CN112143095B - 一种阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 - Google Patents

一种阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法和应用，其由聚丙烯45‑70份、阻燃剂15‑30份、无机抗菌母粒10‑20份、抗氧剂0.2‑0.5份、润滑剂0.1‑0.5份、分散剂0.1‑0.5份和光稳剂0.1‑0.5份按照重量份制成，其中，所述阻燃剂为八溴双酚S双醚与三氧化二锑的复配物，所述无机抗菌母粒为硅酸盐与多孔石墨烯的复配，其中，所述硅酸盐为无机含银离子的硅酸盐。本发明中的聚丙烯复合材料具备高光、阻燃和抗菌效果，综合性能优异，可以满足卫浴产品的不同需求，可在卫浴产品领域广泛推广。

Description

一种阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯，是由丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂，其具有无毒、无味，密度小，强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯，可在100℃左右使用的优点，并且具有良好的介电性能和高频绝缘性且不受湿度影响，但在低温时容易变脆，不耐磨、易老化。
其中，卫浴产品中的原材料主要包括泥原料、釉原料、聚丙烯、铜材、原纸和木材等，其中聚丙烯作为卫浴产品的主要原材料之一，随着卫浴行业功能化进行的推进，其采用的聚丙烯也从最初的普通聚丙烯逐渐推广到高光、阻燃、抗菌等功能性聚丙烯，且提出了将聚丙烯同时具备多种功能性的更高要求。
现有的聚丙烯通常是在其基体材料中加入阻燃剂来达到阻燃的目的，常规十溴阻燃剂及其他无机类阻燃剂的产品结构为非球形结构，加入聚丙烯后，严重降低产品的表面光泽度。
并且当前市场上聚丙烯抗菌主要是通过加入抗菌剂改善抗菌性能，抗菌剂主要有无机、有机和天然抗菌剂三种。其中有机抗菌材料占主导地位，广泛应用于纺织、食品及污水处理等行业，但是毒性大、稳定性差、易迁移。
发明内容
基于此，本发明提供了一种聚丙烯复合材料，通过在基体材料聚丙烯中加入八溴双酚S双醚与三氧化二锑复配的阻燃剂，同时加入无机抗菌母粒，解决了现有技术中，聚丙烯材料添加阻燃剂后光泽度不佳，以及使用有机抗菌材料毒性大，稳定性差和易迁移的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种阻燃聚丙烯复合材料，其由聚丙烯45-70份、阻燃剂15-30份、无机抗菌母粒10-20份、抗氧剂0.2-0.5份、润滑剂0.1-0.5份、分散剂0.1-0.5份和光稳剂0.1-0.5份按照重量份制成；
所述阻燃剂为八溴双酚S双醚与三氧化二锑的复配物；这里的八溴双酚S双醚与所述三氧化二锑的复配方法即将八溴双酚S双醚与三氧化二锑，在高混机中预混3～5min，控制高速搅拌机温度在90～100℃，加入本领域常规用分散剂后继续中低速搅拌3～5min即可。
所述无机抗菌母粒为硅酸盐与多孔石墨烯的复配，其中，所述硅酸盐为无机含银离子的硅酸盐，其为市售助剂，如巴斯夫的IRGAGUARD B 6000。这里的硅酸盐与多孔石墨烯的复配直接加入高混机搅拌混合均匀后制成母粒即可。
八溴双酚S双醚也称四溴双酚S双(2，3-二溴丙基醚)，是一种既含芳香溴，又含脂肪溴的新型高效添加型阻燃剂。通过在四溴双酚S双(2,3-二溴丙基)醚分子中引入强极性的砜基团代替异丙基，解决了八溴醚存在的起霜、滴落问题，且它的分解温度高，具有极好的热稳定性的光稳定性，与高聚物相容性好，不会降低制品的机械性能，添加于PP塑料中，阻燃效果特别显著。八溴双酚S双醚的特殊结构，于产品表面形成光滑密实的反光层，使复合材料保持较高的光泽度。此外，八溴双酚S双醚与三氧化二锑复配，两者协效可提高体系的阻燃性同时，也提高了体系的光泽度。
进一步的，所述聚丙烯为均聚或共聚聚丙烯，所述聚丙烯的熔融指数在230℃/2.16Kg条件下大于10g/10min。
进一步的，所述阻燃剂中，所述八溴双酚S双醚与所述三氧化二锑的复配重量比为(4-2):1。
优选的，所述无机抗菌母粒中，所述硅酸盐与所述多孔石墨烯的复配重量比为1:(2-4)。多孔石墨烯是指在二维基面上具有纳米级孔隙的碳材料，其不仅保留了石墨烯优良的性质，而且相比惰性的石墨烯表面，孔的存在促进了物质运输效率的提高，特别是原子级别的孔可以起到筛分不同尺寸的离子/分子的作用。更重要的是，孔的引入还有效地打开了石墨烯的能带隙，因此，其具有高的比表面积、丰富的传质通道、可调控的能带隙、高渗透和输运能力；而无机含银离子的硅酸盐，它的抗菌原理基于抑制革兰氏阳性病菌和革兰氏阴性病菌的生长、成型及繁殖，特殊的硅酸盐设计能够控制银离子的释放银离子接触反应，造成微生物共有成分破坏或产生功能障碍。本发明中将多孔石墨烯与无机含银离子硅酸盐类复配，由于多孔石墨烯中空位的存在，无机含银离子的硅酸盐嵌入其中缓慢释放，从而达到长效抗菌的效果。
进一步的，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂DSTDP、抗氧剂168中的一种或两种以上的混合；
所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硅酮类、硬脂酸锌、硬脂酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸钙或季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种；
所述分散剂为硅酮类分散剂；具体的，所述硅酮类分散剂可以为E525或P121，采用硅酮类分散剂更有利于有阻燃剂、无机抗菌母粒在体系中的分散。
所述光稳剂为受阻胺类光稳剂和UV吸收剂的复配。
本发明的另一个目的在于提供一种上述阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：
按照配比将聚丙烯、阻燃剂、无机抗菌母粒、抗氧剂、润滑剂、分散剂与光稳剂混合均匀后，得到混合物料，这里的混合均匀一般可采用高混机进行，混合时间可根据具体的试验进行调整，达到混合均匀的目的即可，在本发明中一般混合5～10min即可；
将所述混合物料经挤出机熔融挤出后造粒，制得所述聚丙烯复合材料；
进一步的，所述挤出机从下料口到模口的温度为175～200℃，挤出机的转速为180-400rpm，真空度为-0.07～-0.03MPa。
本发明的第三个目的在于提供上述阻燃聚丙烯复合材料在用于制备卫浴产品中的应用。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明中将八溴双酚S双醚与三氧化二锑的复配阻燃，在提高聚丙烯复合材料阻燃性能的同时，保证了材料的流动性和光泽度。
2、本发明采用无机抗菌母粒，从而避免了采用有机抗菌剂带来的毒性大、稳定性差和易迁移的问题。
3、本发明中的聚丙烯复合材料具备高光、阻燃和抗菌效果，综合性能优异，可以满足卫浴产品的不同需求，可在卫浴产品领域广泛推广。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将结合具体的实施例对本发明进行更全面的描述。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。
以下实施例中所用组分均为市售产品，其中八溴双酚S双醚购自江苏丹霞化工，三氧化二锑购自东莞杰夫，无机抗菌母粒中的IRGAGUARD B 6000购自巴斯夫，多孔石墨烯由先丰纳米提供，E525或P121产自德固赛。
以下实施例中的的阻燃剂是将八溴双酚S双醚与三氧化二锑，在高混机中预混4min，控制高速搅拌机温度在95℃，加入分散剂后继续中低速搅拌4min制得；
无机抗菌母粒均是将IRGAGUARD B 6000和多孔石墨烯在高混机中混合均匀后制成母粒。
实施例1
按重量配比分别称取45份干燥的聚丙烯S700、30份阻燃剂(阻燃剂八溴双酚S双醚与三氧化二锑重量比2:1)、20份无机抗菌母粒(IRGAGUARD B 6000与多孔石墨烯重量比1:4)、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂DSTDP、0.1份润滑剂EBS、0.1份分散剂E525、0.1份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中高速混合5min，然后将混合均匀的混合物料加入挤出机中，经熔融挤出水冷后切粒，制得聚丙烯复合材料。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为175℃，185℃，190℃，190℃，195℃，200℃、主机转速为180rpm，真空度为-0.03MPa。
实施例2
按重量配比分别称取58份干燥的聚丙烯V30G、22份阻燃剂(阻燃剂八溴双酚S双醚与三氧化二锑重量比3:1)、15份无机抗菌母粒(IRGAGUARD B 6000与多孔石墨烯重量比1:3)、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂DSTDP、0.2份抗氧剂168、0.3份润滑剂硬脂酸钙、0.3份分散剂P121、0.2份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合5min，然后将混合均匀的混合物料加入挤出机中，经熔融挤出水冷后切粒，制得聚丙烯复合材料。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为175℃，185℃，190℃，190℃，195℃，200℃、主机转速为200rpm，真空度为-0.05MPa。
实施例3
按重量配比分别称取70份干燥的聚丙烯Z30S、15份阻燃剂(阻燃剂八溴双酚S双醚与三氧化二锑重量比4:1)、10份无机抗菌母粒(IRGAGUARD B 6000与多孔石墨烯重量比1:2)、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂DSTDP、0.2份抗氧剂168、0.5份润滑剂EBS、0.3份分散剂E525、0.3份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合5min，然后将混合均匀的混合物料加入挤出机中，经熔融挤出水冷后切粒，制得聚丙烯复合材料。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为175℃，185℃，190℃，190℃，195℃，200℃、主机转速为350rpm，真空度为-0.05MPa。
实施例4
按重量配比分别称取70份干燥的聚丙烯Z30S、15份阻燃剂(阻燃剂八溴双酚S双醚与三氧化二锑重量比4:1)、10份无机抗菌母粒(IRGAGUARD B 6000与多孔石墨烯重量比1:2)、0.2份抗氧剂1010、0.3份抗氧剂DSTDP、0.2份润滑剂EBS、0.5份分散剂E525、0.5份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合5min，然后将混合均匀的混合物料加入挤出机中，经熔融挤出水冷后切粒，制得聚丙烯复合材料。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为175℃，185℃，190℃，190℃，195℃，200℃、主机转速为400rpm，真空度为-0.07MPa。
对比例1
按重量配比分别称取58份干燥的聚丙烯V30G、22份阻燃剂(阻燃剂八溴双酚S双醚与三氧化二锑重量比3:1)、15份无机抗菌母粒(IRGAGUARD B 6000与聚丙烯V30G重量比1:3)、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂DSTDP、0.2份抗氧剂168、0.3份润滑剂硬脂酸钙、0.3份分散剂P121、0.2份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合5min，然后将混合均匀的混合物料加入挤出机中，经熔融挤出水冷后切粒，制得聚丙烯复合材料。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为175℃，185℃，190℃，190℃，195℃，200℃、主机转速为200rpm，真空度为-0.05MPa。
对比例2
按重量配比分别称取58份干燥的聚丙烯V30G、22份阻燃剂(阻燃剂十溴二苯乙烷与三氧化二锑重量比3:1)、15份无机抗菌母粒(多孔石墨烯与聚丙烯V30G重量比1:3)、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂DSTDP、0.2份抗氧剂168、0.3份润滑剂硬脂酸钙、0.3份分散剂P121、0.2份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合5min，然后将混合均匀的混合物料加入挤出机中，经熔融挤出水冷后切粒，制得聚丙烯复合材料。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为175℃，185℃，190℃，190℃，195℃，200℃、主机转速为200rpm，真空度为-0.05MPa。
对比例3
按重量配比分别称取58份干燥的聚丙烯V30G、22份阻燃剂八溴双酚S双醚、15份抗菌母粒(IRGAGUARD B 6000与聚丙烯V30G重量比1:3)、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂DSTDP、0.2份抗氧剂168、0.3份润滑剂硬脂酸钙、0.3份分散剂P121、0.2份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合5min，然后将混合均匀的混合物料加入挤出机中，经熔融挤出水冷后切粒，制得聚丙烯复合材料。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为175℃，185℃，190℃，190℃，195℃，200℃、主机转速为200rpm，真空度为-0.05MPa。
对比例4
按重量配比分别称取58份干燥的聚丙烯V30G、22份阻燃剂三氧化二锑、15份抗菌母粒(IRGAGUARD B 6000与聚丙烯V30G重量比1:3)、0.1份抗氧剂1010、0.1份抗氧剂DSTDP、0.2份抗氧剂168、0.3份润滑剂硬脂酸钙、0.3份分散剂P121、0.2份光稳剂V703，将上述材料加入高速混合机中混合5min，然后将混合均匀的混合物料加入挤出机中，经熔融挤出水冷后切粒，制得聚丙烯复合材料。其中，挤出机的加工温度由下料口到模口依次为175℃，185℃，190℃，190℃，195℃，200℃、主机转速为200rpm，真空度为-0.05MPa。
将实施例1～3和对比例1～4中的阻燃聚丙烯复合材料性能测试如下表1所示：
表1实施例1～3和对比例1～4中阻燃聚丙烯复合材料抗菌性能和相关性质测试
Figure BDA0002112842150000061
注：
1-杀菌率按GB21551.2-2010标准进行测试，产品于室温下放置180天后，于37℃下在培养皿中放置24h后测试杀菌率；
2-阻燃按UL94水平垂直燃烧标准中的UL94V0-V2级：垂直燃烧测试进行；
3-熔指按ISO 1133标准，在230℃/2.16KG条件下的熔体质量流动速率；
4-光泽度按ISO 2813标准进行，在60°角下进行测试。
由上表1可知，加入不同份数的不同配比的阻燃剂、抗菌剂均能具有较好的阻燃、杀菌效果；从对比例1可看出，多孔石墨烯复配的抗菌剂，长效抗菌效果更好；对比例2中可看出添加不同类型的阻燃剂，材料的流动性及光泽度均差些。对比例3、4中可看出添加单一类型的阻燃剂，材料的阻燃性能变差，同时光泽度也低。本发明制得的复合材料可以兼具高流动性、高光泽、阻燃性及长效抗菌能力。本发明制备的高光阻燃抗菌复合材料可根据客户需要，满足卫浴系列产品的不同需求。所以本发明制备的高光阻燃抗菌聚丙烯复合材料可广泛推广。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，其由聚丙烯45-70份、阻燃剂15-30份、无机抗菌母粒10-20份、抗氧剂0.2-0.5份、润滑剂0.1-0.5份、分散剂0.1-0.5份和光稳剂0.1-0.5份按照重量份制成；
所述阻燃剂为八溴双酚S双醚与三氧化二锑的复配物，所述无机抗菌母粒为重量比为1:(2-4)的IRGAGUARD B 6000与多孔石墨烯的复配，所述无机抗菌母粒是将IRGAGUARD B6000和多孔石墨烯在高混机中混合均匀后制成母粒。
2.如权利要求1所述的阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为均聚或共聚聚丙烯，所述聚丙烯的熔融指数在230℃/2.16Kg条件下大于10g/10min。
3.如权利要求1所述的阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述阻燃剂中，所述八溴双酚S双醚与所述三氧化二锑的复配重量比为(4-2):1。
4.如权利要求1所述的阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂DSTDP、抗氧剂168中的一种或两种以上的混合；
所述润滑剂为乙撑双硬脂酰胺、硅酮类、硬脂酸锌、硬脂酸铅、硬脂酸钡、硬脂酸钙或季戊四醇硬脂酸酯中的至少一种。
5.如权利要求1所述的阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述分散剂为硅酮类分散剂。
6.如权利要求1所述的阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述光稳剂为受阻胺类光稳剂和UV吸收剂的复配。
7.一种如权利要求1~6任一项所述的阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按照配比将聚丙烯、阻燃剂、无机抗菌母粒、抗氧剂、润滑剂、分散剂与光稳剂混合均匀后，得到混合物料；
将所述混合物料经挤出机熔融挤出后造粒，制得所述聚丙烯复合材料。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述挤出机从下料口到模口的温度为175~200℃，挤出机的转速为180-400rpm，真空度为-0.07～-0.03MPa。
9.如权利要求1~6任一项所述的阻燃聚丙烯复合材料在用于制备卫浴产品中的应用。
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