CN109957177A - 一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料及其制备方法，涉及高分子工程塑料领域。该复合材料按照重量份数计，包括：聚丙烯60‑80份，无机纳米片层硅土2～25份，硅烷偶联剂0.5～5份，相容剂0.5～2份，膨胀型无卤阻燃剂5～25份，抗氧剂0.5～2份；所述的无机纳米片层硅土的片层展宽为100nm～2000nm。本发明还提供一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料的制备方法。本发明的复合材料具有良好的阻燃效果、并增强聚丙烯基体树脂的力学性能，改善了聚丙烯材料的性能，扩大其应用范围。

Description

一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子工程塑料领域，特别是涉及一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是一种质轻、无毒、无味，电绝缘性好、耐化学腐蚀性强的高分子材料，被广泛的应用于很多行业。但聚丙烯易燃，在燃烧的过程中产生熔滴致使火焰快速传播，给人们带来诸多安全隐患。经大量的研究及实验证明，膨胀型无卤阻燃剂添加于聚丙烯基体中，可大大提高聚丙烯的阻燃等级。膨胀型无卤阻燃剂的添加，无卤、低烟、安全无毒，符合环保要求，且燃烧过程中生成的碳层能有效的防止聚丙烯产生熔滴，是提高聚丙烯阻燃性的有效方法。
但目前市场上多采用卤系阻燃剂和膨胀型阻燃剂以满足材料的阻燃要求，卤系阻燃剂虽成本不高，但其燃烧时会释放大量的腐蚀性有毒气体，不符合环保要求，而膨胀型阻燃剂阻燃性能很好，安全无毒，但其价格昂贵，成本高。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料及其制备方法，该聚丙烯复合材料具有良好的阻燃效果，且能韧性增强聚丙烯。
本发明首先提供一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料，该复合材料按照重量份数计，包括：
聚丙烯60-80份，无机纳米片层硅土2～25份，硅烷偶联剂0.5～5份，相容剂0.5～2份，膨胀型无卤阻燃剂5～25份，抗氧剂0.5～2份；
所述的无机纳米片层硅土的片层展宽为100nm～2000nm。
优选的是，所述的无机纳米片层硅土是将天然的无机硅土经除尘、去杂，然后加入分散剂和去离子水，经高速湿法球磨、喷雾干燥制得的粉体。
优选的是，所述的球磨时间为8-24h，球磨速度为400-800r/min。
优选的是，所述的无机硅土、分散剂和去离子水的质量百分比为80：4：16。
优选的是，所述的硅烷偶联剂为KH560和十六烷基三甲氧基硅烷中的一种或两种。
优选的是，所述的相容剂为SAG和PP-g-MAH中的一种或两种。
优选的是，所述的膨胀型无卤阻燃剂为Exolit AP422、Exolit AP423、ExolitAP462中的一种或两种。
优选的是，所述的抗氧剂为zm-1010。
本发明还提供一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括：
将聚丙烯、无机纳米片层硅土、硅烷偶联剂、相容剂、膨胀型无卤阻燃剂和抗氧剂，经双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，烘干，再经注塑机注塑，得到片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料。
优选的是，所述的双螺杆挤出机中的挤出温度为170℃-190℃，注塑机注塑温度为180-190℃。
本发明的有益效果
本发明提供一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料及其制备方法，该复合材料通过采用天然的无机纳米片层硅土与膨胀型阻燃剂复配，膨胀系阻燃剂一般由3组分构成：酸源、碳源(成炭剂)以及气源，但其阻燃效率较低，阻燃剂添加量一般较高，对复合材料的力学性能有较大的负面影响。为克服以上缺陷，需要在膨胀阻燃体系中引入膨胀阻燃协效剂。纳米阻燃协效剂相比于传统阻燃协效剂往往只需要质量分数低于10％的添加量便可以显著提升阻燃效果并改进其力学性能。无机硅土片层结构可以在聚合物热降解过程中为体系的成炭过程提供骨架支撑作用，有利于体系形成更稳定致密的炭层结构，成炭率明显提高，同时膨胀碳层对聚合物与热源以及氧气起到了的阻隔效果，延缓聚合物材料的进一步燃烧，提高了膨胀阻燃体系的阻燃效果，降低了膨胀型阻燃剂的使用量，保证聚丙烯基体达到阻燃效果、增强聚丙烯基体树脂的力学性能，改善了聚丙烯材料的性能，扩大其应用范围。
具体实施方式
本发明首先提供一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料，该复合材料按照重量份数计，包括：
聚丙烯60-80份，无机纳米片层硅土2～25份，偶联剂0.5～5份，相容剂0.5～2份，膨胀型无卤阻燃剂5～25份，抗氧剂0.5～2份；优选为：聚丙烯75-80份，无机纳米片层硅土5～10份，偶联剂2～3份，相容剂1～2份，膨胀型无卤阻燃剂10～15份，抗氧剂0.5～1份。
所述的无机硅土为片层纳米硅土，片层展宽100nm～1000nm，径厚比2～60。当片层宽度小于100nm时，起不到明显的阻燃效果，当片层宽度大于1000nm时，纳米复合材料的力学性能下降；
所述的无机纳米片层硅土是将天然的无机硅土经除尘、去杂，然后加入分散剂和去离子水，经高速湿法球磨、喷雾干燥制得的粉体。所述的球磨时间优选为8-24h，球磨速度优选为400-800r/min，干燥温度优选为80-150℃，干燥时间优选为4-24h；所述的分散剂优选为JS-V966；所述的无机硅土、分散剂和去离子水的质量百分比优选为80：4：16。
按照本发明，所述的硅烷偶联剂优选为KH560和十六烷基三甲氧基硅烷中的一种或两种；所述的相容剂优选为SAG和PP-g-MAH中的一种或两种；所述的膨胀型无卤阻燃剂优选为Exolit AP422、Exolit AP423、Exolit AP462中的一种或两种，抗氧剂优选为zm-1010。
本发明还提供一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括：
将无机纳米片层硅土、聚丙烯、硅烷偶联剂、相容剂、膨胀型无卤阻燃剂、抗氧剂，将原料经双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，烘干，再经注塑机注塑得到片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料。所述的双螺杆挤出机中的挤出温度优选为170℃-190℃，注塑机注塑温度优选为180-190℃。
下面对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
实施例1
一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下：
天然无机硅土经除尘去杂后，取无机硅土80份，分散剂JS-V966：4份，去离子水16份，经高速湿法研磨12小时，速度为600r/min，研磨至无机片层粉体，在120℃下进行喷雾干燥12h得到无机纳米片层硅土。
上述制备的无机纳米片层硅土(片层展宽为200nm)5份、聚丙烯80份、硅烷偶联剂KH560：2.5份、相容剂SAG：2份、膨胀型无卤阻燃剂Exolit AP422：10份、抗氧剂zm-1010:0.5份，将原料经180℃双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，120℃烘干，再经185℃注塑机注塑，得到片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料。
将实施例1得到的复合材料进行拉伸、弯曲及阻燃性能测试。其拉伸模量为1420MPa，阻燃等级为UL 94V-0级。
实施例2
一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下：
天然无机硅土经除尘去杂后，取无机硅土80份，分散剂JS-V966：4份，去离子水16份，经高速湿法研磨12小时，速度为600r/min，研磨至无机片层粉体，在120℃下进行喷雾干燥12h得到无机纳米片层硅土。
上述制备的无机纳米片层硅土(片层展宽为200nm)10份、聚丙烯75份、硅烷偶联剂KH560：2.5份、相容剂SAG：2份、膨胀型无卤阻燃剂Exolit AP422：10份、抗氧剂zm-1010:0.5份，将原料经180℃双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，120℃烘干，再经185℃注塑机注塑，得到片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料。
将实施例2得到的复合材料进行拉伸、弯曲及阻燃性能测试。其拉伸模量为1900MPa，阻燃等级为UL 94V-0级。
实施例3
一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下：
天然无机硅土经除尘去杂后，取无机硅土80份，分散剂JS-V966：4份，去离子水16份，经高速湿法研磨12小时，速度为400r/min，研磨至无机片层粉体，在120℃下进行喷雾干燥12h得到无机纳米片层硅土。
上述制备的无机纳米硅土粉体(片层展宽为1000nm)5份、聚丙烯80份、硅烷偶联剂KH560：2.5份、相容剂SAG：2份、膨胀型无卤阻燃剂Exolit AP422：10份、抗氧剂zm-1010:0.5份，将原料经180℃双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，120℃烘干，再经185℃注塑机注塑，得到片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料。
将实施例3得到的复合材料进行拉伸、弯曲及阻燃性能测试。其拉伸模量为1655MPa，阻燃等级为UL 94V-0级。
实施例4
一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下：
天然无机硅土经除尘去杂后，取无机硅土80份，分散剂JS-V966：4份，去离子水16份，经高速湿法研磨12小时，速度为400r/min，研磨至无机片层粉体，在120℃下进行喷雾干燥12h得到无机纳米片层硅土。
上述制备的无机纳米硅土粉体(片层展宽为1000nm)10份、聚丙烯75份、硅烷偶联剂KH560：2.5份、相容剂SAG：2份、膨胀型无卤阻燃剂Exolit AP422：10份、抗氧剂zm-1010:0.5份，将原料经180℃双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，120℃烘干，再经185℃注塑机注塑，得到片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料。
将实施例4得到的复合材料进行拉伸、弯曲及阻燃性能测试。其拉伸模量为2060MPa，阻燃等级为UL 94V-0级。
对比例1
将氧化铝纳米粒子(粒径1μm)：10份、聚丙烯75份、硅烷偶联剂KH560：2.5份、相容剂SAG：2份、膨胀型无卤阻燃剂Exolit AP422：10份、抗氧剂zm-1010:0.5份，将原料经180℃双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，120℃烘干，再经185℃注塑机注塑，得到氧化铝纳米粒子增强聚丙烯复合材料。
将对比例1得到的复合材料进行拉伸、弯曲及阻燃性能测试。其拉伸模量为1600MPa，阻燃等级为UL 94V-2级。
对比例2
将聚丙烯85份、硅烷偶联剂KH560：2.5份、相容剂SAG：2份、膨胀型无卤阻燃剂Exolit AP422：10份、抗氧剂zm-1010:0.5份，将原料经180℃双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，120℃烘干，再经185℃注塑机注塑得到聚丙烯材料。
将对比例2的材料进行拉伸、弯曲及阻燃性能测试。其拉伸模量为1200MPa，阻燃等级为无等级。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，该复合材料按照重量份数计，包括：
聚丙烯60-80份，无机纳米片层硅土2～25份，硅烷偶联剂0.5～5份，相容剂0.5～2份，膨胀型无卤阻燃剂5～25份，抗氧剂0.5～2份；
所述的无机纳米片层硅土的片层展宽为100nm～2000nm。
2.根据权利要求1所述的一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的无机纳米片层硅土是将天然的无机硅土经除尘、去杂，然后加入分散剂和去离子水，经高速湿法球磨、喷雾干燥制得的粉体。
3.根据权利要求2所述的一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的球磨时间为8-24h，球磨速度为400-800r/min。
4.根据权利要求2所述的一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的无机硅土、分散剂和去离子水的质量百分比为80：4：16。
5.根据权利要求1所述的一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的硅烷偶联剂为KH560和十六烷基三甲氧基硅烷中的一种或两种。
6.根据权利要求1所述的一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的相容剂为SAG和PP-g-MAH中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的膨胀型无卤阻燃剂为Exolit AP422、Exolit AP423、Exolit AP462中的一种或两种。
8.根据权利要求1所述的一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为zm-1010。
9.权利要求1所述的一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括：
将聚丙烯、无机纳米片层硅土、硅烷偶联剂、相容剂、膨胀型无卤阻燃剂和抗氧剂，经双螺杆挤出机熔融共混、挤出、造粒，烘干，再经注塑机注塑，得到片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料。
10.根据权利要求9所述的一种片层硅土协效阻燃增强聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机中的挤出温度为170℃-190℃，注塑机注塑温度为180-190℃。
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