CN112029189A - 一种无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无卤阻燃聚丙烯复合材料,包含以下重量份的成分:聚丙烯树脂65‑85份、有机硅阻燃剂3‑10份、氮磷系阻燃剂2‑20份、氢氧化物阻燃剂2‑8份。本发明的无卤阻燃聚丙烯复合材料具有无毒、低烟和低热释放的特点,符合安全环保的要求;其中,有机硅阻燃剂在燃烧过程中起到支撑骨架作用,与聚丙烯树脂高温降解形成了含有SI、MG、C的陶瓷状的无机碳层,有效阻隔了热量和可燃性气体的渗透;氮磷系阻燃剂提高了阻燃效率;而氢氧化物阻燃剂在高温下分解反应时释放出大量的水蒸气,吸收了大量的热量,进而降低了燃烧温度和热释放速率。同时,本发明还公开一种所述无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法,尤其是一种无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯作为第二大通用塑料,广泛应用于汽车和家电、家具装修等领域。随着生活水平的提高及安全意识和环保意识的增强,对环保阻燃聚丙烯的需求越来越大。传统溴系阻燃剂阻燃效率高,但是由于其为气相阻燃机理,导致氧指数不高,燃烧时烟密度大,释放出大量的有毒卤化氢气体,对于公共场所和车辆等密闭环境中不适用。而普通的膨胀型阻燃体系和氢氧化物阻燃剂阻燃效率低,添加量需要很大,加工窗口窄,阻燃剂与树脂基体相容性差,导致材料机械性能下降。
有机硅阻燃剂是近年来发展的一种新型高效、低毒、防熔滴、环境友好的无卤阻燃剂,也是一种成炭型抑烟剂。有机硅阻燃剂在赋予基材优异的阻燃性能之外,还能改善基材的加工性能、耐热性能等,但是其价格高昂,应用受到一定限制。
发明内容
基于此,本发明的目的在于克服上述现有技术的不足之处而提供一种廉价、环保、阻燃效果好、低烟、具有优良机械性能的无卤阻燃聚丙烯复合材料。
为实现上述目的,本发明所采取的技术方案为:一种无卤阻燃聚丙烯复合材料,包含以下重量份的成分:聚丙烯树脂65-85份、有机硅阻燃剂3-10份、氮磷系阻燃剂2-20份和氢氧化物阻燃剂2-8份。
本发明的无卤阻燃聚丙烯复合材料在热降解或燃烧过程中,有机硅阻燃剂在燃烧过程中起到支撑骨架作用,与聚丙烯树脂高温降解形成了含有SI、MG、C的陶瓷状的无机碳层,有效阻隔了热量和可燃性气体的渗透;氮磷系阻燃剂提高了阻燃效率;而氢氧化物阻燃剂在高温下分解反应时释放出大量的水蒸气,吸收了大量的热量,进而降低了燃烧温度和热释放速率;因此,本发明所述无卤阻燃聚丙烯复合材料具有廉价、环保、阻燃效果好、机械性能优良、无毒、低烟、低热释放的特点,完全符合安全环保的要求,阻燃等级可以达到UL94V-0级,氧指数高达38%,烟密度为75以下。
优选地,所述有机硅阻燃剂为有机硅氧烷聚合物、杂链有机硅聚合物中的至少一种。其中,所述有机硅氧烷聚合物可以包括硅树脂、硅橡胶等,所述杂链有机硅聚合物可以包括有机硅氮烷,但是不限于此。
更优选地,所述有机硅阻燃剂为有机硅氧烷聚合物,所述有机硅氧烷聚合物的重均分子量大于20000。
优选地,所述氮磷系阻燃剂为三聚氰胺聚磷酸盐、重均分子量大于1500的高分子聚磷酸铵、微胶囊包覆红磷阻燃剂、微胶囊三聚氰胺氰尿酸盐中的至少一种。
更优选地,所述氮磷系阻燃剂的粒径D90为0.1~100μm。这一选择可以更好的使氮磷系阻燃剂分散,提高阻燃效率。
更优选地,所述氮磷系阻燃剂的粒径D90为0.1~7μm。
更优选地,所述氮磷系阻燃剂为微胶囊三聚氰胺氰尿酸盐,所述氮磷系阻燃剂的粒径D90为0.1~6μm。该粒径范围的氮磷系阻燃剂,具有更好的成炭效果和阻燃效率。
优选地,所述氢氧化物阻燃剂为沉淀超细氢氧化镁、沉淀超细氢氧化铝中的至少一种,所述氢氧化物阻燃剂的粒径D50为1.0~3.0μm。
更优选地,所述氢氧化物阻燃剂为沉淀超细氢氧化镁。沉淀超细氢氧化镁在树脂中的分散效果更好,可以更好的发挥阻燃效果。
优选地,所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的至少一种,所述聚丙烯树脂在230℃、2.16kg的条件下测得的熔体流动速率为0.5-100g/10min。
更优选地,所述聚丙烯树脂为采用氢调法生产、且TVOC不大于50μgC/g的聚丙烯树脂;这一聚丙烯树脂具有更好的力学性能,环保性能更优。
同时,本发明还提供一种所述无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法,所述方法为:
将聚丙烯树脂、有机硅阻燃剂、氮磷系阻燃剂加入到混合机中混合均匀,然后加入氢氧化物阻燃剂进行混合,得到混合均匀的物料,将混合均匀的物料进行挤出、造粒,即得所述无卤阻燃聚丙烯复合材料。
优选地,所述混合机为高速混合机,所述混合机的转速不小于600r/min。
优选地,所述挤出通过双螺杆挤出机进行,所述双螺杆挤出机的长径比为(40-52):1,所述双螺杆挤出机的熔融段温度为170-230℃。
优选地,所述造粒通过造粒机进行,所述造粒机具有干燥和分级的功能。
相对于现有技术,本发明的有益效果为:
1、有机硅阻燃剂在燃烧过程中起到支撑骨架作用,与聚丙烯树脂高温降解形成了含有SI、MG、C的陶瓷状的无机碳层,有效阻隔了热量和可燃性气体的渗透,阻燃性能好,可以达到V-0级别;
2、有机硅阻燃剂、氮磷系阻燃剂和氢氧化物阻燃剂发挥协同增效作用,提高了阻燃效率,降低了阻燃剂用量,材料成本低,经济效益好;
3、燃烧时无有毒气体产生,烟密度低、安全环保、氧指数高、热释放速率低;阻燃等级可以达到UL94 V-0级,氧指数高达38%,烟密度为75以下。
4、材料力学性能好,应用范围广,可广泛用于挤出汽车波纹管,注塑家用电器外壳,电控盒,蓄电池外壳等领域。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点,下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
本申请实施例中用到的成分信息如下:
共聚聚丙烯:牌号为PP K8303;中石化;230℃、2.16kg的熔体流动速率为2.5g/10min;
均聚聚丙烯:牌号为PP Z30S;中石化;230℃、2.16kg的熔体流动速率为25g/10min;
共聚聚丙烯:牌号为PP 4220;中石化;230℃、2.16kg的熔体流动速率为0.38g/10min;
有机硅氧烷聚合物:牌号为DOWSILTMRSN-0249;道康宁,有机硅氧烷聚合物的重均分子量大于20000;
杂链有机硅聚合物:牌号为DOWSILTMRSN-0804;道康宁;
微胶囊三聚氰胺氰尿酸盐:牌号为JLS-MC25;杭州捷尔思;粒径D90为3μm;
三聚氰胺聚磷酸盐:牌号为JLS-PNA;杭州捷尔思;粒径D90为5μm;
沉淀超细氢氧化镁:牌号为高纯超细氢氧化镁;西部矿业;粒径D50为2μm;
沉淀超细氢氧化铝:牌号为高纯超细氢氧化铝;西部矿业;粒径D50为3μm。
本发明所述无卤阻燃聚丙烯复合材料的9种实施例,实施例1~9中无卤阻燃聚丙烯复合材料的成分选择如表1所示,各成分含量选择如表2所示:
表1实施例1~9无卤阻燃聚丙烯复合材料的成分
表2实施例1~9无卤阻燃聚丙烯复合材料的各成分含量
将实施例1~9中所述无卤阻燃聚丙烯复合材料的各性能进行研究分析,具体性能测量方法及各性能分析研究结果如表3所示:
表3实施例1~9中无卤阻燃聚丙烯复合材料的各性能分析结果
从表3中可以看出,与对比例1相比,本申请所述无卤聚丙烯复合材料,除了具有高氧指数、低烟密度、阻燃V0等优良的阻燃性能,同时具有很好的力学性能。
将实施例2与实施例3对比可以看出,当所述有机硅阻燃剂为有机硅氧烷聚合物,且所述有机硅氧烷聚合物的重均分子量大于20000时,所得阻燃聚丙烯复合材料的拉伸强度更好,氧指数更高,烟密度更低;将实施例2与实施例6对比可以看出,当所述氮磷系阻燃剂为微胶囊三聚氰胺氰尿酸盐,且所述氮磷系阻燃剂的粒径D90为0.1~6μm时,所得阻燃聚丙烯复合材料的拉伸强度更好,氧指数更高,烟密度更低;将实施例4与实施例7对比可以看出,当所述氢氧化物阻燃剂为沉淀超细氢氧化镁时,所得阻燃聚丙烯复合材料的拉伸强度更好,氧指数更高,烟密度更低;将实施例8与实施例9对比可以看出,当所述聚丙烯树脂在230℃、2.16kg的条件下测得的熔体流动速率为0.5-100g/10min,所得阻燃聚丙烯复合材料的拉伸强度更好,氧指数更高,烟密度更低。
实施例10
本实施例设计对照组1~6,对照组1~6的阻燃聚丙烯复合材料中,除有机硅阻燃剂、氮磷系阻燃剂和氢氧化物阻燃剂三种成分的重量份不同外,其他成分及含量均与实施例6中相同,具体对照组1~6中有机硅阻燃剂、氮磷系阻燃剂和氢氧化物阻燃剂三种成分的重量份如表4所示:
表4对照组1~6中阻燃聚丙烯复合材料中有机硅阻燃剂、氮磷系阻燃剂和氢氧化物阻燃剂三种成分的重量份
组别 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
有机硅阻燃剂 | 30 | 0 | 0 | 0 | 10 | 20 |
氮磷系阻燃剂 | 0 | 30 | 0 | 20 | 0 | 0 |
氢氧化物阻燃剂 | 0 | 0 | 30 | 10 | 20 | 10 |
将对照组1~6中的阻燃聚丙烯复合材料按照表3中的性能测试方法对其性能进行具体的研究分析,研究分析结果如表5所示:
表5对照组1~6中无卤阻燃聚丙烯复合材料的各性能分析结果
由表5可看出,对照组1~6的阻燃聚丙烯复合材料中只含有有机硅阻燃剂、氮磷系阻燃剂和氢氧化物阻燃剂三种成分中的一种、两种,不具有很好的阻燃、烟密度低、氧指数高等效果。而从表3中可以看出,实施例1~9的阻燃聚丙烯复合材料含有有机硅阻燃剂、氮磷系阻燃剂和氢氧化物阻燃剂三种成分,具有很好的阻燃、烟密度低、氧指数高等效果。由此可证明,本发明的阻燃复合材料中,有机硅阻燃剂、氮磷系阻燃剂和氢氧化物阻燃剂三种成分具有相互促进、相互协同的作用,能够起到显著的阻燃效果。
最后所应当说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制,尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种无卤阻燃聚丙烯复合材料,其特征在于,包含以下重量份的成分:聚丙烯树脂65-85份、有机硅阻燃剂3-10份、氮磷系阻燃剂2-20份和氢氧化物阻燃剂2-8份。
2.如权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料,其特征在于,所述有机硅阻燃剂为有机硅氧烷聚合物、杂链有机硅聚合物中的至少一种。
3.如权利要求2所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料,其特征在于,所述有机硅阻燃剂为有机硅氧烷聚合物,所述有机硅氧烷聚合物的重均分子量大于20000。
4.如权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料,其特征在于,所述氮磷系阻燃剂为三聚氰胺聚磷酸盐、重均分子量大于1500的高分子聚磷酸铵、微胶囊包覆红磷阻燃剂、微胶囊三聚氰胺氰尿酸盐中的至少一种。
5.如权利要求4所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料,其特征在于,所述氮磷系阻燃剂的粒径D90为0.1~100μm。
6.如权利要求5所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料,其特征在于,所述氮磷系阻燃剂为微胶囊三聚氰胺氰尿酸盐,所述氮磷系阻燃剂的粒径D90为0.1~6μm。
7.如权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料,其特征在于,所述氢氧化物阻燃剂为沉淀超细氢氧化镁、沉淀超细氢氧化铝中的至少一种,所述氢氧化物阻燃剂的粒径D50为1.0~3.0μm。
8.如权利要求7所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料,其特征在于,所述氢氧化物阻燃剂为沉淀超细氢氧化镁。
9.如权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料,其特征在于,所述聚丙烯树脂为共聚聚丙烯、均聚聚丙烯中的至少一种,所述聚丙烯树脂在230℃、2.16kg的条件下测得的熔体流动速率为0.5-100g/10min。
10.一种如权利要求1~9任一项所述无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法,其特征在于,所述方法为:
将聚丙烯树脂、有机硅阻燃剂、氮磷系阻燃剂加入到混合机中混合均匀,然后加入氢氧化物阻燃剂进行混合,得到混合均匀的物料,将混合均匀的物料进行挤出造粒,得到所述无卤阻燃聚丙烯复合材料。
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201204 |
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