV复合材料，产品性能指标见表2。
实施例2
阻燃TPV复合材料的制备：将双辊开炼机辊温升至195℃，加入70g TPV，熔融塑化5min，然后依次加入15g APP和15g PER共混20min，得到阻燃TPV复合材料。
实施例3
阻燃TPV复合材料的制备：将双辊开炼机辊温升至195℃，加入70g TPV，熔融塑化5min，然后依次加入10g APP和19g PER共混5min，再加入1g EG熔融共混15min，得到阻燃TPV复合材料。
实施例4
阻燃TPV复合材料的制备：将双辊开炼机辊温升至195℃，加入70g TPV，熔融塑化5min，然后依次加入19g APP和10g PER共混5min，再加入1g EG熔融共混15min，得到阻燃TPV复合材料，产品性能指标见表2。
实施例5
阻燃TPV复合材料的制备：将双辊开炼机辊温升至195℃，加入70g TPV，熔融塑化5min，然后依次加入19g APP和10g PER共混7min，再加入1g MEL熔融共混15min，得到阻燃TPV复合材料，产品性能指标见表2。
实施例6
阻燃TPV复合材料的制备：将双辊开炼机辊温升至195℃，加入70g TPV，熔融塑化5min，然后依次加入19g APP和10g PER共混7min，加入1g OMMT，熔融共混15min，得到阻燃TPV复合材料，产品性能指标见表2。
实施例7
阻燃TPV复合材料的制备：将双辊开炼机辊温升至195℃，加入70g TPV，熔融塑化5min，然后依次加入18g APP和10g PER共混5min，加入1g EG和1g OMMT，熔融共混15min，得到阻燃TPV复合材料，产品性能指标见表2。
实施例8
阻燃TPV复合材料的制备：将双辊开炼机辊温升至195℃，加入70g TPV，熔融塑化5min，然后依次加入18g APP和10g PER共混5min，加入1g EG和1g MEL，熔融共混15min，得到阻燃TPV复合材料，产品性能指标见表2。
实施例9
阻燃TPV复合材料的制备：将双辊开炼机辊温升至195℃，加入70g TPV，熔融塑化5min，然后依次加入18g APP和10g PER共混5min，加入1g MEL和1g OMMT，熔融共混15min，得到阻燃TPV复合材料，产品性能指标见表2。
所涉及的阻燃剂配方及复合材料的阻燃效果如表1所示：
表1本发明的阻燃剂配方及复合材料的阻燃效果
Figure BDA0001788191650000041
*市场上购买的阻燃TPV材料(东莞市嘉迈塑胶有限公司)
表2实施例和对比例的产品性能指标
Figure BDA0001788191650000042
对比例1和对比例2分别为本发明原料TPV材料和市场中买到的阻燃TPV材料(东莞市嘉迈塑胶有限公司，橡胶相EPDM硫化前加入阻燃体系)。对比例3和对比例4分别为仅仅添加不同配比的APP的TPV复合材料，具体配比见表1，产品性能指标见表2。
可见，利用本发明制备的复合材料产品，APP/PER膨胀阻燃体系阻燃效率高，尤其是添加阻燃协效剂时，本发明制备得到的阻燃TPV复合材料的阻燃性能好于市售阻燃TPV材料。且能有效提高TPV材料的极限氧指数和起到低烟、防滴落的作用。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (4)

1.一种无卤膨胀阻燃TPV复合材料的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
将双辊开炼机辊温升至195℃，加入70g TPV，熔融塑化5min，然后依次加入18g 聚磷酸铵APP和10g 季戊四醇PER共混5min，加入1g 膨胀石墨EG和1g 有机改性蒙脱土OMMT，熔融共混15 min，得到阻燃TPV复合材料；
或，将双辊开炼机辊温升至195℃，加入70g TPV，熔融塑化5min，然后依次加入18g 聚磷酸铵APP和10g 季戊四醇PER共混5min，加入1g 膨胀石墨EG和1g三聚氰胺 MEL，熔融共混15 min，得到阻燃TPV复合材料；
或，将双辊开炼机辊温升至195℃，加入70g TPV，熔融塑化5min，然后依次加入18g 聚磷酸铵APP和10g 季戊四醇PER共混5min，加入1g 三聚氰胺MEL和1g 有机改性蒙脱土OMMT，熔融共混15 min，得到阻燃TPV复合材料；
其中，所述TPV是经过动态硫化后的PP/EPDM弹性体。
2.根据权利要求1所述一种无卤膨胀阻燃TPV复合材料的加工制备方法制备得到的无卤膨胀阻燃TPV复合材料。
3.权利要求2所述的无卤膨胀阻燃TPV复合材料在汽车、建筑、航天领域的应用。
4.应用权利要求2所述的无卤膨胀阻燃TPV复合材料制备得到的用于汽车防火、建筑墙体防火的材料。
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