CN111748153A - 一种新型环保阻燃聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

一种新型环保阻燃聚丙烯材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种新型环保阻燃聚丙烯材料及其制备方法，其由如下组分按重量百分比制备而成：聚丙烯72.7‑89.6%、酪蛋白10‑25%、受阻胺光稳剂0.1‑0.8%、主抗氧剂0.1‑0.5%、辅抗氧剂0.1‑0.5%、加工助剂0.1‑0.5%。本发明制备的阻燃聚丙烯使用生物基材料酪蛋白作为阻燃剂，具有环保、无毒、高效的优点，等级可达UL94‑V2，氧指数可提高至32%，扩展了聚丙烯阻燃材料的改性方法。

Description

一种新型环保阻燃聚丙烯材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及高分子材料加工改性领域，具体是一种新型环保阻燃聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯由于其优异的综合性能以及低廉的价格，目前已广泛使用于汽车、电子电器等领域，随着新的应用领域不断增加，对聚丙烯的使用需求日益增加，如阻燃性能的需求日益增长。目前所用的阻燃剂主要为溴、锑类无机阻燃剂，但此类卤素阻燃剂的生产对环境的破坏较大，同时燃烧时危害人体健康。而氮磷类的无卤阻燃剂由于其结构成分，导致阻燃剂易吸水，在夏季空气潮湿的环境中，阻燃剂易析出，影响外观和改性材料的阻燃效果。
为克服以上缺点，本发明首次提出用生物材料酪蛋白作为阻燃剂添加至聚丙烯材料中，得到UL94-V2阻燃等级材料，同时可明显提高聚丙烯材料的氧指数。酪蛋白是一类含磷类结合蛋白，具有较高的磷、氮含量，在燃烧过程中，酪蛋白产生的小分子产物可以促进聚丙烯基体的分解，降低材料表面的初始分解温度，有助于材料熔滴而带走火焰热量；而这些降解产物同时将进一步参与成碳的形成过程，酪蛋白本身也会燃烧后产生碳层，残渣可保护基体，从而提高改性聚丙烯材料的高温热稳定性；酪蛋白燃烧过程中，酪蛋白的氨基首先降解，产生CO2和NH3气体，这些不可燃气体在燃烧物表面隔绝燃烧热量和燃烧。当燃烧一段时间后，温度达到250℃以上，酪蛋白中的侧基含氮基团的分解，产生NH3和H2O，从而保护基料。同时酪蛋白中磷酸的交联对改性聚丙烯材料的碳层形成起着协助作用。酪蛋白作为阻燃剂不同于传统阻燃剂阻燃方式，其在凝聚相和气相中同时作用，可单一地作为阻燃剂添加进聚丙烯材料中，具有环保、高效的优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型环保阻燃聚丙烯材料及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种新型环保阻燃聚丙烯材料，由如下组分按重量百分比制备而成：
聚丙烯72.7-89.6％
酪蛋白10-25％
受阻胺光稳剂0.1-0.8％
主抗氧剂0.1-0.5％
辅抗氧剂0.1-0.5％
加工助剂0.1-0.5％。
进一步方案，所述的聚丙烯材料为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯或两者的任意比例混合物。
所述的受阻胺光稳剂为UV944、V703、UV-3808PP5中的一种或几种混合物。
所述的主抗氧剂为1,3,5一三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)异氰尿酸酯、乙烯双(氧乙烯基)双[3-(5-叔丁基-4-羟基-间甲苯基)丙酸酯]、3,9-双[1,1-二甲基-2-[(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基]-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷中的至少一种。
所述的辅抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂。
所述的加工助剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌中的至少一种。
本发明的另一个发明目的在于提供上述新型环保阻燃聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：按重量百分比计，将聚丙烯72.7-89.6％、酪蛋白10-25％、受阻胺光稳剂0.1-0.8％、主抗氧剂0.1-0.5％、辅抗氧剂0.1-0.5％、加工助剂0.1-0.5％一起加入高速混合机中混合3-5分钟；将混合后的物料采用双螺杆挤出机进行熔融共混，温度180-210℃，螺杆转速为100-300r/min，通过螺杆剪切、混炼使各组分混合均匀，然后进行造粒、干燥制得新型环保阻燃聚丙烯材料。
本发明的有益效果：本发明提出用生物材料酪蛋白作为阻燃剂添加至聚丙烯材料中，得到UL94-V2阻燃等级材料，同时可明显提高聚丙烯材料的氧指数。酪蛋白是一类含磷类结合蛋白，具有较高的磷、氮含量，在燃烧过程中，酪蛋白产生的小分子产物可以促进聚丙烯基体的分解，降低材料表面的初始分解温度，有助于材料熔滴而带走火焰热量；而这些降解产物同时将进一步参与成碳的形成过程，酪蛋白本身也会燃烧后产生碳层，残渣可保护基体，从而提高改性聚丙烯材料的高温热稳定性；酪蛋白燃烧过程中，酪蛋白的氨基首先降解，产生CO2和NH3气体，这些不可燃气体在燃烧物表面隔绝燃烧热量和燃烧。当燃烧一段时间后，温度达到250℃以上，酪蛋白中的侧基含氮基团的分解，产生NH3和H2O，从而保护基料。同时酪蛋白中磷酸的交联对改性聚丙烯材料的碳层形成起着协助作用。酪蛋白作为阻燃剂不同于传统阻燃剂阻燃方式，其在凝聚相和气相中同时作用，可单一地作为阻燃剂添加进聚丙烯材料中，具有环保、高效的优点。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细描述。
下述实施例中酪蛋白的为市售CAS号9000-71-9的产品。
如无特别说明，下述实施例中％均表示重量百分比。
实施例1
将共聚聚丙烯83.7％、酪蛋白15％、受阻胺光稳剂UV944 0.4％、主抗氧剂1,3,5一三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)异氰尿酸酯0.3％、亚磷酸酯类抗氧剂0.3％、硬脂酸钙0.3％，以上各组分按比例配料，然后在高速混合机中混合4分钟，将混合后的物料采用双螺杆挤出机进行熔融共混，温度200℃，螺杆转速为200r/min，通过螺杆剪切、混炼使各组分混合均匀，然后进行造粒、干燥制得。
实施例2
将均聚聚丙烯78.8％、酪蛋白20％、受阻胺光稳剂V703 0.6％、主抗氧剂乙烯双(氧乙烯基)双[3-(5-叔丁基-4-羟基-间甲苯基)丙酸酯]0.2％、亚磷酸酯类抗氧剂0.2％、硬脂酸锌0.2％，以上各组分按比例配料，然后在高速混合机中混合4分钟，将混合后的物料采用双螺杆挤出机进行熔融共混，温度190℃，螺杆转速为260r/min，通过螺杆剪切、混炼使各组分混合均匀，然后进行造粒、干燥制得。
实施例3
将共聚聚丙烯26.3％、均聚聚丙烯50％、酪蛋白22％、受阻胺光稳剂UV-3808PP50.5％、主抗氧剂3,9-双[1,1-二甲基-2-[(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基]-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷0.4％、亚磷酸酯类抗氧剂0.4％、硬脂酸锌0.2％、硬脂酸钙0.2％，以上各组分按比例配料，然后在高速混合机中混合3分钟，将混合后的物料采用双螺杆挤出机进行熔融共混，温度200℃，螺杆转速为180r/min，通过螺杆剪切、混炼使各组分混合均匀，然后进行造粒、干燥制得。
实施例4
将共聚聚丙烯19.6％、均聚聚丙烯70％、酪蛋白10％、受阻胺光稳剂UV-3808PP50.1％、主抗氧剂1,3,5一三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)异氰尿酸酯0.1％、亚磷酸酯类抗氧剂0.1％、硬脂酸锌0.1％，以上各组分按比例配料，然后在高速混合机中混合3分钟，将混合后的物料采用双螺杆挤出机进行熔融共混，温度180℃，螺杆转速为100r/min，通过螺杆剪切、混炼使各组分混合均匀，然后进行造粒、干燥制得。
实施例5
均聚聚丙烯72.7％、酪蛋白25％、受阻胺光稳剂V703 0.8％、主抗氧剂1,3,5一三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)异氰尿酸酯0.2％、乙烯双(氧乙烯基)双[3-(5-叔丁基-4-羟基-间甲苯基)丙酸酯]0.3％、亚磷酸酯类抗氧剂0.5％、硬脂酸锌0.5％，以上各组分按比例配料，然后在高速混合机中混合5分钟，将混合后的物料采用双螺杆挤出机进行熔融共混，温度210℃，螺杆转速为300r/min，通过螺杆剪切、混炼使各组分混合均匀，然后进行造粒、干燥制得。
性能测试：
以上实施例制备的改性聚丙烯材料按照UL94方法测试阻燃等级，按照GB2406标准测试氧指数，拉伸强度测试：GB/T1040测试标准；弯曲强度测试：GB/T9341；缺口冲击强度测试：GB/T1843测试标准。结果如下表1所示：
表1
Figure BDA0002010985910000051
由上表1所见，本发明中使用酪蛋白作为阻燃剂来改性聚丙烯材料，可达到阻燃效果，同时提高材料氧指数，为聚丙烯阻燃改性领域提供了新方法。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对实施案例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施案例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种新型环保阻燃聚丙烯材料，其特征在于：由如下组分按重量百分比制备而成：
聚丙烯72.7-89.6%
酪蛋白10-25%
受阻胺光稳剂0.1-0.8%
主抗氧剂0.1-0.5%
辅抗氧剂0.1-0.5%
加工助剂0.1-0.5%。
2.如权利要求1所述的新型环保阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述的聚丙烯材料为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯或两者的任意比例混合物。
3.如权利要求1所述的新型环保阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述的受阻胺光稳剂为UV944、V703、UV-3808PP5中的一种或几种混合物。
4.如权利要求1所述的新型环保阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述的主抗氧剂为1,3,5一三(4-叔丁基-3-羟基-2,6-二甲基苄基)异氰尿酸酯、乙烯双(氧乙烯基)双[3-(5-叔丁基-4-羟基-间甲苯基)丙酸酯]、3,9-双[1,1-二甲基-2-[(3-叔丁基-4-羟基-5-甲基苯基)丙酰氧基]乙基]-2,4,8,10-四氧杂螺[5.5]十一烷中的至少一种。
5.如权利要求1所述的新型环保阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述的辅抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂。
6.如权利要求1所述的新型环保阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述的加工助剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌中的至少一种。
7.如权利要求1-6任一项所述的新型环保阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：按重量百分比计，将聚丙烯72.7-89.6%、酪蛋白10-25%、受阻胺光稳剂0.1-0.8%、主抗氧剂0.1-0.5%、辅抗氧剂0.1-0.5%、加工助剂0.1-0.5%一起加入高速混合机中混合3-5分钟；将混合后的物料采用双螺杆挤出机进行熔融共混，温度180-210℃，螺杆转速为100-300r/min，通过螺杆剪切、混炼使各组分混合均匀，然后进行造粒、干燥制得新型环保阻燃聚丙烯材料。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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