CN109337207A - 聚丙烯阻燃复合材料及其制备方法 - Google Patents

聚丙烯阻燃复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种聚丙烯阻燃复合材料及其制备方法，包括以下组分：聚丙烯树脂55～65份、硅灰石15～25份、镁铝水滑石5～10份、磷钼酸1～3份、改性纳米氧化锌3～6份、硅橡胶5～10份、钛酸酯偶联剂1～3份、增韧剂5～10份、抗氧剂0.2～0.8份及聚乙烯蜡0.5～1.5份。制备方法：1)先将硅灰石、硅橡胶、钛酸酯偶联剂、占总质量30～40％的聚丙烯树脂及占总质量10～20％的增韧剂混合均匀，用密炼机出机制备母粒；2)将步骤1)得到的母粒与镁铝水滑石、磷钼酸、改性纳米氧化锌、抗氧剂、聚乙烯蜡、余下增韧剂及余下聚丙烯树脂混合，经双螺杆挤出机中在210～240℃熔融混合分散，挤出造粒，即可。该复合材料具有很好的疏水性、耐摩擦与阻燃性能。

Description

聚丙烯阻燃复合材料及其制备方法
技术领域
本发明属于塑料技术领域，具体涉及一种聚丙烯阻燃复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯作为一种通用塑料，进入了日常生活的各个角落，经过矿粉改性的聚丙烯材料凭借其良好的刚性，较低的收缩率和变形，在家用电器上得到了广泛的运用。当前使用多的方法是在聚丙烯基体中添加弹性体材料来提高冲击强度，通过引入10-40％硅灰石、云母粉、硅灰石、高岭土等填料来提高拉伸强度、弯曲强度和弯曲模量，通过引入耐划伤剂如硅酮母粒、含酰胺类树脂来提高耐划伤性能。虽然此类方法通过同时施加弹性体、填料及耐划伤剂来调节综合性能，但是不容易同步达到各方面性能平衡。而纳米填料比表面积大、具有小尺寸效应、表面界面效应等微米级尺寸填料所不具备的特点，这些特点不但可以实现聚合物复合材料同步增强增韧，还能提高材料表面硬度，表现出优异的耐划伤性。
然而，由于硅灰石、云母粉、硅灰石、高岭土等填料的加入，导致聚丙烯材料具有一定的吸水性，特别是在洗衣机、小家电等方面的应用过长时间后，该聚丙烯材料容易吸水沾污，更容易滋生细菌发霉等，大大限制了聚丙烯材料的选择和运用。
卤系阻燃剂是目前世界上产量最大的有机阻燃剂之一，它以阻燃效果显著等因素在聚烯烃阻燃中被大量应用。目前国内主要采用有机卤化物与三氧化二锑(Sb2O3)复配使用以产生协同作用来提高阻燃效果，其作用机理为燃烧时产生的SbX3能有效捕捉材料燃烧产生的自由基而终止自由基链反应。目前国内常用的V-0阻燃聚丙烯，阻燃剂的配比为21份十溴二苯乙烷和7份Sb2O3复配，但由于三氧化二锑价格不断上涨及其他综合因素，此法制备的阻燃聚丙烯成本过高。
发明内容
本发明提出一种聚丙烯阻燃复合材料，该复合材料具有很好的疏水性、耐摩擦与阻燃性能。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种聚丙烯阻燃复合材料，按照重量份数计算，包括以下组分：
聚丙烯树脂55～65份、硅灰石15～25份、镁铝水滑石5～10份、磷钼酸1～3份、改性纳米氧化锌3～6份、硅橡胶5～10份、钛酸酯偶联剂1～3份、增韧剂5～10份、抗氧剂0.2～0.8份及聚乙烯蜡0.5～1.5份。
优选地，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯或均聚聚丙烯中的一种或两种。
优选地，所述改性纳米氧化锌为硅烷偶联剂改性纳米氧化锌。
优选地，所述钛酸酯偶联剂为异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯或者三异硬酯酸钛酸异丙酯。
优选地，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-α-烯烃聚合物或乙烯-丙烯-二烯共聚物中的一种或一种以上。
优选地，所述抗氧剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯与硫代二丙酸双十八醇酯中的一种或多种。
本发明的另一个目的是提供一种聚丙烯阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：
1)先将硅灰石、硅橡胶、钛酸酯偶联剂、占总质量30～40％的聚丙烯树脂及占总质量10～20％的增韧剂混合均匀，用密炼机出机制备母粒；
2)将步骤1)得到的母粒与镁铝水滑石、磷钼酸、改性纳米氧化锌、抗氧剂、聚乙烯蜡、余下增韧剂及余下聚丙烯树脂混合，经双螺杆挤出机中在210～240℃熔融混合分散，挤出造粒，即可。
本发明的有益效果：
1)本发明通过选用硅橡胶、钛酸酯偶联剂与改性纳米氧化锌能够从根本上改变矿粉增强聚丙烯组合物表面的极性，大大改善了硅灰石增强聚丙烯阻燃复合材料的疏水性能，并且提高该复合材料的抗菌防霉性，使得其具有很高的自洁净性，大幅度拓宽了其应用领域。
2)本发明引入改性氧化锌来改善聚丙烯阻燃复合材料的表面极性，同时聚乙烯蜡作为辅助，用降低其表面摩擦系数，使得复合材料具有优异的耐表面刮伤和力学性能。本发明采用镁铝水滑石与磷钼酸作为阻燃剂，提高了阻燃效果，制得的复合材料能够在保证V-0阻燃的同时无需溴系阻燃剂和阻燃协效剂三氧化二锑的参与。
具体实施方式
实施例1
一种聚丙烯阻燃复合材料，按照重量份数计算，包括以下组分：
共聚聚丙烯60份、硅灰石19份、镁铝水滑石7份、磷钼酸2份、硅烷偶联剂改性纳米氧化锌5份、硅橡胶7份、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯2份、乙烯-辛烯共聚物8份、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯0.5份及聚乙烯蜡1份。
制备方法：
1)先将硅灰石、硅橡胶、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、占总质量35％的共聚聚丙烯及占总质量15％的增韧剂混合均匀，用密炼机出机制备母粒；
2)将步骤1)得到的母粒与镁铝水滑石、磷钼酸、硅烷偶联剂改性纳米氧化锌、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯、聚乙烯蜡、余下异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯及余下共聚聚丙烯混合，经双螺杆挤出机中在210～240℃熔融混合分散，挤出造粒，即可。
实施例2
一种聚丙烯阻燃复合材料，按照重量份数计算，包括以下组分：
均聚聚丙烯55份、硅灰石15份、镁铝水滑石10份、磷钼酸1份、硅烷偶联剂改性纳米氧化锌3份、硅橡胶10份、三异硬酯酸钛酸异丙酯1份、乙烯-α-烯烃聚合物5份、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯0.2份及聚乙烯蜡0.5份。
制备方法：
1)先将硅灰石、硅橡胶、三异硬酯酸钛酸异丙酯、占总质量30％的均聚聚丙烯及占总质量20％的乙烯-α-烯烃聚合物混合均匀，用密炼机出机制备母粒；
2)将步骤1)得到的母粒与镁铝水滑石、磷钼酸、硅烷偶联剂改性纳米氧化锌、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、聚乙烯蜡、余下乙烯-α-烯烃聚合物及余下均聚聚丙烯脂混合，经双螺杆挤出机中在210～240℃熔融混合分散，挤出造粒，即可。
实施例3
一种聚丙烯阻燃复合材料，按照重量份数计算，包括以下组分：
共聚聚丙烯35份、均聚聚丙烯30份、硅灰石25份、镁铝水滑石5份、磷钼酸3份、硅烷偶联剂改性纳米氧化锌6份、硅橡胶5份、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯3份、乙烯-辛烯共聚物10份、硫代二丙酸双十八醇酯0.8份及聚乙烯蜡1.5份。
制备方法：
1)先将硅灰石、硅橡胶、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、占总质量40％的聚丙烯树脂及占总质量10％的乙烯-辛烯共聚物混合均匀，用密炼机出机制备母粒；
2)将步骤1)得到的母粒与镁铝水滑石、磷钼酸、硅烷偶联剂改性纳米氧化锌、硫代二丙酸双十八醇酯、聚乙烯蜡、余下乙烯-辛烯共聚物及余下聚丙烯树脂混合，经双螺杆挤出机中在210～240℃熔融混合分散，挤出造粒，即可。
对比例1
一种聚丙烯阻燃复合材料，按照重量份数计算，包括以下组分：
共聚聚丙烯60份、硅灰石19份、镁铝水滑石7份、磷钼酸2份、硅烷偶联剂改性纳米氧化锌5份、硅橡胶7份、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯2份、乙烯-辛烯共聚物8份、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯0.5份及聚乙烯蜡1份。
与实施例1基本相同，不同之处在于各组分及含量。
对比例2
一种聚丙烯阻燃复合材料，按照重量份数计算，包括以下组分：
共聚聚丙烯60份、硅灰石24份、镁铝水滑石7份、磷钼酸2份、硅橡胶7份、异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯2份、乙烯-辛烯共聚物8份、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯0.5份及聚乙烯蜡1份。
与实施例1基本相同，不同之处在于各组分及含量。
试验例
将实施例1-3、对比例1-2的聚丙烯阻燃复合材料进行性能测试，疏水性能测试：将样料注塑成100*100*3mm的方板，测试材料与水的接触角(θ角)；抗菌防霉性测试：将样料注塑成100*100*3mm的方板，按照ISO 22196测试材料的抗菌率(％)。拉伸强度测试标准依据ISO 527-2，测试条件：温度23℃，拉伸速率50mm/min；弯曲强度测试标准依据ISO 178，测试条件：温度23℃，弯曲速率2mm/min，跨距64mm；缺口冲击强度测试标准依据ISO 179-1eA，测试条件：温度23℃；耐磨损刮伤测试标准依据D421775，用色差值来评价，色差值测试标准依据PV 3952，测试条件：10N。表面摩擦系数测试标准依据ISO8295，测试条件：温度23℃，样件厚度为0.5mm。测定结果见表1。
表1
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种聚丙烯阻燃复合材料，其特征在于，按照重量份数计算，包括以下组分：
聚丙烯树脂55～65份、硅灰石15～25份、镁铝水滑石5～10份、磷钼酸1～3份、改性纳米氧化锌3～6份、硅橡胶5～10份、钛酸酯偶联剂1～3份、增韧剂5～10份、抗氧剂0.2～0.8份及聚乙烯蜡0.5～1.5份。
2.根据权利要求1所述的聚丙烯阻燃复合材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯或均聚聚丙烯中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的聚丙烯阻燃复合材料，其特征在于，所述改性纳米氧化锌为硅烷偶联剂改性纳米氧化锌。
4.根据权利要求1所述的聚丙烯阻燃复合材料，其特征在于，所述钛酸酯偶联剂为异丙基三(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯或者三异硬酯酸钛酸异丙酯。
5.根据权利要求1所述的聚丙烯阻燃复合材料，其特征在于，所述增韧剂为乙烯-辛烯共聚物、乙烯-α-烯烃聚合物或乙烯-丙烯-二烯共聚物中的一种或一种以上。
6.根据权利要求1所述的聚丙烯阻燃复合材料，其特征在于，所述抗氧剂选自四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯、亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯与硫代二丙酸双十八醇酯中的一种或多种。
7.如权利要求1至6任意一项所述的聚丙烯阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)先将硅灰石、硅橡胶、钛酸酯偶联剂、占总质量30～40％的聚丙烯树脂及占总质量10～20％的增韧剂混合均匀，用密炼机出机制备母粒；
2)将步骤1)得到的母粒与镁铝水滑石、磷钼酸、改性纳米氧化锌、抗氧剂、聚乙烯蜡、余下增韧剂及余下聚丙烯树脂混合，经双螺杆挤出机中在210～240℃熔融混合分散，挤出造粒，即可。
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