CN112521681A - 一种耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，属于高分子材料技术领域。本发明所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，通过在聚丙烯树脂中加入特定含量的无卤阻燃剂、偶联剂以及可膨胀石墨，利用偶联剂对可膨胀石墨改性后再与其他组分搭配，不仅可有效保留聚丙烯树脂原有的力学机械性能，显著提高了材料的热变形温度和阻燃性，同时可避免材料在高温高湿环境下析出；所述材料也满足了灼热丝850℃的GWIT标准，同时具有优异的抗静电性能，尤其满足其在电子产品领域的高使用要求。本发明还公开了所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料的制备方法操作步骤简单，对制备设备要求低，可实现工业化大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料技术领域，具体涉及一种耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料。
背景技术
聚丙烯材料是丙烯分子聚合得到的热塑性树脂，因其较低的密度和较优的韧性，同时具有良好的电性能和高频绝缘性，被广泛用于各类产业。阻燃聚丙烯产品多由有卤体系制备，但这类改性材料并不环保，有害性大；而聚丙烯材料本身的灼热丝在650℃作用，改性聚丙烯中含有的玻纤在体系的长径比形态对材料灼热丝的表面熔体的低落和热量的及时散失造成负面作用，从而造成玻纤增强聚丙烯材料无法达到高灼热丝这一技术难点。此外，现有产品中聚丙烯材料的耐性并不显著，在极端条件(例如高温高湿)下容易析出导致无法正常使用，同时也无法有效防止静电的产生。
发明内容
基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，该材料不含卤素成分，具有良好的力学性能的同事热变形温度大大提高，满足灼热丝高温度的要求，同时具有良好的耐高温高湿性以及抗静电性。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂35～80份、可膨胀石墨5～30份、偶联剂0.1～2份以及无卤阻燃剂8～20份。
本发明所述聚丙烯材料的组分中，可膨胀石墨虽具有优秀的导电导热性能，但阻燃性能相对较差，传统阻燃材料中添加量较大；该材料与PP材质的相容性较差，较大的添加量将导致材料力学性能的损失，无法满足正常使用。本申请发明人通过添加特定含量的无卤阻燃剂及偶联剂，充分保留了可膨胀石墨优异的性能，同时也使产品具有良好的阻燃性能，各组分相互协调。
本发明所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，通过在聚丙烯树脂中加入特定含量的无卤阻燃剂、偶联剂以及可膨胀石墨，利用偶联剂对可膨胀石墨改性后再与其他组分搭配，不仅可有效保留聚丙烯树脂原有的力学机械性能，显著提高了材料的热变形温度和阻燃性，同时可避免材料在高温高湿环境下析出；所述材料也满足了灼热丝850℃的GWIT标准，同时具有优异的抗静电性能，尤其满足其在电子产品领域的高使用要求。
优选地，所述聚丙烯树脂包括均聚聚丙烯树脂、共聚聚丙烯树脂中的至少一种。无论是采用分子链规整度高，结晶度高，但力学性能较弱的均聚聚丙烯，还是采用单体较多，但力学性能较理想共聚聚丙烯，通过无卤阻燃剂和特定玻纤的搭配均能使制备得到的材料具备良好的力学性能、阻燃性能和高温变形能力。更优选地，所述聚丙烯树脂在230℃及2.16kg条件下的熔融指数为10～30g/10min。所述条件下的聚丙烯树脂制备的产品具有优异的流动性，可充分混合各改性组分的同时兼顾本身的力学性能；同时，适中的熔融指数的聚丙烯树脂在相对精密、结构复杂的电子产品领域中既可满足生产的注塑要求，也满足产品表观要求。
优选地，所述可膨胀石墨的目数为50～100目，可膨胀倍数为200～300。所述可膨胀石墨配合无卤阻燃剂可有效阻燃，同时所制备的聚丙烯材料更加均匀，力学性能好。
优选地，所述偶联剂包括有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类、铝酸化合物中的至少一种；更优选地，所述偶联剂包括异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酰基)钛酸酯中的至少一种。所偶联剂可有效对可膨胀石墨的表面进行改性，其本身不与本阻燃体系中的阻燃剂产生负面反应，而且较少的添加比例下，分散性较好，不会因含量较高而产生分散不均的情况。
优选地，所述无卤阻燃剂为次膦酸盐、三聚氰胺盐、多聚磷酸盐、蒙脱土、硼酸锌中的至少一种。更优选地，所述无卤阻燃剂包括次磷酸铝、三聚氰胺氰尿酸盐、多聚磷酸盐、硼酸锌中的至少一种。
更优选地，所述次膦酸盐为二乙基次膦酸盐；所述三聚氰胺盐为三聚氰胺氰尿酸，所述三聚氰胺盐粒径为5～10μm；所述多聚磷酸盐为聚合度不小于1000的结晶II型聚磷酸铵；所述硼酸锌为无水硼酸锌。所述优选范围内的无卤阻燃剂不仅不含卤素有毒成分，同时成本更低，经济环保，阻燃效果好。
优选地，所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料的组分中还包括相容剂0.5～4份、增韧剂2～5份、润滑剂0.2～0.5份以及抗氧剂0.2～0.5份。所述助剂的添加不仅可使制备的产品中聚丙烯树脂和可膨胀石墨、阻燃剂等组分相互混合均匀，同时可有效提高制备产品的稳定性和耐用性，使产品可在多种环境下长时间有效使用。
优选地，所述相容剂包括PP-g-MAH、POE-g-MAH、EEA、EVA-g-MAH中的至少一种。所述相容剂对聚丙烯树脂均能有效改性，在提高材料中各组分的相容性的同时，也可增强聚丙烯材料的力学性能。
优选地，所述增韧剂包括SEBS弹性体、EAA弹性体、EVA弹性体、POE弹性体中的至少一种。所述增韧剂可有效提高制备的耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料的机械强度和抗冲击性。
优选地，所述润滑剂包括EBS接枝物、硅酮粉中的至少一种。所述润滑剂在前期挤出加工时可有效提高聚丙烯树脂的流动性，塑化过程中减少流动过程的摩擦力；在后期也可使产品有效脱模，方便使用。
优选地，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的至少一种。更优选地，所述抗氧剂由受阻胺类抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168组成，所述受阻胺类抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168的质量比为1:2。所述抗氧剂与耐候助剂相互搭配，可保证制备的聚丙烯材料具备足够的稳定性和耐性，防止材料的黄化老化。
本发明的另一目的还在于提供所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将偶联剂加入丙酮搅拌均匀后，加入可膨胀石墨并加热搅拌至均匀，得偶联剂改性可膨胀石墨；
(2)将聚丙烯树脂、相容剂、无卤阻燃剂、增韧剂、润滑剂和抗氧剂搅拌混合后，加入步骤(1)所得偶联剂改性可膨胀石墨混合均匀，加热挤出，即得所述高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料。
本发明所述高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料的制备方法操作步骤简单，对制备设备要求低，可实现工业化大规模生产。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，通过在聚丙烯树脂中加入特定含量的无卤阻燃剂、偶联剂以及可膨胀石墨，利用偶联剂对可膨胀石墨改性后再与其他组分搭配，不仅可有效保留聚丙烯树脂原有的力学机械性能，显著提高了材料的热变形温度和阻燃性，同时可避免材料在高温高湿环境下析出；所述材料也满足了灼热丝850℃的GWIT标准，同时具有优异的抗静电性能，尤其满足其在电子产品领域的高使用要求。本发明还提供了所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料的制备方法操作步骤简单，对制备设备要求低，可实现工业化大规模生产。
具体实施方式
为了更好地说明本发明的目的、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，其目的在于详细地理解本发明的内容，而不是对本发明的限制。
若无特别说明，下述具体实施例所用原料均为市购的普通商品。
实施例1
本发明所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料的一种实施例。
本实施例所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂60份、可膨胀石墨20份、偶联剂0.2份、无卤阻燃剂15份、相容剂2份、润滑剂0.4份、增韧剂3份以及抗氧剂0.2份；所述聚丙烯树脂为聚丙烯树脂PPK7726；所述可膨胀石墨的目数为100目，可膨胀倍数为300；所述相容剂为PP-g-MAH；所述无卤阻燃剂为二乙基次膦酸盐；所述润滑剂为硅酮粉；所述偶联剂为异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯；所述抗氧剂包括0.1份受阻胺类抗氧剂1010份和0.1份亚磷酸酯类抗氧剂168；所述增韧剂为POE弹性体。
本实施例所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将偶联剂加入丙酮搅拌均匀后，加入可膨胀石墨并加热至70℃并以40r/min的速率搅拌至均匀，得偶联剂改性可膨胀石墨；
(2)将聚丙烯树脂、相容剂、无卤阻燃剂、增韧剂、润滑剂和抗氧剂以40r/min的速率搅拌混合后转移至双螺杆挤出机中，在侧喂料口加入步骤(1)所得偶联剂改性可膨胀石墨混合均匀，加热挤出，即得所述高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料。
所述双螺杆挤出机的主机转速为300～350r/min；所述材料加热过程为分段加热，所述双螺杆挤出机的一区温度为120～150℃，二区温度为150～175℃，三区温度为180～190℃，四区温度为180～190℃，五区温度为180～190℃，六区温度190～200℃，七区温度190～200℃，机头温度为190～200℃。
实施例2
本实施例所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂40份、可膨胀石墨5份、偶联剂0.5份、无卤阻燃剂8份、相容剂0.5份、润滑剂0.2份、增韧剂2份以及抗氧剂0.2份；所述聚丙烯树脂为聚丙烯树脂PPK7726；所述可膨胀石墨的目数为100目，可膨胀倍数为200；所述相容剂为POE-g-MAH；所述无卤阻燃剂为无水硼酸锌；所述润滑剂为硅酮粉；所述偶联剂为异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯；所述抗氧剂包括0.1份受阻胺类抗氧剂1010份和0.1份亚磷酸酯类抗氧剂168；所述增韧剂为SEBS弹性体。
本实施例所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料的制备方法同实施例1。
实施例3
本实施例所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂50份、可膨胀石墨15份、偶联剂1份、无卤阻燃剂12份、相容剂2份、润滑剂0.3份、增韧剂5份以及抗氧剂0.3份；所述聚丙烯树脂为聚丙烯树脂PPK7726；所述可膨胀石墨的目数为100目，可膨胀倍数为250；所述相容剂为EVA-g-MAH；所述无卤阻燃剂为二乙基次膦酸盐；所述润滑剂为硅酮粉；所述偶联剂为异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯；所述抗氧剂包括0.1份受阻胺类抗氧剂1010份和0.2份亚磷酸酯类抗氧剂168；所述增韧剂为EAA弹性体。
本实施例所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料的制备方法的制备方法同实施例1。
对比例1
本对比例与实施例1的差别仅在于，本对比例所述聚丙烯材料中不含偶联剂。
对比例2
本对比例与实施例1的差别仅在于，本对比例所述聚丙烯材料中可膨胀石墨的目数为50目。
对比例3
本对比例与实施例1的差别仅在于，本对比例所述聚丙烯材料中可膨胀石墨的重量份数为35份。
对比例4
本对比例与实施例1的差别仅在于，本对比例所述聚丙烯材料中无卤阻燃剂使用氢氧化镁代替。
对比例5
本对比例与实施例1的差别仅在于，本对比例所述聚丙烯材料中无卤阻燃剂的重量份数为5份
为验证本发明所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料的使用性能，对实施例1～3所得耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料以及对比例1～5所得聚丙烯材料进行性能测试，测试结果如表1所示。
表1
从表1可知，本发明实施例所制备的耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，相比于传统聚丙烯材料及对比例1～5所得聚丙烯材料，具有良好的机械力学性能，同时热变形温度高，具有良好的耐高温高湿性和抗静电性，且组分中不含卤素成分，对环境友好。
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)
1.一种耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂35～80份、可膨胀石墨5～30份、偶联剂0.1～2份以及无卤阻燃剂8～20份。
2.如权利要求1所述的耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂包括均聚聚丙烯树脂、共聚聚丙烯树脂中的至少一种；优选地，所述聚丙烯树脂在230℃及2.16kg条件下的熔融指数为10～30g/10min。
3.如权利要求1所述的耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于，所述可膨胀石墨的目数为50～100目，可膨胀倍数为200～300。
4.如权利要求1所述的耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于，所述偶联剂包括有机铬络合物、硅烷类、钛酸酯类、铝酸化合物中的至少一种；优选地，所述偶联剂包括异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酰基)钛酸酯中的至少一种。
5.如权利要求1所述的耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于，所述次膦酸盐、三聚氰胺盐、多聚磷酸盐、蒙脱土、硼酸锌中的至少一种；优选地，所述无卤阻燃剂包括次磷酸铝、三聚氰胺氰尿酸盐、多聚磷酸盐、硼酸锌中的至少一种。
6.如权利要求5所述的耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于，所述次膦酸盐为二乙基次膦酸盐；所述三聚氰胺盐为三聚氰胺氰尿酸，所述三聚氰胺盐粒径为5～10μm；所述多聚磷酸盐为聚合度不小于1000的结晶II型聚磷酸铵；所述硼酸锌为无水硼酸锌。
7.如权利要求1所述的耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于，所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料的组分中还包括相容剂0.5～4份、增韧剂2～5份、润滑剂0.2～0.5份以及抗氧剂0.2～0.5份。
8.如权利要求7所述的耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于，所述相容剂包括PP-g-MAH、POE-g-MAH、EEA、EVA-g-MAH中的至少一种；所述增韧剂包括SEBS弹性体、EAA弹性体、EVA弹性体、POE弹性体中的至少一种；所述润滑剂包括EBS接枝物、硅酮粉中的至少一种。
9.如权利要求7所述的耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料，其特征在于，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、受阻胺类抗氧剂、磷酸酯类抗氧剂、硫代酯类抗氧剂中的至少一种；优选地，所述抗氧剂由受阻胺类抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168组成，所述受阻胺类抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168的质量比为1:2。
10.如权利要求1～9任一项所述耐高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将偶联剂加入丙酮搅拌均匀后，加入可膨胀石墨并加热搅拌至均匀，得偶联剂改性可膨胀石墨；
(2)将聚丙烯树脂、相容剂、无卤阻燃剂、增韧剂、润滑剂和抗氧剂搅拌混合后，加入步骤(1)所得偶联剂改性可膨胀石墨混合均匀，加热挤出，即得所述高温高湿无卤阻燃抗静电聚丙烯材料。
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