CN110372960A - 一种无卤阻燃型tpv复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无卤阻燃型TPV复合材料及其制备方法，其涉及TPV材料领域，旨在解决现有的TPV材料中的阻燃剂在阻燃过程中，会产生二次危害的问题，其技术要点包括以下重量份：TPV基体35‑48份，膨胀型阻燃剂6‑15份，聚丙烯酰胺3‑10份，抑烟剂2‑9份，乙烯基双硬脂酰胺4‑10份，抑潮剂5‑10份，热稳定剂2‑5份，本发明在保证TPV复合材料的阻燃性的前提下，采用无卤阻燃剂，避免了二次危害。

Description

一种无卤阻燃型TPV复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及TPV材料领域，更具体地说，它涉及一种无卤阻燃型TPV复合材料及其制备方法。

背景技术

TPV是一种热塑性硫化橡胶，主要由两部分组成，一是塑料，作为连续相，二是橡胶作为分散相，要得到最佳性能的橡胶/热塑性塑料动态硫化共混物，必须满足以下条件：(1)塑料和橡胶两种聚合物的表面能匹配；(2)橡胶缠结分子链长度较低；(3)塑料的结晶度大于15％。当塑料与橡胶之间的极性或表面能差别比较大的情况下，添加合适的相容剂，再进行动态硫化，也可以得到性能优良的共混物；目前商业化的有PP/PE/EPDM，PP/NBR，PP/ACM，PS/SEBS。

TPV作为一种热塑性弹性体，其具有很多优异的性能，如抗冲、防震、柔韧性高、耐高温耐溶剂等，同时，随着市场需要，TPV也被赋予了更多的性能，如阻燃性等。

现有申请公布号为CN106977813A的中国专利，公开了一种动态硫化有卤阻燃TPV复合材料及其制备方法，采用特定用量的丙乙烯、三元乙丙橡胶、热塑性聚氨酯弹性体、有卤阻燃剂、流动改性剂、交联剂、热稳定剂和紫外吸收剂制备得到。

但是，在火灾发生时，含卤阻燃材料在阻燃过程中会产生大量的烟雾和有毒的腐蚀性卤化氢气体，造成二次危害。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种无卤阻燃型TPV复合材料及其制备方法，在保证TPV复合材料的阻燃性的前提下，采用无卤阻燃剂，避免了二次危害。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种无卤阻燃型TPV复合材料，包括以下重量份：TPV基体35-48份，膨胀型阻燃剂6-15份，聚丙烯酰胺3-10份，抑烟剂2-9份，乙烯基双硬脂酰胺4-10份，抑潮剂5-10份，热稳定剂2-5份。

通过采取上述技术方案，膨胀型阻燃剂作为一种环保型阻燃剂，首先不含有卤素，在阻燃过程中不会发生二次危害，同时，膨胀阻燃剂可以在复合材料燃烧的时候，在材料表面形成炭化层，起到隔热隔氧的功效；同时，本发明加入了抑烟剂，通过降低发烟量，提高复合材料的氧指数，进而可以进一步提高复合材料的阻燃性能；同时，为了避免膨胀型阻燃剂吸潮失效，本发明中加入了抑潮剂，可以有效长期保证膨胀型阻燃剂的活性；聚丙烯酰胺利用其表面的巨大吸附力促进TPV基体和膨胀型阻燃剂的相容，同时乙烯基双硬脂酰胺在利用其良好的内外润滑性促进复合材料各组分的相容外，乙烯基双硬脂酰胺也可以在挤出加工的过程中，加速各组分的熔融、降低熔融粘度，节省加工能耗，增加制品韧性；热稳定剂则在复合材料的制备过程中，避免各组分受高温影响而发生变质；进而本发明在保证TPV复合材料的阻燃性的前提下，采用无卤阻燃剂，避免了二次危害。

本发明的进一步设置为，所述膨胀型阻燃剂包括以下重量份：聚磷酸铵30-45份，季戊四醇10-25份，水滑石20-36份。

通过采取上述技术方案，聚磷酸铵作为膨胀型阻燃剂中的酸源和气源，不仅可以在燃烧中能原位生成酸，促进炭化的形成，而且无毒无味，不产生腐蚀气体，吸湿性小，热稳定性高，而季戊四醇和水滑石作为膨胀型阻燃剂中的炭源，为形成炭化层奠下基础的同时，水滑石燃烧可以产生水和二氧化碳，可以进一步阻燃；进而本发明的膨胀型阻燃剂可以在燃烧的时候，在复合材料的表面形成多孔泡沫焦炭层，进行阻燃；同时，季戊四醇作为一种高级润滑剂，可以促进膨胀型阻燃剂与复合材料中其他组分的充分混合。

本发明的进一步设置为，所述膨胀型阻燃剂的制备方法包括以下步骤：

将聚磷酸铵、季戊四醇和水滑石分别研磨成50-100目粉末状；

将粉末状的聚磷酸铵、季戊四醇和水滑石混合均匀，然后将混合的聚磷酸铵、季戊四醇和水滑石粉末在球磨机内研磨60-90分钟；

球磨机滚筒转速为30-50转/分钟，钢球规格为100-160mm，钢球填充率为10-20％。

通过采取上述技术方案，对聚磷酸铵、季戊四醇和水滑石进行预先混合，可以使膨胀型阻燃剂中的各组分混合均匀，提高膨胀型阻燃剂的阻燃性能，然后对聚磷酸铵、季戊四醇和水滑石进行球磨复合，促进聚磷酸铵、季戊四醇和水滑石混合的同时，可以使聚磷酸铵、季戊四醇和水滑石彼此之间相互负载，可以更好地发挥阻燃性能。

本发明的进一步设置为，所述热稳定剂为二月桂酸二丁基锡与甲基戊醇以重量比为1：1的混合物。

通过采取上述技术方案，二月桂酸二丁基锡作为一种有机锡类稳定剂，不仅具有优异的热稳定作用，而且无毒无害，而甲基戊醇均是性能优异的分散剂，能够降低分散体系中固体或液体粒子聚集的物质，保持反应体系内的稳定性，二者可产生协同作用，有利于减少在复合材料的制备过程中，各组分之间的受热分解；同时二月桂酸二丁基锡也具有良好的润滑性和流变性，可以促进热稳定剂与复合材料中其他组分的充分混合。

本发明的进一步设置为，所述抑烟剂包括氢氧化镁和氢氧化铝中的一种10-15份以及硼酸锌9-12份。

通过采取上述技术方案，氢氧化镁和氢氧化铝在燃烧过程中，会分解成氧化镁和水、氧化铝和水，氧化镁和氧化铝可以覆盖到复合材料的表面，水分可以降低温度，进而可以降低发烟量，提高氧指数，同时，硼酸锌可以在燃烧中失去结晶水，并以氧化锌的形式进入气相，稀释可燃气体，氢氧化镁和氢氧化铝与硼酸锌进行协同，可以有效降低发烟量，提高复合材料的氧指数，进而可以进一步提高复合材料的阻燃性能。

本发明的进一步设置为，所述抑潮剂包括聚二甲基硅氧烷10-20份和炭黑6-12份。

通过采取上述技术方案，聚二甲基硅氧烷作为一种疏水性材料，可以有效避免水分对复合材料以及膨胀型阻燃剂的侵蚀，同时，聚二甲基硅氧烷的抗剪切能力很高，可以有效提高复合材料的防潮绝缘，阻尼，减震的功能；炭黑作为一种比表面积非常大的无定型碳，其结构性高，具有很好的疏水性，而且炭黑可以形成空间网络通道，吸附力强，可以进一步促进复合材料各组分的混合，提高复合材料的耐磨性能。

本发明的进一步设置为，所述水滑石为镁铝碳酸根型水滑石。

通过采取上述技术方案，镁铝碳酸根型水滑石-Mg₆A_l2(OH)₁₆CO₃·4H₂O，其结构水合层板羟基及层间离子以水和CO₂的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度，阻隔氧气的阻燃作用；镁铝碳酸根型水滑石的结构水，层板羟基以及层间离子在不同的温度内脱离层板，从而可在较低的范围内(200～800℃)释放阻燃物质，在阻燃过程中，吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温。

本发明的另一目的在于提供一种无卤阻燃型TPV复合材料的制备方法，包括以下制备步骤：

将TPV基体和聚丙烯酰胺加入密炼机内，在170-190℃的温度下熔融塑化，然后将膨胀型阻燃剂、热稳定剂和抑潮剂加入到密炼机内，在180-190℃的温度下混合20-30min，最后加入乙烯基双硬脂酰胺和抑烟剂继续混合40-60min，最后在200-210℃的温度下经过挤出机挤出造粒。

通过采取上述技术方案，本发明直接在TPV基体成品中添加膨胀型助燃剂和抑烟剂等，使复合材料的制备工艺更加简单，而且，本发明在对复合材料的生产中，对各组分进行分批处理，TPV基体和聚丙烯酰胺预先熔融，可以加快TPV基体的熔融，便于后期其他组分与TPV基体的充分混合，同时，膨胀型阻燃剂和抑潮剂一起加入密炼机中，可以使膨胀型阻燃剂和抑潮剂充分混合，使抑潮剂对膨胀型阻燃剂进行充分作用，进而，本发明可以生产出一种阻燃性良好，而且无毒的无卤阻燃型TPV复合材料。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.本发明采用环保的膨胀型阻燃剂，使聚磷酸铵作为膨胀型阻燃剂中的酸源和气源，季戊四醇和水滑石作为膨胀型阻燃剂中的炭源，可以有效提高复合材料的阻燃性能，而且本发明中加入抑潮剂，可以避免膨胀型阻燃剂吸水失效，保证膨胀型阻燃剂的阻燃效果，聚磷酸铵作为膨胀型阻燃剂中的酸源和气源，不仅可以在燃烧中能原位生成酸，促进炭化的形成，而且无毒无味，不产生腐蚀气体，吸湿性小，热稳定性高，而季戊四醇和水滑石作为膨胀型阻燃剂中的炭源，为形成炭化层奠下基础的同时；

2.本发明直接在TPV基体成品中添加膨胀型助燃剂和抑烟剂等，使复合材料的制备工艺更加简单，而且，本发明在对复合材料的生产中，对各组分进行分批处理，可以使复合材料的各组分混合均匀，提高复合材料的各方面性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例一：

.一种无卤阻燃型TPV复合材料，包括以下重量份：TPV基体(PP-EPDM)35份，膨胀型阻燃剂6份，聚丙烯酰胺3份，抑烟剂2份，乙烯基双硬脂酰胺4份，抑潮剂5份，热稳定剂(月桂酸二丁基锡与甲基戊醇以重量比为1：1的混合物)2份。

其中：

膨胀型阻燃剂包括以下重量份：聚磷酸铵30份，季戊四醇10份，镁铝碳酸根型水滑石20份；膨胀型阻燃剂的制备方法包括以下步骤：

将聚磷酸铵、季戊四醇和镁铝碳酸根型水滑石分别研磨成50目粉末状；

将粉末状的聚磷酸铵、季戊四醇和镁铝碳酸根型水滑石混合均匀，然后将混合的聚磷酸铵、季戊四醇和镁铝碳酸根型水滑石粉末在球磨机内研磨60分钟；

球磨机滚筒转速为30转/分钟，钢球规格为100mm，钢球填充率为10％。

抑烟剂包括氢氧化镁10份以及硼酸锌9份。

抑潮剂包括聚二甲基硅氧烷10份和炭黑6份。

实施例二：

.一种无卤阻燃型TPV复合材料，包括以下重量份：TPV基体(PP-EPDM)38份，膨胀型阻燃剂8份，聚丙烯酰胺5份，抑烟剂4份，乙烯基双硬脂酰胺5份，抑潮剂6份，热稳定剂(月桂酸二丁基锡与甲基戊醇以重量比为1：1的混合物)3份。

其中：

膨胀型阻燃剂包括以下重量份：聚磷酸铵32份，季戊四醇12份，镁铝碳酸根型水滑石24份；膨胀型阻燃剂的制备方法包括以下步骤：

将聚磷酸铵、季戊四醇和镁铝碳酸根型水滑石分别研磨成60目粉末状；

将粉末状的聚磷酸铵、季戊四醇和镁铝碳酸根型水滑石混合均匀，然后将混合的聚磷酸铵、季戊四醇和镁铝碳酸根型水滑石粉末在球磨机内研磨70分钟；

球磨机滚筒转速为40转/分钟，钢球规格为120mm，钢球填充率为12％。

抑烟剂包括氢氧化铝12份以及硼酸锌10份。

抑潮剂包括聚二甲基硅氧烷16份和炭黑8份。

实施例三：

.一种无卤阻燃型TPV复合材料，包括以下重量份：TPV基体(PP-EPDM)40份，膨胀型阻燃剂10份，聚丙烯酰胺6份，抑烟剂5份，乙烯基双硬脂酰胺6份，抑潮剂7份，热稳定剂(月桂酸二丁基锡与甲基戊醇以重量比为1：1的混合物)4份。

其中：

膨胀型阻燃剂包括以下重量份：聚磷酸铵40份，季戊四醇18份，镁铝碳酸根型水滑石28份；膨胀型阻燃剂的制备方法包括以下步骤：

将聚磷酸铵、季戊四醇和镁铝碳酸根型水滑石分别研磨成80目粉末状；

将粉末状的聚磷酸铵、季戊四醇和镁铝碳酸根型水滑石混合均匀，然后将混合的聚磷酸铵、季戊四醇和镁铝碳酸根型水滑石粉末在球磨机内研磨80分钟；

球磨机滚筒转速为50转/分钟，钢球规格为140mm，钢球填充率为16％。

抑烟剂包括氢氧化镁13份以及硼酸锌11份。

抑潮剂包括聚二甲基硅氧烷18份和炭黑10份。

实施例四：

.一种无卤阻燃型TPV复合材料，包括以下重量份：TPV基体(PP-EPDM)45份，膨胀型阻燃剂14份，聚丙烯酰胺8份，抑烟剂8份，乙烯基双硬脂酰胺9份，抑潮剂9份，热稳定剂(月桂酸二丁基锡与甲基戊醇以重量比为1：1的混合物)4份。

其中：

膨胀型阻燃剂包括以下重量份：聚磷酸铵42份，季戊四醇20份，镁铝碳酸根型水滑石30份；膨胀型阻燃剂的制备方法包括以下步骤：

将聚磷酸铵、季戊四醇和镁铝碳酸根型水滑石分别研磨成100目粉末状；

将粉末状的聚磷酸铵、季戊四醇和镁铝碳酸根型水滑石混合均匀，然后将混合的聚磷酸铵、季戊四醇和镁铝碳酸根型水滑石粉末在球磨机内研磨90分钟；

球磨机滚筒转速为50转/分钟，钢球规格为150mm，钢球填充率为18％。

抑烟剂包括氢氧化镁15份以及硼酸锌11份。

抑潮剂包括聚二甲基硅氧烷18份和炭黑11份。

实施例五：

.一种无卤阻燃型TPV复合材料，包括以下重量份：TPV基体(PP-EPDM)48份，膨胀型阻燃剂15份，聚丙烯酰胺10份，抑烟剂9份，乙烯基双硬脂酰胺10份，抑潮剂10份，热稳定剂(月桂酸二丁基锡与甲基戊醇以重量比为1：1的混合物)5份。

其中：

膨胀型阻燃剂包括以下重量份：聚磷酸铵45份，季戊四醇25份，镁铝碳酸根型水滑石36份；膨胀型阻燃剂的制备方法包括以下步骤：

将聚磷酸铵、季戊四醇和镁铝碳酸根型水滑石分别研磨成100目粉末状；

将粉末状的聚磷酸铵、季戊四醇和镁铝碳酸根型水滑石混合均匀，然后将混合的聚磷酸铵、季戊四醇和镁铝碳酸根型水滑石粉末在球磨机内研磨90分钟；

球磨机滚筒转速为50转/分钟，钢球规格为160mm，钢球填充率为20％。

抑烟剂包括氢氧化铝15份以及硼酸锌12份。

抑潮剂包括聚二甲基硅氧烷20份和炭黑12份。

实施例六：

一种无卤阻燃型TPV复合材料的制备方法，包括以下步骤：

将TPV基体和聚丙烯酰胺加入密炼机内，在170-190℃的温度下熔融塑化(优选180℃)，然后将膨胀型阻燃剂、热稳定剂和抑潮剂加入到密炼机内，在180-190℃的温度下混合20-30min(优选186℃，27min)，最后加入乙烯基双硬脂酰胺和抑烟剂继续混合40-60min(优选50min)，最后在200-210℃的温度下经过挤出机挤出造粒(优选210℃)。

对比例：

本发明以市售(东莞市嘉迈塑胶有限公司)阻燃TPV材料作为对比例，与本发明中，以实施例六生产的实施例一至实施例五进行相对的性能检测：

极限氧指数测试：测试聚合物在氧和氮混合气体中，刚好能支撑聚合燃烧时氧的体积分数，被称做极限氧指数(％)；

拉伸试验：使用拉伸机测试材料的力学性能(拉伸强度，断裂伸长率)；

燃烧实验：使材料在空气中燃烧，记录和观察材料的燃烧情况(是否有熔滴滴落，是否有烟，是否能自熄)。

性能检测：

由检测结果可知，本发明生产的无卤阻燃型TPV复合材料不仅具有优异的阻燃性能，而且因为采用了无卤的膨胀型阻燃剂，在阻燃过程中不会产生二次危害。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (8)

1.一种无卤阻燃型TPV复合材料，其特征在于包括以下重量份：TPV基体35-48份，膨胀型阻燃剂6-15份，聚丙烯酰胺3-10份，抑烟剂2-9份，乙烯基双硬脂酰胺4-10份，抑潮剂5-10份，热稳定剂2-5份。

2.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃型TPV复合材料，其特征在于：所述膨胀型阻燃剂包括以下重量份：聚磷酸铵30-45份，季戊四醇10-25份，水滑石20-36份。

3.根据权利要求2所述的一种无卤阻燃型TPV复合材料，其特征在于：所述膨胀型阻燃剂的制备方法包括以下步骤：

将聚磷酸铵、季戊四醇和水滑石分别研磨成50-100目粉末状；

将粉末状的聚磷酸铵、季戊四醇和水滑石混合均匀，然后将混合的聚磷酸铵、季戊四醇和水滑石粉末在球磨机内研磨60-90分钟；

球磨机滚筒转速为30-50转/分钟，钢球规格为100-160mm，钢球填充率为10-20%。

4.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃型TPV复合材料，其特征在于：所述热稳定剂为二月桂酸二丁基锡与甲基戊醇以重量比为1：1的混合物。

5.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃型TPV复合材料，其特征在于：所述抑烟剂包括氢氧化镁和氢氧化铝中的一种10-15份以及硼酸锌9-12份。

6.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃型TPV复合材料，其特征在于：所述抑潮剂包括聚二甲基硅氧烷10-20份和炭黑6-12份。

7.根据权利要求2所述的一种无卤阻燃型TPV复合材料，其特征在于：所述水滑石为镁铝碳酸根型水滑石。

8.根据权利要求1-7所述的一种无卤阻燃型TPV复合材料的制备方法，其特征在于包括以下制备步骤：

将TPV基体和聚丙烯酰胺加入密炼机内，在170-190℃的温度下熔融塑化，然后将膨胀型阻燃剂、热稳定剂和抑潮剂加入到密炼机内，在180-190℃的温度下混合20-30min，最后加入乙烯基双硬脂酰胺和抑烟剂继续混合40-60min，最后在200-210℃的温度下经过挤出机挤出造粒。