CN111635628A - 一种采用废旧渔网丝再生料制备的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料 - Google Patents

一种采用废旧渔网丝再生料制备的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种采用废旧渔网丝再生料制备的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料，以重量百分比计，原料组成包括：PA6渔网丝再生料35～65％，氮系阻燃剂8～20％，短切玻璃纤维15～40％，抗氧剂0.1～1.2％，润滑剂0.1～0.7％，抗析出抑制剂0.1～0.8％；氮系阻燃剂为三聚氰胺氰尿酸盐；抗析出抑制剂为聚氨酯扩链剂；所述耐析出氮系阻燃尼龙复合材料的制备方法包括步骤：将除氮系阻燃剂外的各原料组分按配比混合均匀，所得混合物料通过双螺杆挤出机的主喂料口喂入，氮系阻燃剂从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经挤出、造粒得到耐析出氮系阻燃尼龙复合材料。本发明提供的氮系尼龙复合材料，成本低、耐析出且还有较好的综合性能。

Description

一种采用废旧渔网丝再生料制备的耐析出氮系阻燃尼龙复合 材料
技术领域
本发明涉及无卤阻燃聚酰胺制造技术领域，具体涉及一种采用废旧渔网丝再生料制备的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料。
背景技术
每年有大量的废弃捕渔网(其中大部分是PA6渔网)产生，而随着人类对环境保护的越来越重视，废渔网等可再生材料的回收利用也一直是市场关注的焦点。
目前，市场上氮系阻燃尼龙选用的基材以PA6新料切片为主，且一般研究的领域主要针对阻燃剂的析出，关于对回料基体树脂的析出研究的报道较少。用尼龙回料进行阻燃改性因为基体树脂是经过环境老化侵蚀，这种材料在改性过程中更易降解，最终表现为材料在注塑加工过程中析出严重。
公开号为CN 109467925A的中国专利文献中公开了一种耐湿热老化析出的无卤阻燃型尼龙复合材料，该材料主要包含尼龙树脂30～80wt％、阻燃剂析出抑制剂1～10wt％、填充剂5～50wt％、次磷酸盐1～30wt％、三聚氰胺衍生物1～15wt％、硼酸盐1～10wt％和助剂0.1～5wt％。该配方主要是通过向次磷酸盐阻燃的尼龙体系中引入能够限制尼龙分子链运动的物质，降低水分等小分子进出树脂基体，减少或避免阻燃剂在使用过程中析出，使用阻燃剂析出抑制剂在挤出过程中能产生水等能够使尼龙分子链断裂的物质，其能够有效降低阻燃剂在挤出过程中的受剪切导致的分解，但该专利技术只是针对抑制阻燃剂析出。
公开号为CN 104231622A的中国专利文献中公开了一种低析出阻燃聚酰胺组合物及其制备方法，该发明主要包含尼龙树脂20～70％、主阻燃剂10～30％、阻燃协效剂0～15％、无碱玻纤10～40％、抗氧剂0～1％、润滑剂0～2％。所述主阻燃剂为溴系阻燃剂；所述阻燃协效剂为三氧化二锑母粒、硼酸锌、二氧化硅和金属氧化物的复合物的一种或一种以上的混合物；所述润滑剂为高分子量高分散性润滑剂，包括聚乙烯蜡、改性PE蜡、OP蜡和褐煤蜡中的一种。该专利技术主要针对溴系阻燃材料，抑制溴化聚苯乙烯析出小分子物质。
发明内容
针对渔网丝再生料重复利用制备尼龙阻燃改性过程中易降解产生较多的低聚物进而导致在高温注塑时析出严重的问题，本发明提供了一种采用废旧渔网丝再生料制备的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料，采用有利于循环经济的再生料，所得复合材料性能优良，成本低廉，利于资源再生利用，具有广阔的市场前景。
一种采用废旧渔网丝再生料制备的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料，以重量百分比计，原料组成包括：
Figure BDA0002488779150000021
所述抗析出抑制剂为聚氨酯扩链剂；
所述耐析出氮系阻燃尼龙复合材料的制备方法包括步骤：将除氮系阻燃剂外的各原料组分按配比混合均匀，所得混合物料通过双螺杆挤出机的主喂料口喂入，氮系阻燃剂从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经挤出、造粒得到所述耐析出氮系阻燃尼龙复合材料。
本发明针对复配三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂的低成本增强PA6再生料体系，意外发现加入特定比例的聚氨酯扩链剂配合优化的特殊制备工艺，互相协同可最大程度地提高材料的抗冲击性能、热稳定性和耐析出性，在注塑加工过程中同时解决了三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂的析出问题和PA再生料基体树脂的析出问题。
本发明采用的聚氨酯扩链剂虽然属于扩链剂范畴，但相比于聚碳酸酯、芳香尼龙、半芳香尼龙、环氧树脂等其它扩链剂，更适用于本发明的复配三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂的增强PA6再生料体系，所需聚氨酯扩链剂的添加量更少，且所得材料的综合理化性能、高温稳定性、耐析出性能更加。作为优选，所述抗析出抑制剂在原料中的重量百分比为0.15～0.35％。
作为优选，所述PA6渔网丝再生料为PA6渔网丝回收造粒料且使用前经过100℃烘干24h的除水分处理，尽可能地降低PA6渔网丝再生料中的水分，从而避免过多水分导致PA6渔网丝再生料在高温加工过程中的水解析出。
作为优选，所述氮系阻燃剂在原料中的重量百分比为12～15％，有利于进一步提高所得材料的耐析出性能，降低高温注塑加工过程中基体树脂的析出。
作为优选，所述短切玻璃纤维为用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中至少一种处理过的玻璃纤维，长度为3.0～4.5mm，使所得材料具备优异的综合理化性能。使用上述优选短切玻璃纤维时，所述短切玻璃纤维在原料中的重量百分比进一步优选为25～30％，可降低成本的同时进一步提高综合理化性能，具有最佳的性价比。
作为优选，所述抗氧剂为N,N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺(抗氧剂1098)、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯(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)中的至少一种。
作为优选，所述抗氧剂由重量比为1:1的主抗氧剂和辅助抗氧剂组成，所述主抗氧剂为N,N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺，所述辅助抗氧剂为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和/或四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。经研究发现，上述优选抗氧剂种类配方虽然对回收基体树脂在加工中有一定的稳定作用，但较多的加入量反而会导致材料在高温加工过程中的析出加剧。因此，在上述优选抗氧剂种类配方条件下，所述抗氧剂在原料中的重量百分比进一步优选为0.4～0.9％，实现材料优异耐析出性能的同时保证材料的低成本和经济性。
作为优选，所述润滑剂为硬脂酸钙、改性乙撑双脂肪酸酰胺(TAF)、乙烯-丙烯酸共聚物中的至少一种。当选用上述优选种类的润滑剂时，所述润滑剂在原料中的重量百分比进一步优选为0.3～0.5％，可进一步提升材料的加工时的脱模性能和外观。
作为优选，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1，主机转速为300～350rpm，所述双螺杆挤出机各温区的温度设置为：一区：225℃，二区至四区：230℃，五区：215℃，六区：205℃，七区：195℃，八区至九区：175℃，模头：225℃；
所述氮系阻燃剂从第五温区侧喂加入。
本发明制备方法通过优选螺杆长径比和主机转速减少对回料基体树脂的剪切，降低析出，并通过对各温区的精确设置以及对MCA加入位置的严格控制，尽可能减少回料基体树脂和MCA的分解，从而进一步提高材料的抗冲击性能、热稳定性和耐析出性。
在以上优选原料组分种类和比例下，配合上述优选制备工艺条件参数，可进一步提高所得材料的抗冲击性能、热稳定性和耐析出性。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：
1、本发明通过添加聚氨酯扩链剂，其与回料基体树脂的端基发生化学反应，增大熔融粘度，降低熔融指数，改良渔网丝再生料的加工性能，大幅降低渔网丝再生料加工过程中的降解，提高材料的抗冲击性能、热稳定性和耐析出性。
2、本发明在优化配方后进一步改良制备工艺，将三聚氰胺氰尿酸盐从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，避免MCA从主喂料加入时在高温和塑化段高剪切作用下产生分解。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的操作方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。
下述各实施例和对比例的原料中，PA6渔网丝再生料为PA6渔网丝回收造粒料且使用前经过100℃烘干24h的除水分处理，MCA厂家来源为合肥精汇，短切玻璃纤维为用硅烷偶联剂处理过的玻璃纤维，长度为3.0～4.5mm。聚氨酯扩链剂采用BASF聚氨酯扩链剂ADR-4400，各原料组分添加量如表1所示，如无特殊说明，均按重量份添加。
对比例1和实施例1～7的材料制备方法包括步骤：将除MCA外的各原料组分按配比混合均匀，所得混合物料通过双螺杆挤出机的主喂料口喂入，MCA从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经挤出、造粒得到氮系阻燃尼龙复合材料。所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1，主机转速为300～350rpm，所述双螺杆挤出机各温区的温度设置为：一区：225℃，二区至四区：230℃，五区：215℃，六区：205℃，七区：195℃，八区至九区：175℃，模头：225℃；MCA从第五温区侧喂加入。
对比例2的材料制备方法与对比例1相比，区别仅在于MCA与其它原料一起混匀后全部从主喂料口加入双螺杆挤出机中，其余步骤、条件参数均相同。
各实施例和对比例所得材料的性能测试结果如表2、3所示，其中熔指数据四舍五入保留至个位。
表1
Figure BDA0002488779150000051
表2
Figure BDA0002488779150000061
表3
Figure BDA0002488779150000062
比较对比例1、2可知，相同配方条件下，对比例1侧喂料加MCA制得的复合材料的熔指仅30g/10min，而对比例2主喂料加MCA制得复合材料的熔指却有34g/10min，可见对比例1所得材料的热稳定性和耐析出性能明显优于对比例2的材料。本发明制备方法采用侧喂料添加MCA可以有效降低复合材料生产时的降解和析出，得到低熔指的复合材料。
比较实施例2～7可知，环氧树脂扩链剂和聚氨酯扩链剂ADR-4400的引入可以明显降低所得材料的熔指，且实施例5～7所得材料的熔指比实施例2～4的材料熔指更低，说明对于本发明的复配三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂的低成本增强PA6再生料体系，聚氨酯扩链剂可以明显减少复合材料加工过程中的降解，增加材料的熔体粘度，提高材料的热稳定性和耐析出性能，且效果优于环氧树脂。此外，当扩链剂添加量到达一定量后，进一步增加扩链剂比例对熔指的影响不大。
通过表2得知，与环氧树脂扩链剂相比，本发明的复配三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂的低成本增强PA6再生料体系中，当聚氨酯扩链剂ADR-4400添加比例达到0.15％时已经能达到最好的综合理化性能，具有优异的抗冲击性能，继续添加时复合材料性能变化不明显。
通过表3的热重分析(TGA)测试结果分析对比可知，与环氧树脂扩链剂相比，聚氨酯扩链剂ADR-4400的添加使得复合材料的热分解温度明显提高，所得材料具有优异的热稳定性和耐析出性能，添加比例为0.15wt％时已经达到满意的效果，0.25wt％的添加比例效果最好，再增加添加比例效果增加不明显。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种采用废旧渔网丝再生料制备的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料，其特征在于，以重量百分比计，原料组成包括：
Figure FDA0002488779140000011
所述氮系阻燃剂为三聚氰胺氰尿酸盐；
所述抗析出抑制剂为聚氨酯扩链剂；
所述耐析出氮系阻燃尼龙复合材料的制备方法包括步骤：将除氮系阻燃剂外的各原料组分按配比混合均匀，所得混合物料通过双螺杆挤出机的主喂料口喂入，氮系阻燃剂从双螺杆挤出机的侧喂料口加入，经挤出、造粒得到所述耐析出氮系阻燃尼龙复合材料。
2.根据权利要求1所述的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料，其特征在于，所述PA6渔网丝再生料为PA6渔网丝回收造粒料且使用前经过100℃烘干24h的除水分处理。
3.根据权利要求1所述的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料，其特征在于，所述氮系阻燃剂在原料中的重量百分比为12～15％。
4.根据权利要求1所述的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料，其特征在于，所述短切玻璃纤维为用硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、铝酸酯偶联剂中至少一种处理过的玻璃纤维，长度为3.0～4.5mm。
5.根据权利要求1或4所述的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料，其特征在于，所述短切玻璃纤维在原料中的重量百分比为25～30％。
6.根据权利要求1所述的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为N,N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺、三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯、四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的至少一种。
7.根据权利要求1或6所述的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料，其特征在于，所述抗氧剂由重量比为1:1的主抗氧剂和辅助抗氧剂组成，所述主抗氧剂为N,N-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺，所述辅助抗氧剂为三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯和/或四[β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；
所述抗氧剂在原料中的重量百分比为0.4～0.9％。
8.根据权利要求1所述的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙、改性乙撑双脂肪酸酰胺、乙烯-丙烯酸共聚物中的至少一种；
所述润滑剂在原料中的重量百分比为0.3～0.5％。
9.根据权利要求1所述的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料，其特征在于，所述抗析出抑制剂在原料中的重量百分比为0.15～0.35％。
10.根据权利要求1所述的耐析出氮系阻燃尼龙复合材料，其特征在于，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为40:1，主机转速为300～350rpm，所述双螺杆挤出机各温区的温度设置为：一区：225℃，二区至四区：230℃，五区：215℃，六区：205℃，七区：195℃，八区至九区：175℃，模头：225℃；
所述氮系阻燃剂从第五温区侧喂加入。
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