CN110105658B - 无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料 - Google Patents

无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料 Download PDF

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Abstract

本发明属于高分子材料改性和加工技术领域，涉及一种无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料。本发明包括质量份数分别为60‑80份的聚丙烯树脂、6‑12份的UHMWPE、4‑6份复配阻燃剂、0.1‑0.5份的成核剂和0.1‑1份的抗氧剂，本发明所提供的聚丙烯材料中仅添加有少量的复配阻燃剂即达到了较好的阻燃性，同时对聚丙烯材料本身的性能影响较小，并且，本发明所提供的聚丙烯材料中还添加有UHMWPE和成核剂等助剂，可进一步提高聚丙烯材料的强度及抗冲击性能，扩大聚丙烯材料的适用范围。

Description

无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料
技术领域
本发明属于高分子材料改性和加工技术领域，涉及一种无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料。
背景技术
聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，简称PP。聚丙烯是一种热塑性塑料，比重轻，成品表面硬度大，弹性高，并且聚丙烯还具有良好的耐热性，制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的条件下，150℃也不变形，化学稳定性很好，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定，故聚丙烯在日常生活中得到广泛的应用，但通常聚丙烯材料易燃烧，阻燃性能较差，现有技术中大都通过添加大比例的阻燃剂以提高聚丙烯材料的阻燃性，但这样势必会导致聚丙烯材料整体的性能下降，例如拉升强度、弯曲强度、抗冲击能力等等，限制了聚丙烯材料的应用范围。
例如，中国发明专利申请公开了一种无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法[申请号：201811298534.1]，该发明申请提供了一种无卤阻燃聚丙烯材料，按重量份数计，由以下原料制备得到：其中，所述无卤阻燃剂为焦磷酸哌嗪体系阻燃剂；所述受阻胺稳定剂为弱碱性受阻胺类稳定剂。
该发明申请所提供的无卤阻燃聚丙烯材料为达到较好的阻燃效果，添加有较大比例的阻燃剂，故仍未解决上述问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料。为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
一种无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，包括质量份数分别为60-80份的聚丙烯树脂、6-12份的UHMWPE、4-6份复配阻燃剂、0.1-0.5份的成核剂和0.1-1份的抗氧剂。
在上述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料中，无卤阻燃聚丙烯包括质量份数分别为70份的聚丙烯树脂、9份的UHMWPE、5份复配阻燃剂、0.3份的成核剂和0.5份的抗氧剂。
在上述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料中，所述复配阻燃剂包括质量份数分别为5-15份的MCA、1-5份的纳米氢氧化镁和10-20份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯；或包括质量份数分别为5-15份的三聚氰胺、1-5份的纳米氢氧化镁和10-20份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯。
在上述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料中，所述复配阻燃剂包括质量份数分别为10份的MCA、3份的纳米氢氧化镁和15份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯；或包括质量份数分别为10份的三聚氰胺、3份的纳米氢氧化镁和15份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯。
在上述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料中，所述4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯以对甲氧基苯甲醇和2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸为原料反应制得。
在上述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料中，所述反应的具体步骤包括：
步骤一：以氯化亚砜作为溶剂，先加入2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸，待完全溶解后，再在冰水浴条件下加入对甲氧基苯甲醇，搅拌反应12h以上，得到反应液；
步骤二：将步骤一中所得反应液减压蒸馏除去部分氯化亚砜，再将冰水混合物加入至剩余反应液中，搅拌，过滤，得到粗品；
步骤三：将步骤二中得到的粗品用洗涤液洗涤若干次，得到4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯成品。
在上述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料中，所述步骤三中的洗涤液为乙醇水溶液，所述乙醇水溶液中乙醇的质量比水的质量为1:3。
在上述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料中，所述成核剂为1，3，5-三叔丁酰胺基苯或均苯三甲酸三叔丁酰胺，所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1076。
在上述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料中，所述无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料制得电动自行车前面板，电动自行车前面板包括面板主体，所述面板主体的一侧边一体成型有两根安装臂，所述安装臂包括两个相互连接的安装平面，两个安装平面之间的夹角为60-80度，所述安装平面上具有安装孔。
在上述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料中，所述面板主体表面具有若干个向面板主体内部凹陷的装饰嵌孔，所述装饰嵌孔底面具有若干个贯通面板主体的固定孔。
与现有的技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明所提供的聚丙烯材料中仅添加有少量的复配阻燃剂即达到了较好的阻燃性，对聚丙烯材料本身的性能影响较小。
2、本发明所提供的聚丙烯材料中还添加有UHMWPE和成核剂等助剂，可进一步提高聚丙烯材料的强度及抗冲击性能，扩大聚丙烯材料的适用范围。
附图说明
图1是电动自行车前面板的结构示意图；
图中：面板主体1、安装臂2、安装平面3、安装孔4、装饰嵌孔5、固定孔6。
具体实施方式
下述实施例中所用的试剂，如无特殊说明，可以从常规生化试剂商店购买得到。
实施例1
本实施例提供一种无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，具体的说，无卤阻燃聚丙烯材料包括质量份数60份的聚丙烯树脂、12份的UHMWPE、3份复配阻燃剂、0.5份的成核剂和1份的抗氧剂。
其中，复配阻燃剂由5份的MCA、1份的纳米氢氧化镁和20份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯混合而成；成核剂为1，3，5-三叔丁酰胺基苯；抗氧剂为抗氧剂1010。
UHMWPE即为超高分子量聚乙烯，是一种分子具有线型结构的综合性能优异能的热塑性工程塑料，其平均分子量高达150万以上。UHMWPE具有较低的表面硬度和热变形温度，聚丙烯材料与其混合后，UHMWPE能与一部分聚丙烯长链分子形成双连续相的共混体系，共同构成一种共混网络。其余的聚丙烯分子构成一个聚丙烯络，二个网络交织为一种“线性互穿网络”，其中共混网络在材料中起到骨架作用，为材料提供机械强度，受外力冲击时会发生较大形变以吸收外界的能量，起到增韧的作用。
MCA为三聚氰胺氰尿酸盐，是由三聚氰胺和氰尿酸反应制得，其含氮量高，燃烧时会放出氮气，稀释可燃气体及氧气浓度，其阻燃原理与三聚氰胺类似。
4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯以甲氧基苯甲醇(CAS：105-13-5)和2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸(CAS：1227406-82-7)为原料，并通过以下反应步骤制得：
步骤一：以氯化亚砜作为溶剂，先加入2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸，待完全溶解后，再在冰水浴条件下加入对甲氧基苯甲醇，搅拌反应12h以上，得到反应液；
步骤二：将步骤一中所得反应液减压蒸馏除去部分氯化亚砜，再将冰水混合物加入至剩余反应液中，搅拌，过滤，得到粗品；
步骤三：将步骤二中得到的粗品用洗涤液洗涤若干次，其中，洗涤液为乙醇水溶液，所述乙醇水溶液中乙醇的质量比水的质量为1:3，得到4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯成品。
反应方程式如下：
Figure GDA0003057851790000051
2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸先与氯化亚砜反应制得酰氯，酰氯再与甲氧基苯甲醇在低温条件下反应生成酯，在该反应中，甲氧基苯甲醇为过量反应物，反应结束后，先减压旋蒸除去大部分溶剂，再用冰水冲析，产物4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯不溶于水，故以固体状态从反应液体系中析出，甲氧基苯甲醇微溶于水，以液体状态从反应液体系中析出，过滤后，仍会有部分甲氧基苯甲醇附着或被包覆在产物内，故用乙醇的质量比水的质量为1:3的乙醇水溶液洗涤除去甲氧基苯甲醇，同时也可减少产物的损耗。聚丙烯中存在大量的叔碳原子，获得能量时，这些叔碳原子易于转化为叔碳自由基，在燃烧过程中，这些叔碳自由基会导致聚丙烯分子链断链、分解，4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯具有大的共轭体系，能转移、稳定自由基，阻止高分子链被破坏，故本发明所提供的聚丙烯材料中仅添加有少量的复配阻燃剂即达到了较好的阻燃性，对聚丙烯材料本身的性能影响较小。
聚丙烯的结晶速度相对较慢，易形成大的球晶，这样的制品外观质量低，抗冲击性能差。1，3，5-三叔丁酰胺基苯是成核剂的一种，成核剂可以通过改变聚丙烯的结晶行为，加快结晶速率、增加结晶密度和促使晶粒尺寸微细化，达到缩短成型周期、提高制品外观质量和抗冲击性能的作用。
抗氧剂1010即为四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，能有效地防止聚合物材料在长期使用过程中热氧化降解，同时也是一种高效的加工稳定剂，能改善聚合物材料在高温加工条件下的耐变色性。
实施例2
本实施例提供一种无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，具体的说，无卤阻燃聚丙烯材料包括质量份数80份的聚丙烯树脂、6份的UHMWPE、1份复配阻燃剂、0.1份的成核剂和0.1份的抗氧剂。
其中，复配阻燃剂由5份的三聚氰胺、1份的纳米氢氧化镁和20份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯混合而成；成核剂为均苯三甲酸三叔丁酰胺；抗氧剂为抗氧剂1076。
均苯三甲酸三叔丁酰胺也是成核剂的一种，其提作用机理与1，3，5-三叔丁酰胺基苯的完全相同，故在此不再做赘述。
抗氧剂1076即为β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸正十八碳醇酯，可有效抑制聚合物的热降解和氧化降解。
实施例3
本实施例提供一种无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，具体的说，无卤阻燃聚丙烯材料包括质量份数70份的聚丙烯树脂、9份的UHMWPE、2份复配阻燃剂、0.3份的成核剂和0.5份的抗氧剂。
其中，复配阻燃剂由5份的MCA、1份的纳米氢氧化镁和20份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯混合而成；成核剂为1，3，5-三叔丁酰胺基苯；抗氧剂为抗氧剂1010。
实施例4
本实施例提供一种无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，具体的说，无卤阻燃聚丙烯材料包括质量份数60份的聚丙烯树脂、12份的UHMWPE、3份复配阻燃剂、0.5份的成核剂和1份的抗氧剂。
其中，复配阻燃剂由15份的MCA、5份的纳米氢氧化镁和10份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯混合而成；成核剂为1，3，5-三叔丁酰胺基苯；抗氧剂为抗氧剂1010。
实施例5
本实施例提供一种无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，具体的说，无卤阻燃聚丙烯材料包括质量份数80份的聚丙烯树脂、6份的UHMWPE、1份复配阻燃剂、0.1份的成核剂和0.1份的抗氧剂。
其中，复配阻燃剂由15份的三聚氰胺、5份的纳米氢氧化镁和10份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯混合而成；成核剂为均苯三甲酸三叔丁酰胺；抗氧剂为抗氧剂1076。
实施例6
本实施例提供一种无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，具体的说，无卤阻燃聚丙烯材料包括质量份数70份的聚丙烯树脂、9份的UHMWPE、2份复配阻燃剂、0.3份的成核剂和0.5份的抗氧剂。
其中，复配阻燃剂由15份的MCA、5份的纳米氢氧化镁和10份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯混合而成；成核剂为1，3，5-三叔丁酰胺基苯；抗氧剂为抗氧剂1010。
实施例7
本实施例提供一种无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，具体的说，无卤阻燃聚丙烯材料包括质量份数60份的聚丙烯树脂、12份的UHMWPE、3份复配阻燃剂、0.5份的成核剂和1份的抗氧剂。
其中，复配阻燃剂由10份的MCA、3份的纳米氢氧化镁和15份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯混合而成；成核剂为1，3，5-三叔丁酰胺基苯；抗氧剂为抗氧剂1010。
实施例8
本实施例提供一种无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，具体的说，无卤阻燃聚丙烯材料包括质量份数80份的聚丙烯树脂、6份的UHMWPE、1份复配阻燃剂、0.1份的成核剂和0.1份的抗氧剂。
其中，复配阻燃剂由10份的三聚氰胺3份的纳米氢氧化镁和15份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯混合而成；成核剂为均苯三甲酸三叔丁酰胺；抗氧剂为抗氧剂1076。
实施例9
本实施例提供一种无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，具体的说，无卤阻燃聚丙烯材料包括质量份数70份的聚丙烯树脂、9份的UHMWPE、2份复配阻燃剂、0.3份的成核剂和0.5份的抗氧剂。
其中，复配阻燃剂由10份的MCA、3份的纳米氢氧化镁和15份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯混合而成；成核剂为1，3，5-三叔丁酰胺基苯；抗氧剂为抗氧剂1010。
实施例10
本实施例提供以实施例1-9中任意一种无卤阻燃聚丙烯为原料制得的电动自行车前面板，如图1所示，所述面板主体1的一侧边一体成型有两根安装臂2，所述安装臂2包括两个相互连接的安装平面3，两个安装平面3之间的夹角为60-80度，所述安装平面3上具有安装孔4，面板主体1通过安装臂2上的安装孔4连接在电动自行车上，安装臂2由两个夹角为60-80度的安装平面3构成，这样可以增大与电动自行车的接触面积，提高使用过程中的稳定性。
如图1所示，所述面板主体1表面具有若干个向面板主体1内部凹陷的装饰嵌孔5，所述装饰嵌孔5底面具有若干个贯通面板主体1的固定孔6，由于面板主体1是由具有较高强度及抗冲击性能的聚丙烯材料制得的，故可在面板主体1表面开设若干个装饰嵌孔5，用于将装饰物镶嵌于面板主体1上，提高电动自行车前面板整体的外观质量。
对比例1
取质量份数70份的聚丙烯树脂、9份的UHMWPE、2份阻燃剂、0.3份的1，3，5-三叔丁酰胺基苯和0.5份的抗氧剂1010制得对比材料1，其中阻燃剂包括等质量混合的三聚氰胺和季戊四醇。
分别对材料1、2、3、4和5的弯曲强度、拉伸强度、冲击强度和阻燃性能进行测定，结果如下表所示：
Figure GDA0003057851790000091
对比例2
取质量份数70份的聚丙烯树脂、9份的UHMWPE、20份阻燃剂、0.3份的1，3，5-三叔丁酰胺基苯和0.5份的抗氧剂1010制得对比材料1，其中阻燃剂包括等质量混合的三聚氰胺和季戊四醇。
分别对材料1、2、3、4和5的弯曲强度、拉伸强度、冲击强度和阻燃性能进行测定，结果如下表所示：
Figure GDA0003057851790000092
应用例1
以实施例1中提供的无卤阻燃聚丙烯材料作为材料1。
以实施例2中提供的无卤阻燃聚丙烯材料作为材料2。
以实施例3中提供的无卤阻燃聚丙烯材料作为材料3。
以实施例6中提供的无卤阻燃聚丙烯材料作为材料4。
以实施例9中提供的无卤阻燃聚丙烯材料作为材料5。
分别对材料1、2、3、4和5的弯曲强度、拉伸强度、冲击强度和阻燃性能进行测定，结果如下表所示：
Figure GDA0003057851790000101
通过对比例1、对比例2以及应用例1的实验数据可以看出，本发明制得的无卤阻燃聚丙烯材料通过加入较少的阻燃剂即达到了较好的阻燃性，对聚丙烯材料本身的性能影响较小，达到了本发明的预期目的。
弯曲强度和拉伸强度检测数据来自上海松顿仪器制造有限公司生产的万能材料试验机，冲击强度检测数据来自承德试铨检测仪器有限公司生产的XJC-50简支梁冲击试验机，阻燃性能检测数据来自莫帝斯燃烧技术(中国)有限公司生产的UL94水平垂直燃烧测试仪。
以上实验数值，均通过利用所述仪器，平行三次实验取平均值。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了面板主体1、安装臂2、安装平面3、安装孔4、装饰嵌孔5、固定孔6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims (9)

1.一种无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，其特征在于：包括质量份数分别为60-80份的聚丙烯树脂、6-12份的UHMWPE、1-3份复配阻燃剂、0.1-0.5份的成核剂和0.1-1份的抗氧剂；
所述复配阻燃剂包括质量份数分别为5-15份的MCA、1-5份的纳米氢氧化镁和10-20份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯；或包括质量份数分别为5-15份的三聚氰胺、1-5份的纳米氢氧化镁和10-20份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯。
2.如权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，其特征在于：无卤阻燃聚丙烯包括质量份数分别为70份的聚丙烯树脂、9份的UHMWPE、2份复配阻燃剂、0.3份的成核剂和0.5份的抗氧剂。
3.如权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，其特征在于：所述复配阻燃剂包括质量份数分别为10份的MCA、3份的纳米氢氧化镁和15份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯；或包括质量份数分别为10份的三聚氰胺、3份的纳米氢氧化镁和15份的4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯。
4.如权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，其特征在于：所述4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯以对甲氧基苯甲醇和2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸为原料反应制得。
5.如权利要求4所述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，其特征在于：所述反应的具体步骤包括：
步骤一：以氯化亚砜作为溶剂，先加入2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸，待完全溶解后，再在冰水浴条件下加入对甲氧基苯甲醇，搅拌反应12h以上，得到反应液；
步骤二：将步骤一中所得反应液减压蒸馏除去部分氯化亚砜，再将冰水混合物加入至剩余反应液中，搅拌，过滤，得到粗品；
步骤三：将步骤二中得到的粗品用洗涤液洗涤若干次，得到4-甲氧基苄基-2-氧代-2-(嘧啶-5-基)乙酸酯成品。
6.如权利要求5所述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，其特征在于：所述步骤三中的洗涤液为乙醇水溶液，所述乙醇水溶液中乙醇的质量比水的质量为1:3。
7.如权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，其特征在于：所述成核剂为1，3，5-三叔丁酰胺基苯或均苯三甲酸三叔丁酰胺，所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂1076。
8.如权利要求1-7任一所述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，其特征在于：所述无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料制得电动自行车前面板，电动自行车前面板包括面板主体(1)，所述面板主体(1)的一侧边一体成型有两根安装臂(2)，所述安装臂(2)包括两个相互连接的安装平面(3)，两个安装平面(3)之间的夹角为60-80度，所述安装平面(3)上具有安装孔(4)。
9.如权利要求8所述的无卤阻燃聚丙烯电动自行车外饰件原材料，其特征在于：所述面板主体(1)表面具有若干个向面板主体(1)内部凹陷的装饰嵌孔(5)，所述装饰嵌孔(5)底面具有若干个贯通面板主体(1)的固定孔(6)。
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