CN111019216A - 一种熔融阻隔型阻燃塑料母料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阻燃塑料及其制备方法技术领域，特别是涉及一种熔融阻隔型阻燃塑料母料，包括：无机阻燃组合物，聚烯烃树脂，聚乙烯蜡，偶联剂，相容剂，抗氧化剂；所述无机阻燃组合物包括：低熔点玻璃粉、锡粉、无机填料、无机阻燃剂；所述低熔点玻璃粉的熔点为400~500℃。制备方法包括：将无机阻燃组合物的原料研磨后与聚乙烯蜡混合，再加入其它原料分散均匀后挤出造粒即可。本发明解决现有技术中塑料用阻燃存在阻燃效率低、阻燃剂释放毒气的问题，通过将低温熔融的玻璃粉、锡粉和无机阻燃剂复合，在高温时低熔点玻璃粉逐步熔化从而阻隔氧防止聚合物的燃烧实现阻燃的目的。

Description

一种熔融阻隔型阻燃塑料母料及其制备方法

技术领域

本发明涉及阻燃塑料及其制备方法技术领域，特别是涉及一种熔融阻隔型阻燃塑料母料及其制备方法。

背景技术

塑料是一种极易燃烧的高分子材料。随着功能塑料在工业、建筑、日常生活的广泛应用，其易燃成为阻碍其发展的重要因素。塑料不但易燃，而且燃烧时产生浓烟、释放有害物，火焰在很短的时间内就会迅速蔓延而造成一场大火灾。塑料是重要的有机合成高分子材料，应用非常广泛。

为此，塑料的阻燃研究极为重要。一些塑料是有阻燃的，阻燃塑料等级可以分为UL94V0，UL94V1，UL94V2等级，就是不阻燃的塑料也可以通过添加阻燃剂达到阻燃级别，常见的有阻燃ABS，阻燃PP，阻燃PC，阻燃尼龙，阻燃TPU。

阻燃剂是一类能够阻止塑料引燃或抑制火焰传播的助剂，主要是针对高分子材料的阻燃设计的;阻燃剂有多种类型，按使用方法分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。添加型阻燃剂是通过机械混合方法加入到聚合物中，使聚合物具有阻燃性的，目前添加型阻燃剂主要有有机阻燃剂和无机阻燃剂，卤系阻燃剂（有机氯化物和有机溴化物）和非卤。有机是以溴系、磷氮系、氮系和红磷及化合物为代表的一些阻燃剂，无机主要是三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝，硅系等阻燃体系。反应型阻燃剂则是作为一种单体参加聚合反应，因此使聚合物本身含有阻燃成分的，其优点是对聚合物材料使用性能影响较小，阻燃性持久。

根据已有技术，阻燃剂应用于塑料，能够有效防止塑料的燃烧，阻燃记得阻燃效应主要有：1、利用阻燃剂燃烧时的吸热冷却，使燃烧的塑料温度下降，阻止燃烧。2、阻隔效应，在燃烧过程中产生不燃的性气体或泡沫层，形成保护层，使燃烧过程因无氧补充而中止；3、在燃烧时能释放出惰性气体，减少氧的供给，使燃烧不能进行，如硼化合物与钼化合物。

而在实际中，阻燃效应并不明显，通常需要加入较多的阻燃剂和多种类阻燃剂进行协同，才能具有较好的阻燃效果。溴系阻燃剂是目前阻燃效果最好的阻燃产品之一。用其制得的塑料制品具有表面光泽度好，颜色便于调配，阻燃性能好，添加量小，制品力学性能下降低，成本经济，可行性高等诸多优点。但是随着溴系阻燃剂的使用，缺点也逐步明显，其会降低塑料的抗紫外线稳定性；燃烧时生成较多的烟、腐蚀性气体和有毒气体。

无机阻燃剂具有稳定性高、不易挥发、烟气毒性低和成本低等优点。目前，越来越受到人们的青睐。但阻燃效果较差。如氢氧化铝超细化后用于塑料，不会对塑料的性能产生影响，而且无毒，但阻燃效果不明显。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种熔融阻隔型阻燃塑料母料及其制备方法，用于解决现有技术中塑料用阻燃存在阻燃效率低、阻燃剂释放毒气的问题。本发明阻燃塑料母粒料含有低温熔融的玻璃粉和锡粉，在高温时低熔点玻璃粉、锡粉逐步熔化从而阻隔氧防止聚合物的燃烧实现阻燃的目的。

为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种熔融阻隔型阻燃塑料母料，所述熔融阻隔型阻燃塑料母料包括重量份数的如下组分：40~60份的无机阻燃组合物，10~25份的聚烯烃树脂，20~30份的聚乙烯蜡，3~5份的偶联剂，1~2份的相容剂，0.01~0.1份的抗氧化剂；其中，无机阻燃复合物由低熔点玻璃粉、锡粉、无机填料、无机阻燃剂以质量比100：10:15:20配制而成；所述低熔点玻璃粉的熔点为400~500℃。

熔融阻隔型阻燃塑料母料利用无机物阻隔实现阻燃，本发明通过将低熔点玻璃粉与锡粉、无机填料、无机阻燃剂无研磨为均匀的复合粉，制备成母料。其阻燃机理是：在高温时，无机阻燃剂辅助基本的阻燃，锡粉、低熔点玻璃粉逐步熔化粘结为无机阻隔层，从而阻隔氧防止聚合物的燃烧实现阻燃的目的。同时无机阻燃组合物组成的复合粉经过聚乙烯蜡浆状化分散处理，使得体系变为浆状，在浆状条件下搅拌的无机粉体表面处理效果、分散效果明显改善，最终在粒料中表现手感光泽、均匀、细腻，不会影响塑料的品质。

进一步地：所述熔融阻隔型阻燃塑料母料包括重量份数的如下组分：48~52份的无机阻燃组合物，15~20份的聚烯烃树脂，24~26份的聚乙烯蜡，4~5份的偶联剂，1~2份的相容剂，0.01~0.1份的抗氧化剂。

进一步地：所述无机阻燃剂为三氧化二锑、五氧化二锑、硼酸锌、氢氧化镁中的至少一种；所述无机填充剂为滑石粉、硫酸钡、云母粉、高岭土中的至少一种。

进一步地：所述低熔点玻璃粉由如下重量份的原料烧制而得：25~35份的三氧化二铋，35~45份的氧化锌，10~20份的三氧化二硼，0.5~1.5份的三氧化二钇，1~3份的三氧化钨，0.5~1.5份的二氧化钛，0.5~1.5份的二氧化锡，4~6份的二氧化硅，4~6份的三氧化二铝。

该低熔点玻璃粉的熔点为400~500℃，用于阻燃母料时，在高温容易形成无机阻隔层，具有很好的阻燃效果。

进一步地：所述聚烯烃树脂为低密度聚乙烯1I50A、低密度聚乙烯 1F7B、低密度聚乙烯LD100、低密度聚乙烯LD450中的至少一种；所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三硅烷、γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷、γ-胺丙基三乙氧基硅烷、N-β-（胺乙基）-γ-胺丙基-三甲氧基硅烷、β-（3，4-氧撑环己基）-乙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷、γ-脲丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯；所述抗氧化剂为亚磷酸脂抗氧化剂。

上述熔融阻隔型阻燃塑料母料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将无机阻燃组合物的原料按照上述重量份配比加入研磨机中研磨分散，得到粒径小于5μm的无机阻燃组合物待用；

步骤二、将步骤一中的无机阻燃组合物和聚乙烯蜡加热至80~120℃后，在反应釜中搅拌至少30min，再按照上述重量份的配比加入聚烯烃树脂、偶联剂、相容剂和抗氧化剂，搅拌分散均匀后出料，得到预熔融物料待用；

步骤三、将步骤二中的预熔融物料加入同向双螺杆挤出机中，在100~130℃下熔融挤出造粒，得到熔融阻隔型阻燃塑料母料。

本发明创造性的提出一种熔融型阻隔阻燃塑料母料。其突出的技术特点是将低温熔融的玻璃粉与锡粉、无机物、阻燃剂研磨为均匀的复合粉作为阻燃的核心材料。其积极的效果体现在：该母料用于塑料，在高温着火时，在高温初期（230℃）锡粉会熔化形成阻隔层；进一步温度升高时，低熔点玻璃粉逐步熔化，将无机粉粘结为无机阻隔层，从而阻隔氧防止聚合物的燃烧实现阻燃的目的。

另外，本发明将玻璃粉与锡粉、无机物、阻燃剂研磨组成的复合粉经过聚乙烯蜡浆状化分散处理，使得体系变为浆状，在浆状条件下搅拌的无机粉体表面处理效果、分散效果明显改善，最终在粒料中表现手感光泽、均匀、细腻，该阻燃母料用于塑料不会影响塑料的品质。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明作进一步的详细说明，但不应将此理解为本发明的范围仅限于以下的实例。在不脱离本发明上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本发明的范围内。

实施例1

一种熔融阻隔型阻燃塑料母料，所述熔融阻隔型阻燃塑料母料包括重量份数的如下组分：40份的无机阻燃组合物，10份的聚烯烃树脂（低密度聚乙烯1I50A），20份的聚乙烯蜡，3份的偶联剂（乙烯基三乙氧基硅烷），1份的相容剂（马来酸酐接枝聚乙烯），0.01份的抗氧化剂（亚磷酸脂抗氧化剂）；无机阻燃复合物由低熔点玻璃粉、锡粉、滑石粉、无机阻燃剂以质量比100：10:15:20配制而成；

所述低熔点玻璃粉由25份的三氧化二铋，35份的氧化锌，10份的三氧化二硼，0.5份的三氧化二钇，1份的三氧化钨，0.5份的二氧化钛，0.5份的二氧化锡，4份的二氧化硅，4份的三氧化二铝烧制而成。

无机阻燃剂由三氧化二锑、硼酸锌和氢氧化镁按照质量比为1：3：8混合得到。

熔融阻隔型阻燃塑料母料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将无机阻燃组合物的原料按照上述重量份配比加入研磨机中研磨分散，得到粒径小于5μm的无机阻燃组合物待用；

步骤二、将步骤一中的无机阻燃组合物和聚乙烯蜡加热至80℃后，在反应釜中搅拌60min，再按照上述重量份的配比加入聚烯烃树脂、偶联剂、相容剂和抗氧化剂，搅拌分散均匀后出料，得到预熔融物料待用；

步骤三、将步骤二中的预熔融物料加入同向双螺杆挤出机中，在110℃下熔融挤出造粒，得到熔融阻隔型阻燃塑料母料。

实施例2

一种熔融阻隔型阻燃塑料母料，所述熔融阻隔型阻燃塑料母料包括重量份数的如下组分： 60份的无机阻燃组合物， 25份的聚烯烃树脂（低密度聚乙烯 1F7B），30份的聚乙烯蜡，5份的偶联剂（乙烯基三硅烷），2份的相容剂（马来酸酐接枝聚乙烯），0.1份的抗氧化剂（亚磷酸脂抗氧化剂）；无机阻燃复合物由低熔点玻璃粉、锡粉、云母粉、无机阻燃剂以质量比100：10:15:20配制而成；

所述低熔点玻璃粉由25份的三氧化二铋，35份的氧化锌，10份的三氧化二硼，0.5份的三氧化二钇，1份的三氧化钨，0.5份的二氧化钛，0.5份的二氧化锡，4份的二氧化硅，4份的三氧化二铝烧制而成。

无机阻燃剂由三氧化二锑、硼酸锌和氢氧化镁按照质量比为1：2：4混合得到。

上述熔融阻隔型阻燃塑料母料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将无机阻燃组合物的原料按照上述重量份配比加入研磨机中研磨分散，得到粒径小于5μm的无机阻燃组合物待用；

步骤二、将步骤一中的无机阻燃组合物和聚乙烯蜡加热至120℃后，在反应釜中搅拌30min，再按照上述重量份的配比加入聚烯烃树脂、偶联剂、相容剂和抗氧化剂，搅拌分散均匀后出料，得到预熔融物料待用；

步骤三、将步骤二中的预熔融物料加入同向双螺杆挤出机中，在130℃下熔融挤出造粒，得到熔融阻隔型阻燃塑料母料。

实施例3

一种熔融阻隔型阻燃塑料母料，所述熔融阻隔型阻燃塑料母料包括重量份数的如下组分：48份的无机阻燃组合物，15份的聚烯烃树脂（低密度聚乙烯LD100），24份的聚乙烯蜡，4份的偶联剂（乙烯基三乙氧基硅烷），1份的相容剂（马来酸酐接枝聚乙烯），0.05份的抗氧化剂（亚磷酸脂抗氧化剂）；无机阻燃复合物由低熔点玻璃粉、锡粉、滑石粉、无机阻燃剂以质量比100：10:15:20配制而成；

所述低熔点玻璃粉由25份的三氧化二铋，35份的氧化锌，10份的三氧化二硼，0.5份的三氧化二钇，1份的三氧化钨，0.5份的二氧化钛，0.5份的二氧化锡，4份的二氧化硅，4份的三氧化二铝烧制而成。

无机阻燃剂由三氧化二锑、五氧化二锑和氢氧化镁按照质量比为1:2:5混合得到。

上述熔融阻隔型阻燃塑料母料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将无机阻燃组合物的原料按照上述重量份配比加入研磨机中研磨分散，得到粒径小于5μm的无机阻燃组合物待用；

步骤二、将步骤一中的无机阻燃组合物和聚乙烯蜡加热至110℃后，在反应釜中搅拌50min，再按照上述重量份的配比加入聚烯烃树脂、偶联剂、相容剂和抗氧化剂，搅拌分散均匀后出料，得到预熔融物料待用；

步骤三、将步骤二中的预熔融物料加入同向双螺杆挤出机中，在120℃下熔融挤出造粒，得到熔融阻隔型阻燃塑料母料。

实施例4

一种熔融阻隔型阻燃塑料母料，所述熔融阻隔型阻燃塑料母料包括重量份数的如下组分：52份的无机阻燃组合物，20份的聚烯烃树脂（低密度聚乙烯LD450），20~30份的聚乙烯蜡，5份的偶联剂（乙烯基三乙氧基硅烷），2份的相容剂（马来酸酐接枝聚乙烯），0.1份的抗氧化剂（亚磷酸脂抗氧化剂）；无机阻燃复合物由低熔点玻璃粉、锡粉、硫酸钡、无机阻燃剂以质量比100：10:15:20配制而成；

所述低熔点玻璃粉由25份的三氧化二铋，35份的氧化锌，10份的三氧化二硼，0.5份的三氧化二钇，1份的三氧化钨，0.5份的二氧化钛，0.5份的二氧化锡，4份的二氧化硅，4份的三氧化二铝烧制而成。

无机阻燃剂由三氧化二锑、五氧化二锑和氢氧化镁按照质量比为1:2:5混合得到。

上述熔融阻隔型阻燃塑料母料的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将无机阻燃组合物的原料按照上述重量份配比加入研磨机中研磨分散，得到粒径小于5μm的无机阻燃组合物待用；

步骤二、将步骤一中的无机阻燃组合物和聚乙烯蜡加热至100℃后，在反应釜中搅拌40min，再按照上述重量份的配比加入聚烯烃树脂、偶联剂、相容剂和抗氧化剂，搅拌分散均匀后出料，得到预熔融物料待用；

步骤三、将步骤二中的预熔融物料加入同向双螺杆挤出机中，在120℃下熔融挤出造粒，得到熔融阻隔型阻燃塑料母料。

对比例1

对比例1：相比与实施例1，对比例1的复合粉中没有使用锡粉。由于阻燃母料缺少锡粉，在燃烧初期没有锡粉熔融粘接无机形成阻隔层，因此阻燃效果明显降低。

对比例2

对比例2：相比与实施例1，对比例2的复合粉没有使用低熔点玻璃粉。由于阻燃母料缺少低温热熔的玻璃粉，在燃烧时难以将无机粉体粘合成阻隔层，因此阻燃效果明显降低。

将实施例1~实施例4以及对比例1~对比例2制备得到的熔融阻隔型阻燃塑料母料分别与聚丙烯按照质量比1:4复合制样，测试UL 94阻燃垂直燃烧等级；如表1所示。

按照GB/T2406-1993测试极限氧指数；如表1所示。

表1：

性能测试

实施例1

实施例2

实施例3

实施例4

对比例1

对比例2

垂直燃烧级别

V0

V0

V0

V0

V1

V2

氧指数（%）

33

33

36

34

25

27

Claims (5)

1.一种熔融阻隔型阻燃塑料母料，其特征是：所述熔融阻隔型阻燃塑料母料包括重量份数的如下组分：40~60份的无机阻燃组合物，10~25份的聚烯烃树脂，20~30份的聚乙烯蜡，3~5份的偶联剂，1~2份的相容剂，0.01~0.1份的抗氧化剂；其中，无机阻燃复合物由低熔点玻璃粉、锡粉、无机填料、无机阻燃剂以质量比100：10:15:20配制而成；所述低熔点玻璃粉的熔点为400~500℃。

2.根据权利要求1所述一种熔融阻隔型阻燃塑料母料，其特征是：所述无机阻燃剂为三氧化二锑、五氧化二锑、硼酸锌、氢氧化镁中的至少一种；所述无机填充剂为滑石粉、硫酸钡、云母粉、高岭土中的至少一种。

3.根据权利要求1所述一种熔融阻隔型阻燃塑料母料，其特征是：所述低熔点玻璃粉由如下重量份的原料烧制而得：25~35份的三氧化二铋，35~45份的氧化锌，10~20份的三氧化二硼，0.5~1.5份的三氧化二钇，1~3份的三氧化钨，0.5~1.5份的二氧化钛，0.5~1.5份的二氧化锡，4~6份的二氧化硅，4~6份的三氧化二铝。

4.根据权利要求1所述一种熔融阻隔型阻燃塑料母料，其特征是：所述聚烯烃树脂为低密度聚乙烯1I50A、低密度聚乙烯 1F7B、低密度聚乙烯LD100、低密度聚乙烯LD450中的至少一种；所述偶联剂为乙烯基三乙氧基硅烷、乙烯基三硅烷、 γ-甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷、γ-胺丙基三乙氧基硅烷、N-β-（胺乙基）-γ- 胺丙基-三甲氧基硅烷、β-（3，4-氧撑环己基）-乙基三甲氧基硅烷、γ-缩水甘油氧丙基三甲氧基硅烷、γ-脲丙基三乙氧基硅烷、γ-巯丙基三甲氧基硅烷中的至少一种；所述相容剂为马来酸酐接枝聚乙烯；所述抗氧化剂为亚磷酸脂抗氧化剂。

5.如权利要求1-4任一项所述熔融阻隔型阻燃塑料母料的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、将无机阻燃组合物的原料按照上述重量份配比加入研磨机中研磨分散，得到粒径小于5μm的无机阻燃组合物待用；

步骤二、将步骤一中的无机阻燃组合物和聚乙烯蜡加热至80~120℃后，在反应釜中搅拌至少30min，再按照上述重量份的配比加入聚烯烃树脂、偶联剂、相容剂和抗氧化剂，搅拌分散均匀后出料，得到预熔融物料待用；

步骤三、将步骤二中的预熔融物料加入同向双螺杆挤出机中，在100~130℃下熔融挤出造粒，得到熔融阻隔型阻燃塑料母料母料。