CN109575190A - 一种具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物及其制备方法 - Google Patents

一种具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物及其制备方法；所述的接枝共聚物为聚乙烯、马来酸酐、有机磷系化合物三者的接枝共聚物，聚乙烯82％～98wt％，马来酸酐0.5％～6wt％，有机磷系化合物0.5％～8wt％，引发剂0.01％～2wt％，抗氧剂0％～1wt％，润滑剂0％～1wt％。本发明具有如下的有益效果：含马来酸酐官能团，为乙烯类基体聚合物与无机矿物、无机阻燃剂和玻纤等极性物质之间提供了优良的偶联效果；同时体系中的有机磷类化合物具有协同阻燃与增塑的双重功能，不影响材料的加工性能和力学性能，加工简单，符合现在绿色环保的发展趋势。

Description

一种具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物及 其制备方法
技术领域
本发明涉及一种具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
聚乙烯作为热塑性塑料，具有优良的电绝缘性、耐低温性、质轻、无毒、易加工成型和优异的力学性能等特点，被广泛地应用于电线电缆绝缘材料、薄膜、管材和日用品等领域。
随着塑料工业的发展人们对塑料制品的各种性能的要求也越来越高，在很多领域需要塑料制品具有一定的阻燃效果，比如绝缘电缆料和一些室内建筑材料等。阻燃剂按阻燃方式分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂，目前聚乙烯阻燃主要以添加型阻燃剂为主。要想达到理想的阻燃效果，需要添加大量的阻燃剂，但大量阻燃剂的添加会导致与基体树脂间的相容性变差，进而使得材料力学性能严重下降。其中，卤系阻燃剂虽然阻燃效率会高一些，但是燃烧会释放大量的有毒气体和浓烟，对人和环境会造成二次伤害和污染。有机磷系阻燃剂不仅具有良好的热稳定性和环保的特点，而且在提高聚烯烃阻燃性的同时，不影响材料的加工性能和力学性能。有机磷系阻燃剂的种类和用法有很多，可以作为添加剂直接加入到聚烯烃中，也可以用有机磷试剂对填料进行阻燃改性，从而提高聚烯烃的阻燃性减少填料的用量，也可以通过化学反应将磷元素加到树脂的主链或侧链上达到本质阻燃的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物及其制备方法。其有益效果在于，此共聚物兼具阻燃和增塑的双重作用，可以为该类聚合物与无机矿物、无机阻燃剂、玻纤和金属等极性物质之间提供了优良的偶联效果，具有一定的协同阻燃效果，提高阻燃效率，大大降低了对基体材料力学性能的不良影响。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物，所述的接枝共聚物为聚乙烯、马来酸酐、有机磷系化合物三者的接枝物，所述接枝共聚物包括以下质量百分含量的各组分：
优选地，所述接枝共聚物包括以下质量百分含量的各组分：
所述MAH添加量0.5％～3wt％，因为MAH含量过高会导致粒子变黄，含量太低则会影响其性能。
所述引发剂添加量优选0.1％～0.5wt％，引发剂量过多会造成产品过度地交联，过少则会影响接枝率。
优选地，所述的有机磷系化合物选自三乙基-4-磷化物、乙烯基膦酸二甲酯、乙烯基膦酸二乙酯、三甲基膦、三甲基氧膦、三(三甲基硅烷)磷酸酯、乙烯基磷酸酯中的一种或几种。
更优选地，所述的有机磷系化合物为三乙基-4-磷化物、乙烯基磷酸二甲酯、乙烯基磷酸二乙酯中的一种或几种。
最优选地，所述的有机磷系化合物为三乙基-4-磷化物、乙烯基磷酸二甲酯、乙烯基磷酸二乙酯的复配物。
优选地，所述引发剂选自过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷、过氧化苯甲酰、过氧化叔丁基二碳酸酯、叔丁基过氧化氢中的一种或几种。
更优选地，所述引发剂选自过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷的复配物，优选复配比例为1:1-3。
优选地，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、PL-10、抗氧剂1098中的一种或几种。
优选地，所述润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸钙、白油、乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、微晶石蜡中的一种或几种。
本发明还提供了一种具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物的制备方法，包括以下步骤：
步骤A、将聚乙烯、部分引发剂、抗氧剂和润滑剂，加入到低速搅拌混料机中充分混合；
步骤B、将步骤A得到的混合物由主喂料口加入到双螺杆挤出机，有机磷系化合物则由液体泵系统注入挤出机；然后将马来酸酐和剩余引发剂通过侧喂料加入挤出机，熔融挤出、造粒。
优选地，所述挤出机的加工温度为100℃～200℃，主机转速180～400rpm，作为反应型挤出机的长径比大于48。
本发明提出的一种具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物，聚乙烯侧链上接枝有有机磷化合物，这就赋予了材料一定的阻燃和增塑的双重作用；同时还接枝有马来酸酐官能团，这就为乙烯类基体聚合物与无机矿物、无机阻燃剂、玻纤和金属等极性物质之间提供了优良的偶联效果，也能够与含-NH2，-OH等基团的聚合物产生很好的反应，达到不同聚合物间相容化目的。使用此接枝共聚物可以在一定程度上减少阻燃剂的用量，并能达到较好的阻燃效果。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.聚乙烯分子链上接枝有有机磷化合物，赋予了材料阻燃和增塑的双重作用。
2.聚乙烯分子链上接枝有马来酸酐官能团，为乙烯类基体聚合物与无机矿物、无机阻燃剂、玻纤和金属等极性物质之间提供了优良的偶联效果，也能够与含-NH2，-OH等基团的聚合物产生很好的反应，达到不同聚合物间相容化目的。
3.此接枝共聚物具有协同阻燃效果，使用少量阻燃剂就可以达到较好的阻燃效果。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
以下实施例提供了一种具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物，所述的接枝共聚物为聚乙烯、马来酸酐、有机磷系化合物三者的接枝物，所述接枝共聚物包括以下质量百分含量的各组分：
所述的有机磷系化合物选自三乙基-4-磷化物、乙烯基膦酸二甲酯、乙烯基膦酸二乙酯、三甲基膦、三甲基氧膦、三(三甲基硅烷)磷酸酯、乙烯基磷酸酯中的一种或几种。
所述引发剂选自过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷、过氧化苯甲酰、过氧化叔丁基二碳酸酯、叔丁基过氧化氢中的一种或几种。
所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、PL-10、抗氧剂1098中的一种或几种。
所述润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸钙、白油、乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、微晶石蜡中的一种或几种。
所述具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物的制备方法，包括以下步骤：
步骤A、将聚乙烯、部分引发剂、抗氧剂和润滑剂，加入到低速搅拌混料机中充分混合；
步骤B、将步骤A得到的混合物由主喂料口加入到双螺杆挤出机，有机磷系化合物则由液体泵系统注入挤出机；然后将马来酸酐和剩余引发剂通过侧喂料加入挤出机，熔融挤出、造粒。
所述挤出机的加工温度为100℃～200℃，主机转速180～400rpm，作为反应型挤出机的长径比大于48。
实施例1
按重量份数称取以下组分：PE 91.2份，马来酸酐3份，三乙基-4-磷化物5份，过氧化二异丙苯0.5份，抗氧剂1010和抗氧剂168共0.2份，润滑剂0.1份。将聚乙烯、0.3份过氧化二异丙苯、抗氧剂和润滑剂加入到低速搅拌混料机中，共混10分钟，使其充分混合，然后通过主喂料口加入到双螺杆挤出机中；三乙基-4-磷化物通过液体泵注入挤出机；剩余的过氧化二异丙苯，马来酸酐充分混合后由侧喂料加入挤出机。挤出机各区温度设置为100℃、120℃、150℃、170℃、175℃、180℃、180℃、180℃、180℃、175℃、175℃、170℃，挤出机长径比为48，主机转速260rpm，混合物料经熔融塑化、捏合混炼、机头挤出、水冷、鼓风干燥、切粒，得到产品A。
实施例2
按重量份数称取以下组分：PE 94.4份，马来酸酐2份，三乙基-4-磷化物3份，过氧化二异丙苯0.3份，抗氧剂1076和抗氧剂168共0.2份，润滑剂0.1份。将聚乙烯、0.2份过氧化二异丙苯、抗氧剂和润滑剂加入到低速搅拌混料机中，共混10分钟，使其充分混合，然后通过主喂料口加入到双螺杆挤出机中；三乙基-4-磷化物通过液体泵注入挤出机；剩余的过氧化二异丙苯，马来酸酐充分混合后由侧喂料加入挤出机。挤出机各区温度设置为100℃、120℃、150℃、170℃、180℃、185℃、185℃、185℃、185℃、180℃、180℃、170℃，挤出机长径比为48，主机转速260rpm，混合物料经熔融塑化、捏合混炼、机头挤出、水冷、鼓风干燥、切粒，得到产品B。
实施例3
按重量份数称取以下组分：PE 97份，马来酸酐1份，乙烯基膦酸二乙酯1.5份，2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷0.1份，抗氧剂1010和抗氧剂168共0.2份，润滑剂0.1份。将聚乙烯、0.1份2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷、抗氧剂和润滑剂加入到低速搅拌混料机中，共混10分钟，使其充分混合，然后通过主喂料口加入到双螺杆挤出机中；乙烯基膦酸二乙酯通过液体泵注入挤出机；剩余的2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷，马来酸酐充分混合后由侧喂料加入挤出机。挤出机各区温度设置为100℃、120℃、150℃、170℃、180℃、185℃、185℃、185℃、185℃、180℃、180℃、170℃，挤出机长径比为48，主机转速260rpm，混合物料经熔融塑化、捏合混炼、机头挤出、水冷、鼓风干燥、切粒，得到产品C。
实施例4
按重量份数称取以下组分：PE 96.9份，马来酸酐0.5份，乙烯基膦酸二乙酯2份，2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷0.3份，抗氧剂1010和抗氧剂168共0.2份，润滑剂0.1份。将聚乙烯、0.2份2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷、抗氧剂和润滑剂加入到低速搅拌混料机中，共混10分钟，使其充分混合，然后通过主喂料口加入到双螺杆挤出机中；乙烯基膦酸二乙酯通过液体泵注入挤出机；剩余的2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷，马来酸酐充分混合后由侧喂料加入挤出机。挤出机各区温度设置为100℃、120℃、150℃、170℃、180℃、185℃、185℃、185℃、185℃、180℃、180℃、170℃，挤出机长径比为48，主机转速260rpm，混合物料经熔融塑化、捏合混炼、机头挤出、水冷、鼓风干燥、切粒，得到产品D。
实施例5
本实施例的制备方法与实施例2基本相同，不同之处仅在于：本实施例中，按重量份数称取以下组分：PE 94.4份，马来酸酐2份，三乙基-4-磷化物2份，乙烯基磷酸二甲酯1份，过氧化二异丙苯0.3份，抗氧剂1076和抗氧剂168共0.2份，润滑剂0.1份。制得的接枝共聚物为产品B1。
实施例6
本实施例的制备方法与实施例2基本相同，不同之处仅在于：本实施例中，按重量份数称取以下组分：PE 94.4份，马来酸酐2份，三乙基-4-磷化物1份，乙烯基磷酸二甲酯1份，乙烯基磷酸二乙酯1份，过氧化二异丙苯0.3份，抗氧剂1076和抗氧剂168共0.2份，润滑剂0.1份。制得的接枝共聚物为产品B2。
实施例7
本实施例的制备方法与实施例2基本相同，不同之处仅在于：本实施例中，按重量份数称取以下组分：PE 94.4份，马来酸酐2份，三乙基-4-磷化物3份，过氧化二异丙苯0.2份，2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷0.1份，抗氧剂1076和抗氧剂168共0.2份，润滑剂0.1份。制得的接枝共聚物为产品B3。
实施例8
本实施例的制备方法与实施例2基本相同，不同之处仅在于：本实施例中，按重量份数称取以下组分：PE 94.4份，马来酸酐2份，三乙基-4-磷化物3份，过氧化二异丙苯0.1份，2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷0.2份，抗氧剂1076和抗氧剂168共0.2份，润滑剂0.1份。制得的接枝共聚物为产品B4。
表1本发明各实施案例所得样品的性能及测试标准
应用实施例和对比例所用到的原料如下：
PE选用中国石油天然气股份有限公司LDPE(DMDA-S008)；三聚氰胺磷酸盐(MP)为美莱珀化工材料科技有限公司生产；季戊四醇为潍坊优博化学品有限公司生产。
将实施例1-8制备的产品A-D添加到PE中制备树脂组合物，如表2所示，制得12个组合物样品。测试结果如表3所示。
表2应用实施例和对比例
原料 1# 2# 3# 4# 5# 6# 7# 8# 9# 10# 11# 12#
LDPE 100 75 65 55 75 65 60 52 65 65 65 65
阻燃剂 0 25 35 45 17 28 35 45 28 28 28 28
产品A 0 0 0 0 8 0 0 0 0 0 0 0
产品B 0 0 0 0 0 7 0 0 0 0 0 0
产品C 0 0 0 0 0 0 5 0 0 0 0 0
产品D 0 0 0 0 0 0 0 3 0 0 0 0
产品B1 0 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0
产品B2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 0 0
产品B3 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7 0
产品B4 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 7
注：阻燃剂为三聚氰胺磷酸盐和季戊四醇的复配阻燃体系
表3测试结果如下表所示
通过表2、表3可以看出，5#与2#、6#与3#相比，聚乙烯量不变，用接枝共聚物A、B分别代替部分阻燃剂，阻燃剂用量减少，阻燃性能有所提高。5#与2#相比，阻燃等级由无阻燃等级提升到UL 94 V-2级；6#与3#相比，阻燃等级由UL 94 V-2级提升到UL 94 V-0级，与此同时，加入接枝共聚物后力学性能也得到了提高。7#与3#、8#与4#相比，阻燃剂量不变，用接枝共聚物C、D分别代替部分聚乙烯，从测试结果可以看出，7#、8#的综合力学性能得到了提高，同时，7#阻燃等级提高到UL 94 V-0级。9-12#与6#相比各部分含量没变，区别在于9-12#配方分别加入7份产品B1、B2、B3、B4，6#配方加入了7份产品B，从测试结果可以看出阻燃等级都达到了UL 94 V-0级，但9-12#的综合性能要优于6#配方。
综上所述，本发明具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物，可以明显改善阻燃聚乙烯材料的相容性，同时可以很大程度上提高其阻燃效率。
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使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，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，本发明不限于上述实施例，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 (8)

1.一种具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物，其特征在于，所述的接枝共聚物为聚乙烯、马来酸酐、有机磷系化合物三者的接枝物，所述接枝共聚物包括以下质量百分含量的各组分：
2.根据权利要求1所述的具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物，其特征在于，所述接枝共聚物包括以下质量百分含量的各组分：
3.根据权利要求1所述的具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物，其特征在于，所述有机磷系化合物选自三已基-4-磷化物、乙烯基膦酸二甲酯、乙烯基膦酸二乙酯、三甲基膦、三甲基氧膦、三(三甲基硅烷)磷酸酯、乙烯基磷酸酯中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物，其特征在于，所述引发剂选自过氧化二异丙苯、2,5-二甲基-2,5-双(叔丁过氧基)-3-己炔、2,5-二甲基-2,5-双(过氧化叔丁基)己烷、过氧化苯甲酰、过氧化叔丁基二碳酸酯、叔丁基过氧化氢中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物，其特征在于，所述抗氧剂选自抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、PL-10、抗氧剂1098中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物，其特征在于，所述润滑剂选自硬脂酸、硬脂酸钙、白油、乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、微晶石蜡中的一种或几种。
7.一种如权利要求1-6任一项所述的具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、将聚乙烯、部分引发剂、抗氧剂和润滑剂，加入到低速搅拌混料机中充分混合；
步骤B、将步骤A得到的混合物由主喂料口加入到双螺杆挤出机，有机磷系化合物则由液体泵系统注入挤出机；然后将马来酸酐和剩余引发剂通过侧喂料加入挤出机，熔融挤出、造粒。
8.根据权利要求7所述的具有协同阻燃效果的含磷聚乙烯马来酸酐接枝共聚物的制备方法，其特征在于，所述挤出机的加工温度为100℃～200℃，主机转速180～400rpm，作为反应型挤出机的长径比大于48。
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