CN110540703A - 可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物及其制备方法，其包括聚丙烯、矿物填料、阻燃剂、阻燃协效剂、环氧化合物、酚醛树脂、聚醚胺、相容剂和抗氧剂，其所用阻燃剂和阻燃协效剂能在较低阻燃剂用量前提下提高组合物阻燃性；且其同时采用具有多官能团、低分子量且高反应活性的环氧化合物与具有活性羟基的酚醛树脂和具有活性氢的聚醚胺，使三者在特定加工条件下发生微交联反应，形成立体网络结构，使所得组合物能同时实现优异红外及紫外激光打标效果，且辅助提高阻燃效率，能满足对阻燃性及激光打标效果要求较高领域的使用要求；且制备方法采用双螺杆挤出造粒设备配合特定的高温、高剪切加工工艺条件，实现快速微交联。

Description

可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种阻燃聚丙烯组合物及其制备方法，尤其涉及一种可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物及其制备方法，所得聚丙烯组合物适用于对激光打标、阻燃性能具有较高要求的家用电子、电子电器领域，属于改性聚丙烯加工制备技术领域。
背景技术
由于聚丙烯(PP)树脂具有密度小、抗疲劳、无毒、化学稳定性优异、易加工成型等优点，因此在家用电器、电子电器、汽车工业等领域具有广泛的应用。但是聚丙烯树脂本身的氧指数较低，只有18左右，属于易燃材料，无法应用于家电、电子电器的带电部件中；另外由于聚丙烯为非极性材料，且对于激光的吸收性较差，难以实现较好的打标效果。
目前已有多种成熟的聚丙烯阻燃改性技术，包括溴系阻燃以及无卤阻燃两类，但是传统的阻燃体系仍然存在阻燃剂添加量高、材料性能差的问题；而针对聚丙烯的激光打标研究，通常方法是通过添加激光打标剂，这种方式一方面激光打标剂的添加会导致成本大幅度提高，另一方面所添加的激光打标剂仅仅可以改善聚丙烯材料红外激光打标效果，而对于紫外激光打标几乎没有任何效果。因此当前技术需要克服现有的传统聚丙烯阻燃体系阻燃效率低和难以同时实现红外及紫外激光打标的技术问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物及其制备方法，其制备所得阻燃聚丙烯组合物与传统阻燃聚丙烯材料相比，阻燃效率大幅度提升，且可以同时实现优异的红外及紫外激光打标效果，能够满足对聚丙烯材料阻燃性能及激光打标效果要求较高的电子电器、家电等领域的使用要求。
本发明的技术方案是：
一种可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物包括下述按重量份计的各组分：聚丙烯36-75份、矿物填料5-15份、阻燃剂10-18份、阻燃协效剂3-6份、环氧化合物1.0-10份、酚醛树脂0.5-5份、聚醚胺0.5-5份、相容剂2-5份和抗氧剂0.1-0.5份。
所述聚丙烯为均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯中的至少一种，且该聚丙烯的熔融指数在230℃/2.16kg测试条件下为2-60g/10min。
所述矿物填料为滑石粉、硅灰石、云母粉和硫酸钡中的一种，且该矿物填料的粒径为500-6000目。
所述阻燃剂为十溴二苯乙烷，该阻燃剂具有优异的耐热性能。
所述阻燃协效剂为三氧化二锑、锑酸钠、磷酸锑和偏磷酸锑中的至少一种。
所述环氧化合物中含有至少三个环氧基团，该环氧化合物的环氧当量为85-110g/eq且重均分子量为200-600。
所述酚醛树脂为线性苯酚甲醛树脂、线性双酚A甲醛树脂和线性邻甲酚甲醛树脂中的至少一种，且该线性酚醛树脂的羟基当量为103-135g/eq。
所述聚醚胺为端氨基聚氧化丙烯醚或端氨基聚氧化乙烯醚中的一种或两种混合物，且该聚醚胺的活性氢当量为50-250g/eq，重均分子量为200-1000。
更进一步的，上述酚醛树脂的羟基基团和聚醚胺的活性氢摩尔数之和与环氧化合物的环氧基团的摩尔数比值为0.45-1.25。
所述相容剂为马来酸酐接枝率为0.5-2.0％的马来酸酐接枝聚丙烯。
所述抗氧剂选自受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂，如3,5–二叔丁基–4–羟基苯丙酰–己二胺(抗氧剂1098)、亚磷酸三(2,4–二叔丁基苯酚酯)(抗氧剂168)、四[β–(3,5–二叔丁基–4–羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)中的一种或两种的混合物。
本申请还公开了一种上述阻燃聚丙烯组合物的制备方法，该制备方法主要包括下述步骤：
S1：称取聚丙烯36-75重量份、矿物填料5-15重量份、阻燃剂10-18重量份、阻燃协效剂3-6重量份、环氧化合物1.0-10重量份、酚醛树脂0.5-5重量份、聚醚胺0.5-5份、相容剂2-5重量份和抗氧剂0.1-0.5重量份；
S2：将聚丙烯、矿物填料、阻燃剂、阻燃协效剂、环氧化合物、酚醛树脂、聚醚胺、相容剂和抗氧剂置于高速混合机中以300-500rpm的转速混合10-30min，得到预混物；
S3：将S2中所得预混物通过双螺杆挤出机进行熔融混合并挤出造粒，得到可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物；其中所述双螺杆挤出机的螺杆转速为450-650rpm，优选为500-600rpm，且该双螺杆挤出机的熔融温度为230-260℃，优选为235-245℃。
本发明的有益技术效果是：(1)本发明阻燃聚丙烯组合物具有高效阻燃性，能够有效降低阻燃剂的用量；(2)本申请组分中同时采用具有多官能团、低分子量且高反应活性的环氧化合物，具有活性羟基的酚醛树脂，以及含有活性氨基的聚醚胺，调整三者活性官能团的摩尔比例，使三者在特定加工条件下可以发生微交联反应，形成三元立体网络结构，可同时改善红外及紫外激光打标效果，此外还提高了该聚丙烯组合物的阻燃效率；(3)本申请的制备方法可用双螺杆挤出造粒设备配合特定的高温、高剪切加工工艺条件，实现快速微交联，且无需增加其他工序，操作简便，便于推广应用。
具体实施方式
为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，下面结合具体实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
下述具体实施例和对比例所采用的各组分原材料如下所述，但不限于下述原材料，符合本申请限定范围的原材料均可用于本申请技术方案。
聚丙烯：牌号HP500N，厂家为中海壳牌公司。
矿物填料：滑石粉，牌号AH-3000N1，厂家合山化工有限公司。
阻燃剂：十溴二苯乙烷，牌号SAYTEX 4010，厂家美国雅宝公司。
阻燃协效剂：三氧化二锑，牌号1402，厂家济南晨旭化工有限公司。
相容剂：牌号BONDYRAM 1001CN，厂家为普立朗公司。
环氧化合物：牌号TGIC，环氧当量约为100g/eq，厂家为上海方瑞达公司。
酚醛树脂：牌号PF-8011，羟基当量约为105g/eq，厂家为圣泉集团。
聚醚胺：牌号D-400，活性氢当量约为105g/eq，厂家为亨斯曼公司。
抗氧剂：牌号抗氧剂1010，厂家为利安隆新材料股份有限公司。
采用上述原材料制备本申请所述复合材料和对比用复合材料，其制备方法如下：
S1：按表1中配比称取各组分；
S2：将聚丙烯、矿物填料、阻燃剂、阻燃协效剂、环氧化合物、酚醛树脂、聚醚胺、相容剂和抗氧剂置于高速混合机中以300-500rpm的转速混合10-30min，得到预混物；
S3：将S2中所得预混物通过双螺杆挤出机进行熔融混合并挤出造粒，得到可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物；其中所述双螺杆挤出机的螺杆转速和熔融温度参见表1中所述。
表1具体实施例和对比例各组分用量及双螺杆挤出机工艺参数
对上述具体实施例和对比例制备所得的复合材料进行各项力学性能、阻燃性能、紫外及红外激光打标效果进行测试，测试标准和测试方法如下：
拉伸强度：按照ISO527进行测试。
弯曲强度：按照ISO178进行测试。
弯曲模量：按照ISO178进行测试。
悬臂梁缺口冲击强度：按照ISO180进行测试。
阻燃性能：按照UL94标准进行垂直燃烧测试。
紫外及红外激光打标效果：采用激光打标仪评价材料的紫外及红外激光打标效果，具体为首先利用色度计测试注塑成型塑料板打标前的光散射值，通过打标设备对塑料板进行激光打标，并测试打标后塑料板的光散射值，打标前后光散射差值ΔE度量材料激光打标效果，ΔE值越大，材料打标效果越好。其中紫外激光打标测试条件为：波长355nm；功率5W；频率55KHZ；速度500mm/s。红外激光打标测试条件为：波长1064nm；电流大小16A；频率15KHZ；速度700mm/s。
上述具体实施例和对比例的性能测试结果参见表2中所述。
表2具体实施例和对比例性能测试结果
从表2中可以看出，本申请所述阻燃聚丙烯组合物具有优异的力学强度、高阻燃性，并且可以同时实现良好的紫外、红外激光打标效果。通过具体实施例1与对比例1的对比可以看出体系中环氧化合物、酚醛树脂、聚醚胺三组分不仅可以有效提高阻燃效率同时也会实现良好的打标效果；通过具体实施例1与对比例2、3、4、5对比，可以发现无论是单一添加环氧化合物、酚醛树脂、聚醚胺亦或双组份环氧化合物、酚醛树脂的添加均无法实现高效阻燃及良好的打标效果，说明三者具有协同作用；通过具体实施例3与对比例6相比，可以发现只有在特定高温、高转速工艺下本发明体系才可以实现良好的效果。本申请制备所得的聚丙烯材料可以满足对聚丙烯材料阻燃性能及激光打标效果要求较高的电子电器、家电等领域的使用要求。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，包括下述按重量份计的各组分：
其中所述环氧化合物中含有至少三个环氧基团，该环氧化合物的环氧当量为85-110g/eq且重均分子量为200-600；
其中所述酚醛树脂的羟基当量为103-135g/eq；
其中所述聚醚胺的活性氢当量为50-250g/eq，重均分子量为200-1000；
所述酚醛树脂的羟基基团和聚醚胺的活性氢摩尔数之和与环氧化合物的环氧基团的摩尔数比值为0.45-1.25。
2.根据权利要求1所述的可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯为均聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯和无规共聚聚丙烯中的至少一种，且该聚丙烯的熔融指数在230℃/2.16kg测试条件下为2-60g/10min。
3.根据权利要求1所述的可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，所述矿物填料为滑石粉、硅灰石、云母粉和硫酸钡中的一种，且该矿物填料的粒径为500-6000目。
4.根据权利要求1所述的可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，所述阻燃剂为十溴二苯乙烷。
5.根据权利要求1所述的可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，所述阻燃协效剂为三氧化二锑、锑酸钠、磷酸锑和偏磷酸锑中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，所述酚醛树脂为线性苯酚甲醛树脂、线性双酚A甲醛树脂和线性邻甲酚甲醛树脂中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚醚胺为端氨基聚氧化丙烯醚或端氨基聚氧化乙烯醚中的一种或两种混合物。
8.根据权利要求1所述的可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝率为0.5-2.0％的马来酸酐接枝聚丙烯。
9.一种权利要求1至8中任一权利要求所述阻燃聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，主要包括下述步骤：
S1：称取聚丙烯36-75重量份、矿物填料5-15重量份、阻燃剂10-18重量份、阻燃协效剂3-6重量份、环氧化合物1-10重量份、酚醛树脂0.5-5重量份、聚醚胺0.5-5份、相容剂2-5重量份和抗氧剂0.1-0.5重量份；
S2：将聚丙烯、矿物填料、阻燃剂、阻燃协效剂、环氧化合物、酚醛树脂、聚醚胺、相容剂和抗氧剂置于高速混合机中以300-500rpm的转速混合10-30min，得到预混物；
S3：将S2中所得预混物通过双螺杆挤出机进行熔融混合并挤出造粒，得到可激光标识的高效阻燃聚丙烯组合物；其中所述双螺杆挤出机的螺杆转速为450-650rpm，且该双螺杆挤出机的熔融温度为230-260℃。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S3中双螺杆挤出机的螺杆转速为500-600rpm，且该双螺杆挤出机的熔融温度为235-245℃。
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