CN109354865A - 一种高阻燃高耐磨塑料粒子及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于塑料粒子技术领域，尤其是一种高阻燃高耐磨塑料粒子及其制备方法，解决了现有技术中阻燃剂添加量大，造成塑料粒子力学性能和耐磨性能降低，阻燃剂阻燃效果不佳，易造成制品表面污染、存在环保隐患的问题，所述高阻燃高耐磨塑料粒子，包括以下原料：尼龙、聚醚醚酮、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维、聚磷酸铵、阻燃补强剂、十八烯酸丁酯、硅烷偶联剂、抗氧剂。本发明制备的高阻燃高耐磨塑料粒子性能稳定均一，具有优异的韧性、耐磨性、抗氧化性和阻燃性，其耐磨系数低，且在较高的耐磨性前提下，其0.5mm厚度的测试样条能通过UL‑94 V‑0级，能综合性能优异。

Description

一种高阻燃高耐磨塑料粒子及其制备方法

技术领域

本发明涉及塑料粒子技术领域，尤其涉及一种高阻燃高耐磨塑料粒子及其制备方法。

背景技术

高分子材料是以高分子化合物为基础的材料，包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、粘合剂和涂料等。其中，被称为现代高分子三大合成材料的塑料、合成纤维和合成橡胶已经成为国民经济建设与人民日常生活所必不可少的重要材料。聚酰胺俗称尼龙，它是分子中具有-CONH 结构的缩聚型高分子化合物，它通常由二元酸和二元胺经缩聚而得。PA广泛用来代替铜及其他等优点，有色金属制作机械、化工、电器零件，如柴油发动机燃油泵齿轮、水泵、高压密封圈、输油管等，是目前工业中应用广泛的一种工程塑料。PA具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐油、耐化学药品性、尺寸稳定性和自润滑性，且摩擦系数低，成本适中，易于加工。但尼龙普遍具有阻燃性差的特点，现有技术中，多选择添加阻燃剂来提高尼龙的阻燃性能，阻燃剂的添加虽能将阻燃性能提高，但会降低其力学性能和耐磨性能，因此影响了其在航空航天、轨道交通、 新能源、汽车等特殊环境下的应用；且现有的尼龙用阻燃剂多存在阻燃效果不佳，用量大，易造成制品表面污染、存在环保隐患等问题。基于上述陈述，本发明提出了一种高阻燃高耐磨塑料粒子及其制备方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中阻燃剂添加量大，造成塑料粒子力学性能和耐磨性能降低，阻燃剂阻燃效果不佳，易造成制品表面污染、存在环保隐患的问题，而提出的一种高阻燃高耐磨塑料粒子及其制备方法。

一种高阻燃高耐磨塑料粒子，包括以下重量份的原料：尼龙50～70份、聚醚醚酮30～40份、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维18～25份、聚磷酸铵1～2份、阻燃补强剂2～10份、十八烯酸丁酯3～8份、硅烷偶联剂1～3份、抗氧剂1～3份；

所述阻燃补强剂由以下方法制得：

S1、按所述重量份准备原料：二氧化锡8～15份、30%氢氧化钠溶液30～40份、过氧化氢20～40份、棕榈酸异辛酯1～3份、氟化硅油5～10份、钴粉2～5份；

S2、将30%氢氧化钠溶液加入到反应釜中，升温至128～145℃后加入二氧化锡和钴粉，搅拌混合均匀后保温反应1～2h，然后降温至88～108℃，加入过氧化氢继续保温反应2～4h，得混合物I；

S3、将氟化硅油加入到步骤S2的混合物I中，搅拌混合10～20min后，加入棕榈酸异辛酯继续搅拌混合10～20min，然后静置过滤，滤液以真空度为0.01～0.05MPa进行减压浓缩后结晶，洗涤，干燥即得阻燃补强剂。

优选的，所述高阻燃高耐磨塑料粒子，包括以下重量份的原料：尼龙55～65份、聚醚醚酮32～38份、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维20～24份、聚磷酸铵1.2～1.8份、阻燃补强剂2.4～9份、十八烯酸丁酯4～7份、硅烷偶联剂1.5～2.5份、抗氧剂1.5～2.5份。

优选的，所述聚磷酸铵和阻燃补强剂的质量比为1:2～5。

优选的，所述高阻燃高耐磨塑料粒子，包括以下重量份的原料：尼龙60份、聚醚醚酮35份、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维22份、聚磷酸铵1.5份、阻燃补强剂6份、十八烯酸丁酯5份、硅烷偶联剂2份、抗氧剂2份。

优选的，所述硅烷偶联剂为质量比为1～3:1～3的异丁基三乙氧基硅和聚甲基三乙氧基硅烷的复配剂。

本发明还提出了一种高阻燃高耐磨塑料粒子的制备方法，包括以下步骤：

S1、按所述重量份称取尼龙、聚醚醚酮、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维、聚磷酸铵、阻燃补强剂、十八烯酸丁酯、硅烷偶联剂、抗氧剂；

S2、将聚磷酸铵和阻燃补强剂共同加入到十八烯酸丁酯中，充分研磨20～40min后与硅烷偶联剂共同加入到超声仪中，于70～90℃下处理5～10min得阻燃复配剂；

S3、将尼龙、聚醚醚酮共同加入到高速混合器中，于120～150℃下，预混合8～15min后，降温至100～120℃，加入聚苯撑吡啶并二咪唑纤维、阻燃复配剂和抗氧剂，以800～1000r/min的转速，保温搅拌20～40min，得混合物A；

S4、将混合物A于122～140℃的温度下，通过挤出机挤出造粒，即得高阻燃高耐磨塑料粒子。

本发明提出的一种高阻燃高耐磨塑料粒子，具有以下有益效果：

1、本发明在十八烯酸丁酯的作用下将聚磷酸铵和阻燃补强剂进行研磨混合，然后加硅烷偶联剂进行超声处理得阻燃复配剂，将尼龙和聚醚醚酮初混后，加聚苯撑吡啶并二咪唑纤维、阻燃复配剂和抗氧剂混合均匀后，挤出造粒即得高阻燃高耐磨塑料粒子。本发明制备的高阻燃高耐磨塑料粒子性能稳定均一，具有优异的韧性、耐磨性、抗氧化性和阻燃性，其耐磨系数低至0.03，采用CS-17轮进行耐磨性试验可知，经CS-17轮摩擦1000转，磨损量低至0.15mg/Kg，且在较高的耐磨性前提下，其0.5mm厚度的测试样条能通过UL-94 V-0级，能综合性能优异。

2、本发明将二氧化锡和钴粉共同加入到热的氢氧化钠中，反应后加过氧化氢继续反应，然后加入氟化硅油初混，再加棕榈酸异辛酯混合均匀后过滤、浓缩、洗涤、干燥得阻燃补强剂。本发明采用聚磷酸铵和阻燃补强剂进行协效复配，所得阻燃复配剂具有高的反应活性和结合能力，其能够较好的与塑料粒子中的主、辅料进行结合，增加塑料粒子的阻燃性，依靠聚磷酸铵加热成酸与阻燃补强剂反应，使塑料粒子表面硅层增加，阻止燃烧进行，研究实验证明，向塑料粒子中复配添加两者时，可以显著提高塑料粒子的阻燃性能，且阻燃复配剂的添加不会影响塑料粒子的力学性能，所得塑料粒子具有高的耐磨性能。

3、本发明配方科学、配比严谨，所得塑料粒子安全环保，无腐蚀性，解决了现有技术中阻燃剂添加量大，造成塑料粒子力学性能和耐磨性能降低，阻燃剂阻燃效果不佳，易造成制品表面污染、存在环保隐患的问题，其制备方法简单，制备条件温和，易于工业化生产，可得广泛应用。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步解说。

实施例一

本发明提出的一种高阻燃高耐磨塑料粒子，包括以下重量份的原料：尼龙50份、聚醚醚酮30份、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维18份、聚磷酸铵1份、阻燃补强剂2份、十八烯酸丁酯3份、硅烷偶联剂1份、抗氧剂1份；

所述硅烷偶联剂为质量比为1:3的异丁基三乙氧基硅和聚甲基三乙氧基硅烷的复配剂；

所述阻燃补强剂由以下方法制得：

S1、按所述重量份准备原料：二氧化锡8份、30%氢氧化钠溶液30份、过氧化氢20份、棕榈酸异辛酯1份、氟化硅油5份、钴粉2份；

S2、将30%氢氧化钠溶液加入到反应釜中，升温至128℃后加入二氧化锡和钴粉，搅拌混合均匀后保温反应1h，然后降温至88℃，加入过氧化氢继续保温反应2h，得混合物I；

S3、将氟化硅油加入到步骤S2的混合物I中，搅拌混合10min后，加入棕榈酸异辛酯继续搅拌混合10min，然后静置过滤，滤液以真空度为0.01MPa进行减压浓缩后结晶，洗涤，干燥即得阻燃补强剂。

本发明还提出了一种高阻燃高耐磨塑料粒子的制备方法，包括以下步骤：

S1、按所述重量份称取原料：尼龙50份、聚醚醚酮30份、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维18份、聚磷酸铵1份、阻燃补强剂2份、十八烯酸丁酯3份、硅烷偶联剂1份、抗氧剂1份；

S2、将聚磷酸铵和阻燃补强剂共同加入到十八烯酸丁酯中，充分研磨20min后与硅烷偶联剂共同加入到超声仪中，于70℃下处理5min得阻燃复配剂；

S3、将尼龙、聚醚醚酮共同加入到高速混合器中，于120℃下，预混合8min后，降温至100℃，加入聚苯撑吡啶并二咪唑纤维、阻燃复配剂和抗氧剂，以800r/min的转速，保温搅拌20min，得混合物A；

S4、将混合物A于122℃的温度下，通过挤出机挤出造粒，即得高阻燃高耐磨塑料粒子。

实施例二

本发明提出的一种高阻燃高耐磨塑料粒子，包括以下重量份的原料：尼龙60份、聚醚醚酮35份、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维22份、聚磷酸铵1.5份、阻燃补强剂6份、十八烯酸丁酯5份、硅烷偶联剂2份、抗氧剂2份；

所述硅烷偶联剂为质量比为1:1的异丁基三乙氧基硅和聚甲基三乙氧基硅烷的复配剂；

所述阻燃补强剂由以下方法制得：

S1、按所述重量份准备原料：二氧化锡12份、30%氢氧化钠溶液35份、过氧化氢30份、棕榈酸异辛酯2份、氟化硅油8份、钴粉3.5份；

S2、将30%氢氧化钠溶液加入到反应釜中，升温至136℃后加入二氧化锡和钴粉，搅拌混合均匀后保温反应1.5h，然后降温至98℃，加入过氧化氢继续保温反应3h，得混合物I；

S3、将氟化硅油加入到步骤S2的混合物I中，搅拌混合15min后，加入棕榈酸异辛酯继续搅拌混合15min，然后静置过滤，滤液以真空度为0.03MPa进行减压浓缩后结晶，洗涤，干燥即得阻燃补强剂。

本发明还提出了一种高阻燃高耐磨塑料粒子的制备方法，包括以下步骤：

S1、按所述重量份称取原料：尼龙60份、聚醚醚酮35份、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维22份、聚磷酸铵1.5份、阻燃补强剂6份、十八烯酸丁酯5份、硅烷偶联剂2份、抗氧剂2份；

S2、将聚磷酸铵和阻燃补强剂共同加入到十八烯酸丁酯中，充分研磨30min后与硅烷偶联剂共同加入到超声仪中，于80℃下处理8min得阻燃复配剂；

S3、将尼龙、聚醚醚酮共同加入到高速混合器中，于135℃下，预混合12min后，降温至110℃，加入聚苯撑吡啶并二咪唑纤维、阻燃复配剂和抗氧剂，以900r/min的转速，保温搅拌30min，得混合物A；

S4、将混合物A于130℃的温度下，通过挤出机挤出造粒，即得高阻燃高耐磨塑料粒子。

实施例三

本发明提出的一种高阻燃高耐磨塑料粒子，包括以下重量份的原料：尼龙70份、聚醚醚酮40份、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维25份、聚磷酸铵2份、阻燃补强剂10份、十八烯酸丁酯8份、硅烷偶联剂3份、抗氧剂3份；

所述硅烷偶联剂为质量比为3:1的异丁基三乙氧基硅和聚甲基三乙氧基硅烷的复配剂；

所述阻燃补强剂由以下方法制得：

S1、按所述重量份准备原料：二氧化锡15份、30%氢氧化钠溶液40份、过氧化氢40份、棕榈酸异辛酯3份、氟化硅油10份、钴粉5份；

S2、将30%氢氧化钠溶液加入到反应釜中，升温至145℃后加入二氧化锡和钴粉，搅拌混合均匀后保温反应2h，然后降温至108℃，加入过氧化氢继续保温反应4h，得混合物I；

S3、将氟化硅油加入到步骤S2的混合物I中，搅拌混合20min后，加入棕榈酸异辛酯继续搅拌混合20min，然后静置过滤，滤液以真空度为0.05MPa进行减压浓缩后结晶，洗涤，干燥即得阻燃补强剂。

本发明还提出了一种高阻燃高耐磨塑料粒子的制备方法，包括以下步骤：

S1、按所述重量份称取原料：尼龙70份、聚醚醚酮40份、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维25份、聚磷酸铵2份、阻燃补强剂10份、十八烯酸丁酯8份、硅烷偶联剂3份、抗氧剂3份；

S2、将聚磷酸铵和阻燃补强剂共同加入到十八烯酸丁酯中，充分研磨40min后与硅烷偶联剂共同加入到超声仪中，于90℃下处理10min得阻燃复配剂；

S3、将尼龙、聚醚醚酮共同加入到高速混合器中，于150℃下，预混合15min后，降温至120℃，加入聚苯撑吡啶并二咪唑纤维、阻燃复配剂和抗氧剂，以1000r/min的转速，保温搅拌40min，得混合物A；

S4、将混合物A于140℃的温度下，通过挤出机挤出造粒，即得高阻燃高耐磨塑料粒子。

对比例一：将阻燃补强剂替换为锡酸钠，其余部分同实施例一。

对比例二：按如下方法制备对比例二，其中硅烷偶联剂和阻燃增强剂同实施例一；

S1、按所述重量份称取原料：尼龙50～70份、聚醚醚酮30～40份、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维18～25份、聚磷酸铵1～2份、阻燃补强剂2～10份、十八烯酸丁酯3～8份、硅烷偶联剂1～3份、抗氧剂1～3份；

S2、将尼龙、聚醚醚酮共同加入到高速混合器中，于120～150℃下，预混合8～15min后，降温至100～120℃，加入聚苯撑吡啶并二咪唑纤维、聚磷酸铵、阻燃补强剂、十八烯酸丁酯、硅烷偶联剂和抗氧剂，以800～1000r/min的转速，保温搅拌20～40min，得混合物A；

S3、将混合物A于122～140℃的温度下，通过挤出机挤出造粒，即得高阻燃高耐磨塑料粒子。

分别测试实施例一～三以及对比例一、二中制备的塑料粒子的阻燃性能和耐磨性能，得出如下结果：

表1：

	实施例一	实施例二	实施例三	对比例一	对比例二
						耐磨系数（45号淬火钢/无润滑）	0.04	0.03	0.05	0.26	0.31
磨损量/mg	0.32	0.15	0.28	2.58	3.05
						阻燃性（0.5mm）	V-0	V-0	V-0	V-1	V-1

表中：磨损量指用CS-17轮每Kg/1000转磨损的量。

由表1可知：本发明实施例一～三中制备的塑料粒子的阻燃性能和耐磨性能远远优于对比例一、二中制备的塑料粒子；尤其实施例二耐磨系数低至0.03，磨损量低至0.15mg/Kg/1000转，阻燃等级0.5mm达V-0级。

按上述实施例一所述步骤，在原料总重量份不变及其他各原料用量不变的情况下，分别制备单独添加聚磷酸铵的塑料粒子；单独添加阻燃补强剂的塑料粒子；以及共同添加聚磷酸铵和阻燃补强剂的塑料粒子；然后分别测试上述塑料粒子的阻燃性能和耐磨性能，得出如下结果：

表2：

由表2可知：单独添加聚磷酸铵或阻燃补强剂的塑料粒子，其阻燃性和耐磨性差，综合性能不理想；

当复配添加聚磷酸铵和阻燃补强剂，且聚磷酸铵和阻燃补强剂的质量比大于1:1或小于1:10时，所制备的塑料粒子其阻燃性和耐磨性与单独添加聚磷酸铵或阻燃补强剂的塑料粒子性能相近，综合性能不理想；

当复配添加聚磷酸铵和阻燃补强剂，且聚磷酸铵和阻燃补强剂的质量比为1:1～10时，所制备的塑料粒子其阻燃性和耐磨性得到了一定的提高，尤其在聚磷酸铵和阻燃补强剂的质量比为1:2～5时，所制备的塑料粒子阻燃性和耐磨性得到了显著的提高，优选的，当聚磷酸铵和阻燃补强剂的质量比为1:4时，其阻燃等级0.5mm达V-0级，耐磨系数低至0.03，磨损量低至0.15mg/Kg/1000转，综合性能最佳。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种高阻燃高耐磨塑料粒子，其特征在于，包括以下重量份的原料：尼龙50～70份、聚醚醚酮30～40份、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维18～25份、聚磷酸铵1～2份、阻燃补强剂2～10份、十八烯酸丁酯3～8份、硅烷偶联剂1～3份、抗氧剂1～3份；

所述阻燃补强剂由以下方法制得：

S1、按所述重量份准备原料：二氧化锡8～15份、30%氢氧化钠溶液30～40份、过氧化氢20～40份、棕榈酸异辛酯1～3份、氟化硅油5～10份、股份2～5份；

S2、将30%氢氧化钠溶液加入到反应釜中，升温至128～145℃后加入二氧化锡和钴粉，搅拌混合均匀后保温反应1～2h，然后降温至88～108℃，加入过氧化氢继续保温反应2～4h，得混合物I；

S3、将氟化硅油加入到步骤S2的混合物I中，搅拌混合10～20min后，加入棕榈酸异辛酯继续搅拌混合10～20min，然后静置过滤，滤液以真空度为0.01～0.05MPa进行减压浓缩后结晶，洗涤，干燥即得阻燃补强剂。

2.根据权利要求1所述的一种高阻燃高耐磨塑料粒子，其特征在于，包括以下重量份的原料：尼龙55～65份、聚醚醚酮32～38份、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维20～24份、聚磷酸铵1.2～1.8份、阻燃补强剂2.4～9份、十八烯酸丁酯4～7份、硅烷偶联剂1.5～2.5份、抗氧剂1.5～2.5份。

3.根据权利要求1或2所述的一种高阻燃高耐磨塑料粒子，其特征在于，所述聚磷酸铵和阻燃补强剂的质量比为1:2～5。

4.根据权利要求1或2所述的一种高阻燃高耐磨塑料粒子，其特征在于，包括以下重量份的原料：尼龙60份、聚醚醚酮35份、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维22份、聚磷酸铵1.5份、阻燃补强剂6份、十八烯酸丁酯5份、硅烷偶联剂2份、抗氧剂2份。

5.根据权利要求1或2所述的一种高阻燃高耐磨塑料粒子，其特征在于，所述硅烷偶联剂为质量比为1～3:1～3的异丁基三乙氧基硅和聚甲基三乙氧基硅烷的复配剂。

6.根据权利要求1-5任一项所述的高阻燃高耐磨塑料粒子的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、按所述重量份称取尼龙、聚醚醚酮、聚苯撑吡啶并二咪唑纤维、聚磷酸铵、阻燃补强剂、十八烯酸丁酯、硅烷偶联剂、抗氧剂；

S2、将聚磷酸铵和阻燃补强剂共同加入到十八烯酸丁酯中，充分研磨20～40min后与硅烷偶联剂共同加入到超声仪中，于70～90℃下处理5～10min得阻燃复配剂；

S3、将尼龙、聚醚醚酮共同加入到高速混合器中，于120～150℃下，预混合8～15min后，降温至100～120℃，加入聚苯撑吡啶并二咪唑纤维、阻燃复配剂和抗氧剂，以800～1000r/min的转速，保温搅拌20～40min，得混合物A；

S4、将混合物A于122～140℃的温度下，通过挤出机挤出造粒，即得高阻燃高耐磨塑料粒子。