CN109880236A - 一种高极性阻燃聚丙烯组合物、制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种高极性阻燃聚丙烯组合物、制备方法及其应用。本发明提供的高极性阻燃聚丙烯组合物，包括以下重量份的组分：聚丙烯：68‑75份；溴系阻燃体系：18‑25份；极性改性剂：0.5‑5份；抗氧剂0.1‑0.5份、光稳定剂0.15‑0.35份；酸吸收助剂0.3‑1％和加工助剂0.3‑0.5份。本发明制备的高极性阻燃聚丙烯组合物耐热氧老化性能优异，熔体强度高，阻燃效果好，同时和环氧树脂胶水的粘接力强。经过测试，阻燃性能达到UL94 V‑0@2.0mm，同时与环氧树脂胶水粘接力均超过40kgf，特别适用于胶封铅酸蓄电池壳体材料。

Description

一种高极性阻燃聚丙烯组合物、制备方法及其应用
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种高极性阻燃聚丙烯组合物，制备方法及其在胶封铅酸蓄电池壳体中的应用。
背景技术
铅酸蓄电池被广泛应用于启动、启停、牵引、照明、通信等能源系统，其壳体材料主要以ABS树脂基材料和聚丙烯树脂基材料为主。一般情况下，启动、启停车用铅酸蓄电池、部分通信用铅酸蓄电池采用聚丙烯树脂基材料，其它则以ABS树脂基材料居多，也有部分采用AS树脂、PC树脂、PVC树脂及PPE树脂基材料，但占比较少。现有技术中，启动、启停和欧美国家使用的通信蓄电池多选用聚丙烯树脂基材料，其中聚丙烯一般为中、高抗冲注塑级专用料(如国内一些蓄电池外壳生产厂采用AY564、B3001做蓄电池外壳)，其生产成本较高，而且大部分依赖进口，每年耗费大量外汇。由于电池在使用中要经常受到较大的冲击振动，且需要面临每年四季的使用环境温度变化的考验，因而对壳体材料常温和低温冲击性能要求较高；随着产品的升级换代，对蓄电池壳体材料的阻燃性要求越来越高。现有共聚丙烯EPF30R(7％乙烯与PP共聚物)具有较好的加工性能和刚性，但其常温和低温冲击强度较低，同时其阻燃性达不到新标准的要求。
另外，目前铅酸蓄电池盖和槽体之间主要采用胶水焊接和热板焊接，其中采用胶水焊接工艺的铅酸蓄电池壳体材料壁薄，焊接引入的内应力小，成品铅酸蓄电池使用生命周期内壳体不易开裂；而采用热板焊接工艺的铅酸蓄电池壳体材料壁厚，焊接引入的内应力大，成品铅酸蓄电池在使用过程中常发生壳体开裂等质量问题，但热板焊接工艺简单，效率高，成本低廉。而聚丙烯基材料系非极性材料，表面能低，目前主要以热板焊接为主。因此有必要开发出高效阻燃的同时，可有效提高其和胶水粘接力的高极性阻燃聚丙烯组合物是一项必然选择。
现有技术中提出的阻燃聚丙烯组合物虽然具有良好的阻燃性、绝缘性、耐热性及韧性等特点，但不能满足通信铅酸蓄电池采用胶水焊接工艺的阻燃聚丙烯材料。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种阻燃性好、耐热性优、材料韧性良好、具有较高的熔体强度、易于胶水焊接的高极性阻燃聚丙烯组合物。
在本发明的一个技术方案中，提供了一种高极性阻燃聚丙烯组合物，包括以下重量份的组分：
所述的聚丙烯组合物通过环氧树脂胶水焊接的粘接力超过40kgf。
所述聚丙烯是共聚聚丙烯或共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的混合物，所述共聚聚丙烯中第二单体可以是1-丁烯、1-戊烯、1-己烯1-庚烯，第二单体的含量为聚丙烯重量的3～5％；聚丙烯的熔体流动速率为0.3～3g/10min；该聚丙烯树脂种类的选择赋予材料良好的柔韧性。
所述溴系阻燃体系是溴系阻燃剂和三氧化二锑的复配体系。
其中所述溴系阻燃剂选自十溴二苯乙烷、四溴双酚A、双(2，3-二溴丙基)醚、四溴双酚S、双(2,3-二溴丙基)醚或溴代三嗪中的一种或几种。
所述极性改性剂选自苯乙烯马来酰亚胺共聚物、马来酸酐接枝的SEBS、马来酸酐接枝的PP共聚物、马来酸酐接枝的POE共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物等中的一种或多种。
所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与硫代酯的复配物；受阻酚类抗氧剂为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(商品名1010)或β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯(商品名1076)等等；硫代酯为硫代二丙酸二月桂酸酯(DLTDP)、硫代二丙酸双十八酯(商品名DSTDP)等等，抗氧剂的加入起到改善材料耐热老化性能的作用。
所述光稳定剂分子量大于2000，如聚-{[6-[(1，1，3，3，-四甲基丁基)-亚氨基]-1，3，5，-三嗪-2，4-二基][2-(2，2，6，6，-四甲基哌啶基)-次氨基-六亚甲基-[4-(2，2，6，6-四甲基哌啶基)-次氨基]}(商品名UV-944)、聚(1-羟乙基-2，2，6，6，-四甲基-4-羟基哌啶)丁二酸酯(商品名UV-622)等，光稳定剂的加入起到改善材料抗紫外性能的作用。
所述酸吸收助剂选自水滑石、高活性氧化镁、硬脂酸锌、硬脂酸钙、氢氧化镁中的一种或多种，酸吸收剂的加入起到减小阻燃剂对成型设备腐蚀的作用。
所述加工助剂为聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸、聚酰胺蜡等中的一种或多种，润滑剂的加入起到改善加工性能的作用。
在本发明的另一技术方案中，提供了一种高极性阻燃聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
(1)按重量百分比称取原材料；
(2)将所有原材料放入高速混合机中混合1～2分钟；
(3)将混合的原料放入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机的速度为50～100转/分，温度为180～200℃。
在本发明的另一个技术方案中，提供了一种高极性阻燃聚丙烯组合物在制备胶封铅酸蓄电池壳体材料中的应用。进一步地，所述的高极性阻燃聚丙烯组合物应用于环氧树脂胶水焊接的铅酸蓄电池壳体材料。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、本发明使用共聚聚丙烯或者共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的混合物，使材料具有良好的柔韧性；同时以有机溴系阻燃剂为主阻燃剂、以三氧化二锑为辅助阻燃剂，提高阻燃效果，阻燃剂用量少，对材料的韧性影响小；使用受阻酚类抗氧剂与硫代酯作为复配抗氧体系，使材料具有良好的高温热氧老化性能，保证材料在高温下的使用热性能稳定；加入的酸吸收助剂，可以大大减小材料对模具的腐蚀。
2、本发明使用的极性改性剂可有效提高聚丙烯组合物制备的铅酸蓄电池壳体材料与环氧树脂胶水之间的粘接力。
具体实施方式
下面结合一些具体实施方式对本发明高极性阻燃聚丙烯组合物及其制备方法做进一步描述，具体实施例为进一步详细说明本发明，非限定本发明的保护范围。
本发明所述的高极性阻燃聚丙烯组合物按照标准制备样条，并进行下表1中所列出的性能测试。
表1性能测试及其标准
本发明所用到的仪器设备有：
制备高极性阻燃聚丙烯组合物所用的双螺杆挤出机是由南京瑞亚高聚物装备有限公司生产的SHJ-30。
制备高极性阻燃聚丙烯组合物测试样条采用的注塑机是由浙江海天注塑机有限公司生产的B-920型。
测试熔体流动速率用的仪器是美斯特工业系统(中国)有限公司生产的ZR21452熔体流动速率仪。
测试冲击强度用的冲击实验机是美国Tinius Olsenis公司生产的T92型。
测试拉伸强度及粘接力用的万能试验机是Hounsfield公司生产的H10K-S。
测试燃烧性能使用的UL-94垂直燃烧仪是美国ATLAS生产的HVUL-2型
所有本发明提供的实施例中，提供的原材料均可从市面采购获得。
其中，聚丙烯选自中海壳牌EP300M、HP840N；
十溴二苯乙烷选自山东寿光RDT-3K；
八溴醚选自连云港传奇阻燃科技有限公司E-08N；
三氧化二锑选自云南木利锑业的S-05N；
极性改性剂：金发科技KF118，普朗克BONDYRAM 1001CN，
其它添加剂均为市售的通用商品。
实施例1
将750克聚丙烯PP EP300M(中海壳牌)，200克十溴二苯乙烷RDT-3K(山东寿光)，50克三氧化二锑协效阻燃剂S-05N(云南木利锑业)、5g接枝PP型增韧剂KF118(金发科技)，6克活性氢氧化镁(日本进口)、4克光稳定剂(UV-944)、3克抗氧剂(1010)、6克辅助抗氧剂(DLTDP)、6克硬脂酸锌，在高速混合机混合均匀，然后，在转速为50～100转/分钟的双螺杆挤出机于190℃挤出、冷却、切粒制得阻燃组合物。
成型加工的样条性能如下：
测试条件：样条厚度为0.8mm，150℃，换气次数5～20次/小时烘箱，400小时内试样无开裂粉化现象。
对比例1
将755克聚丙烯PP EP300M(中海壳牌)，200克十溴二苯乙烷RDT-3K(山东寿光)，50克三氧化二锑协效阻燃剂S-05N(云南木利锑业)、6克活性氢氧化镁(日本进口)、4克光稳定剂(UV-944)、3克抗氧剂(1010)、6克辅助抗氧剂(DLTDP)、6克硬脂酸锌，在高速混合机混合均匀，然后，在转速为50～100转/分钟的双螺杆挤出机于190℃挤出、冷却、切粒制得阻燃组合物。
成型加工的样条性能如下：
测试条件：样条厚度为0.8mm，150℃，换气次数5～20次/小时烘箱，400小时内试样无开裂粉化现象。
实施例2
将360克聚丙烯PP EP300M(中海壳牌)，390克聚丙烯PPHP840N(中海壳牌)，130克十溴二苯乙烷RDT-3K(山东寿光)，70克八溴醚E-08N(连云港传奇阻燃科技有限公司)，50克三氧化二锑协效阻燃剂S-05N(云南木利锑业)、5g接枝PP型增韧剂BONDYRAM 1001CN(普利朗)，6克活性氢氧化镁(日本进口)、4克光稳定剂(UV-944)、3克抗氧剂(1010)、6克辅助抗氧剂(DLTDP)、6克硬脂酸锌，在高速混合机混合均匀，然后，在转速为50～100转/分钟的双螺杆挤出机于190℃挤出、冷却、切粒制得阻燃组合物。
成型加工的样条性能如下：
测试条件：150℃，换气次数5～20次/小时烘箱，样条厚度为0.8mm：400小时内试样无开裂粉化现象。
实施例3
将360克聚丙烯PP EP300M(中海壳牌)，390克聚丙烯PP HP840N(中海壳牌)，130克十溴二苯乙烷RDT-3K(山东寿光)，70克八溴醚E-08N(连云港传奇阻燃科技有限公司)，50克三氧化二锑协效阻燃剂S-05N(云南木利锑业)、20g接枝PP型增韧剂BONDYRAM 1001CN(普利朗)，6克活性氢氧化镁(日本进口)、4克光稳定剂(UV-944)、3克抗氧剂(1010)、6克辅助抗氧剂(DLTDP)、6克硬脂酸锌，在高速混合机混合均匀，然后，在转速为50～100转/分钟的双螺杆挤出机于190℃挤出、冷却、切粒制得阻燃组合物。成型加工的样条性能如下：
测试条件：150℃，换气次数5～20次/小时烘箱，样条厚度为0.8mm：400小时内试样无开裂粉化现象。

Claims (13)

1.一种高极性阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
所述的聚丙烯组合物与环氧树脂胶水焊接的粘接力超过40kgf。
2.根据权利要求1所述的组合物，其特征在于，所述的聚丙烯为共聚聚丙烯或共聚聚丙烯和均聚聚丙烯的混合物，其熔体流动速率为0.3-3g/10min。
3.根据权利要求2所述的组合物，其特征在于，所述的共聚聚丙烯中第二单体选自1-丁烯、1-戊烯、1-己烯或1-庚烯，第二单体的含量为聚丙烯重量的3-5％。
4.根据权利要求1-3任一项所述的组合物，其特征在于，所述溴系阻燃体系包含溴系阻燃剂和三氧化二锑。
5.根据权利要求4所述的组合物，其特征在于，所述溴系阻燃剂选自十溴二苯乙烷、四溴双酚A、双(2，3-二溴丙基)醚、四溴双酚S、双(2,3-二溴丙基)醚或溴代三嗪中的一种或多种。
6.根据权利要求1-5任一项所述的组合物，其特征在于，所述极性改性剂选自苯乙烯马来酰亚胺共聚物、马来酸酐接枝的SEBS、马来酸酐接枝的PP共聚物、马来酸酐接枝的POE共聚物、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的一种或多种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的组合物，其特征在于，所述的酸吸收助剂选自水滑石、高活性氧化镁、硬脂酸锌、硬脂酸钙、氢氧化镁中的一种或多种。
8.根据权利要求1-7任一项所述的组合物，其特征在于，所述的抗氧剂为受阻酚类与硫代酯类的复配物。
9.根据权利要求1-8任一项所述的组合物，其特征在于，所述的加工助剂选自聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸或聚酰胺蜡中的一种或多种。
10.根据权利要求1-9任一项所述的组合物，其特征在于，所述的光稳定剂分子量大于2000。
11.权利要求1-10任一项所述的高极性阻燃聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按重量百分比称取原材料；
(2)将所有原材料放入高速混合机中混合1～2分钟；
(3)将混合的原料放入双螺杆挤出机中挤出造粒，挤出机的速度为50～100转/分，温度为180～200℃。
12.权利要求1-10任一项所述的高极性阻燃聚丙烯组合物在制备胶封铅酸蓄电池壳体材料中的应用。
13.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，所述的高极性阻燃聚丙烯组合物应用于环氧树脂胶水焊接的铅酸蓄电池壳体材料。
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