CN112111099A - 一种阻燃低烟无毒环保高分子材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃低烟无毒环保高分子材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。本发明的阻燃低烟无毒环保高分子材料，按重量份计，由如下组分制备而成：热塑性聚烯烃树脂50‑100份、热塑性弹性体5‑10份、膨胀石墨5‑10份、聚磷酸铵阻燃剂10‑20份、金属氧化物1‑5份、抗氧剂1‑5份、加工助剂1‑5份。本发明的阻燃低烟无毒环保高分子材料，在制备时，采用具有疏松多孔蠕虫状结构的膨胀石墨为负载基体，负载聚磷酸铵作为阻燃改性剂，可减少有毒烟气的释放，添加到聚烯烃树脂中，阻燃性能好，聚磷酸铵不易析出，具有重要的应用前景。

Description

一种阻燃低烟无毒环保高分子材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种阻燃低烟无毒环保高分子材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。
背景技术
目前，商业飞机，轨道交通，客车等是全球主要的大众交通工具,它们对高分子内饰材料安全和环保等规范极为严格，尤其对阻燃性能的要求也越来越高。
在商业飞机内饰领域，Kydex，Sabic和Schneller等公司在商业飞机内饰板材，内饰薄膜，塑胶地板等领域有着独特的产品和经验。他们的材料主要集中在PVC,PC等塑料改性材料领域；在轨道交通(高铁，地铁等)内饰材料领域，Sabic的PC或各种玻璃钢也有着广泛的应用；虽然玻璃钢强度比钢大，但是在遇到紧急刹车或事故时，给乘客造成的伤害程度就大；同时，玻璃钢密度在1.7-2.0g/cm3之间，比塑料制品重大约30％-40％，已无法满足轻量化的发展方向；另外，玻璃钢在加工过程中易污染环境，作为热固性材料无法二次循环利用，报废后的制品回收成本极高。
所以，“优异性价比，绿色环保、减振降噪、轻量化、阻燃性新材料”是大众交通内饰材料未来发展的趋势。
现在大众交通用的改性树脂材料主要有以下三种，但是都具有各自的优点和局限性：
第一种是采用含卤素的本身阻燃树脂，比如PVC，CPE，PVDF等材料。材料本身具有一定阻燃性，具有很大的市场，但是因为树脂本身具有卤素，在改性材料燃烧后会释放出HCl，HF等危险气体，随着安全规范的不断加强和材料的不断进步，这种材料面临其他材料的挑战和替代，无卤产品越来越是市场的发展趋势；
第二种工程塑料，其原材料价格昂贵，加工和成型复杂，制约大量生产和产业化；
第三种是通用性不阻燃树脂，其优点是价格具有竞争力，加工工艺相对简单，但是要达到阻燃效果，必须添加很多助剂改性，在实际生产过程中主要应用添加型阻燃剂，长期一直采用卤系阻燃剂来进行阻燃改性，比如十溴二苯醚、溴化环氧树脂、溴化烷烃等。尽管卤系阻燃剂拥有良好的阻燃性，但是在燃烧时会施放出大量的烟雾，产生有毒气体，并且施放出的卤化氢等气体具有腐蚀性，使生命财产遭到严重损失，同时卤素阻燃剂也面临环保压力。
综合以上因素，怎样满足日益严格安全规范及优异的材料性能和具有规模化产业化的价格，成为材料改性的重点方向。
聚乙烯、聚丙烯树脂具有价格竞争力高，密度低，燃油经济性好，耐应力龟裂、耐疲劳屈服和耐化学品性能优异，易加工成型，易回收、可循环利用等优点，但由于这类树脂阻燃性，耐冲击性和低温性能差，刚性较低，不能直接满足内外饰件的使用要求，因此为必须对其进行改性。磷系阻燃剂是目前较为常见的阻燃剂，聚磷酸铵阻燃剂能促使聚丙烯分解形成焦炭和水，并增加焦炭残留物生产量，从而提高阻燃效果。聚磷酸铵阻燃剂分解形成的磷化物和氮化物在高温下形成膨胀性焦炭层，它起着隔热阻氧保护层的作用，含氮化合物起着发泡剂和焦炭增强剂的作用。但是目前聚磷酸铵阻燃剂用于对聚丙烯进行改性时，聚磷酸铵阻燃剂易分解产生偏磷酸和氨气，不仅影响阻燃效果，偏磷酸在注塑成型时，受到温度和压力的影响会析出，导致粘模，严重影响产品外观。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种阻燃低烟无毒环保高分子材料及其制备方法。
本发明的第一个目的是提供一种阻燃低烟无毒环保高分子材料，按重量份计，由如下组分制备而成：热塑性聚烯烃树脂50-100份、热塑性弹性体5-10份、膨胀石墨5-10份、聚磷酸铵阻燃剂10-20份、金属氧化物1-5份、抗氧剂1-5份、加工助剂1-5份。
进一步地，所述的热塑性聚烯烃树脂为聚乙烯树脂或聚丙烯树脂。
进一步地，所述的热塑性弹性体为POE塑料或硫化橡胶。
进一步地，所述的金属氧化物为氢氧化铝或氢氧化镁中的一种或两种混合。
进一步地，所述的抗氧剂为抗氧剂BHT、抗氧剂1076、抗氧剂300或抗氧剂1010。
进一步地，所述的加工助剂为增塑剂、流动性改性剂、热稳定剂、脱模剂、着色剂中的一种或多种。
本发明的第二个目的是提供所述的阻燃低烟无毒环保高分子材料的制备方法，包括如下步骤：
S1、将膨胀石墨和聚磷酸铵阻燃剂混匀，在60-80℃，以5000～8000r/min进行高速研磨混匀；
S2、将S1步骤研磨混合后的物料、热塑性聚烯烃树脂、橡胶弹性体、金属氧化物、抗氧剂和加工助剂按比例混合，在60-80℃预混；
S3、将S2步骤预混后的物料进行挤出造粒得到所述的阻燃低烟无毒环保高分子材料。
进一步地，在S2步骤中，预混的转速为1000-2000r/min。
进一步地，S3步骤中，挤出的温度为200-220℃。
本发明的第三个目的是提供所述的阻燃低烟无毒环保高分子材料在交通工具内饰材料中的应用。
在本发明中，通过添加膨化石墨与碳系自由基引发剂，与聚磷酸铵阻燃剂配合，在外力作用下聚磷酸铵阻燃剂铵根键断裂，断裂后游离的氨基容易与膨化石墨中的基团发生接枝反应，将聚磷酸铵阻燃剂接枝在膨化石墨上，且膨化石墨的多孔而弯曲结构，比表面积大、表面吸收能高，除了接枝反应外，还能够吸收大量的聚磷酸铵阻燃剂，从而实现了聚磷酸铵阻燃剂的负载，避免了单独添加时，阻燃剂分散性差、膨化石墨与树脂材料难以结合，导致机械性能差的问题。并且由于膨化石墨的优良导热性能，在聚烯烃树脂燃烧时，可较快传递阻燃剂的燃烧热，避免不完全燃烧产生的毒性气体。
本发明的有益效果：
本发明的阻燃低烟无毒环保高分子材料，在制备时，采用具有疏松多孔蠕虫状结构的膨胀石墨为负载基体，负载聚磷酸铵作为阻燃改性剂，可减少有毒烟气的释放，添加到聚烯烃树脂中，阻燃性能好，聚磷酸铵不易析出，具有重要的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1：
按照重量份称取如下材料：聚丙烯树脂80份、POE塑料8份、膨胀石墨8份、聚磷酸铵阻燃剂15份、氢氧化铝3份、抗氧剂BHT 3份、邻苯二甲酸酯3份。
阻燃低烟无毒环保高分子材料按照如下方法进行制备：
S1、将膨胀石墨与聚磷酸铵阻燃剂混匀，在70℃，以8000r/min进行高速研磨混匀；
S2、将S1步骤研磨混合后的物料、聚丙烯树脂、POE塑料、氢氧化铝、抗氧剂BHT和邻苯二甲酸酯按比例混合，在70℃，1500r/min预混3-5分钟；
S3、将S2步骤预混后的物料在200℃进行挤出造粒得到实施例1的阻燃低烟无毒环保高分子材料。
实施例2：
按照重量份称取如下材料：聚丙烯树脂50份、POE塑料5份、膨胀石墨5份、聚磷酸铵阻燃剂10份、氢氧化铝1份、抗氧剂BHT 1份、邻苯二甲酸酯1-5。
阻燃低烟无毒环保高分子材料按照如下方法进行制备：
S1、将膨胀石墨和聚磷酸铵阻燃剂混匀，在60℃，以5000r/min进行高速研磨混匀；
S2、将S1步骤研磨混合后的物料、聚丙烯树脂、POE塑料、氢氧化铝、抗氧剂BHT和邻苯二甲酸酯按比例混合，在60℃，1000r/min预混3-5分钟；
S3、将S2步骤预混后的物料在200℃进行挤出造粒得到实施例2的阻燃低烟无毒环保高分子材料。
实施例3：
按照重量份称取如下材料：聚丙烯树脂100份、POE塑料10份、膨胀石墨10份、聚磷酸铵阻燃剂20份、氢氧化铝5份、抗氧剂BHT 5份、邻苯二甲酸酯5份。
阻燃低烟无毒环保高分子材料按照如下方法进行制备：
S1、将膨胀石墨和聚磷酸铵阻燃剂混匀，在80℃，以8000r/min进行高速研磨混匀；
S2、将S1步骤研磨混合后的物料、聚丙烯树脂、POE塑料、氢氧化铝、抗氧剂BHT和邻苯二甲酸酯按比例混合，在80℃，2000r/min预混3-5分钟；
S3、将S2步骤预混后的物料在200℃进行挤出造粒得到实施例3的阻燃低烟无毒环保高分子材料。
对比例1：
其他条件与实施例1保持一致，只是缺少S1步骤，直接将膨胀石墨和聚磷酸铵阻燃剂与其他材料一起进行混合。
对比例2：
其他条件与实施例1保持一致，只是将膨胀石墨替换为普通石墨烯。
实施例和对比例制备的阻燃低烟无毒环保高分子材料经过模压机成型为片材，性能测试结果如下表所示，其中，按照ASTM D1415方法测定所制备的汽车内饰材料硬度，按照GB/T 17928-1999标准测定汽车内饰材料的撕裂强度，耐磨损性能参照GB/T1689-2014的规定进行，粘着力参照GB/T2792-2014的规定进行，被粘物为SUS303不锈钢板；燃烧等级参照UL94垂直燃烧试验标准进行，氧指数参照GB/T10707-2008的规定进行。
表1
单位 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1 对比例2
邵氏硬度 HA 68 74 65 51 55
撕裂强度 N 52 49 63 35 40
耐温范围 ℃ -30～130 -30～130 -30～130 -30～130 -30～130
伸长率 ％ 132 125 136 105 110
燃烧等级 - V0 V0 V0 V1 V1
氧指数 31.4 30.1 30.9 27.6 28.5
表1的实验结果表明，实施例的阻燃低烟无毒环保高分子材料，具有优异的强度，同时阻燃效果好，可用于交通工具内饰材料。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种阻燃低烟无毒环保高分子材料，其特征在于，按重量份计，由如下组分制备而成：热塑性聚烯烃树脂50-100份、热塑性弹性体5-10份、膨胀石墨5-10份、聚磷酸铵阻燃剂10-20份、金属氧化物1-5份、抗氧剂1-5份、加工助剂1-5份。
2.根据权利要求1所述的阻燃低烟无毒环保高分子材料，其特征在于，所述的热塑性聚烯烃树脂为聚乙烯树脂或聚丙烯树脂。
3.根据权利要求1所述的阻燃低烟无毒环保高分子材料，其特征在于，所述的热塑性弹性体为POE塑料或硫化橡胶。
4.根据权利要求1所述的阻燃低烟无毒环保高分子材料，其特征在于，所述的金属氧化物为氢氧化铝或氢氧化镁中的一种或两种混合。
5.根据权利要求1所述的阻燃低烟无毒环保高分子材料，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂BHT、抗氧剂1076、抗氧剂300或抗氧剂1010。
6.根据权利要求1所述的阻燃低烟无毒环保高分子材料，其特征在于，所述的加工助剂为增塑剂、流动性改性剂、热稳定剂、脱模剂、着色剂中的一种或多种。
7.一种权利要求1-6任一项所述的阻燃低烟无毒环保高分子材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、将膨胀石墨、聚磷酸铵阻燃剂和碳系自由基引发剂混匀，在60-80℃，以5000～8000r/min进行高速研磨混匀；
S2、将S1步骤研磨混合后的物料、热塑性聚烯烃树脂、橡胶弹性体、金属氧化物、抗氧剂和加工助剂按比例混合，在60-80℃预混；
S3、将S2步骤预混后的物料进行挤出造粒得到所述的阻燃低烟无毒环保高分子材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在S2步骤中，预混的转速为1000-2000r/min。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，S3步骤中，挤出的温度为200-220℃。
10.权利要求1-6任一项所述的阻燃低烟无毒环保高分子材料在交通工具内饰材料中的应用。
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