CN113121917A - 一种阻燃可控降解聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种阻燃可控降解聚丙烯复合材料,包括以下重量百分比计的组分:聚丙烯49~85%、光敏剂3~10%、助光敏剂1~3%、阻燃剂5~15%、阻燃协效剂0.5~2%、分散剂0.5~1%、增强剂5~20%。所述的阻燃可控降解聚丙烯复合材料强度高,韧性大,阻燃等级高,并且光氧降解迅速完全,安全无毒,可应用于包装材料或者日化产品。
Description
技术领域
本发明涉及高分子材料领域,特别是涉及一种阻燃可控降解聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
随着社会经济的发展,高分子材料在工业生产,日常生活中大量应用,给生活生产带来极大便利的同时也附带着一些环境问题。由于大部分高分子材料在环境中的降解速度极其缓慢,由此造成了大量的高分子废弃物大量堆积而无法消除,给环境带来沉重的负担。
因此,可降解高分子材料及产品已经成为了当前研发的热点。聚丙烯树脂是通用塑料中应用最广泛的材料之一,广泛应用于包装、日化、家电、儿童玩具等领域。但由于其极好的化学稳定性,在自然界中长期存在,是白色污染的主要来源之一。因此,为了从根本上解决这一问题,制备具有环境降解能力的聚丙烯材料势在必行。如专利CN 102174209B公开了一种可控降解聚丙烯发泡粒子的制备方法,该方法利用近熔点发泡技术,在聚丙烯树脂中引入一定比例的生物塑料,通过生物塑料环境降解的协调效应加速了聚丙烯发泡粒子的环境降解速度,进而通过控制生物塑料的质量百分比含量,实现控制聚丙烯发泡粒子环境降解速度的目的。但是这种方法属于部分降解,仅是生物塑料部分发生降解,而聚丙烯树脂仍旧无法充分降解。
另一方面,聚丙烯的氧指数仅有18%,属于易燃材料,在日常应用中存在较大安全隐患。因此,有必要对聚丙烯材料进行阻燃改性。
发明内容
针对以上背景技术存在的缺陷,本发明提出了一种阻燃可控降解聚丙烯复合材料及其制备方法,所述的阻燃可控降解聚丙烯复合材料强度高,韧性大,阻燃等级高,并且光氧降解迅速完全,安全无毒,可应用于包装材料或者日化产品。
本发明通过以下的技术方案实现上述目的:
一种阻燃可控降解聚丙烯复合材料,包括以下重量百分比计的组分:聚丙烯49~85%、光敏剂3~10%、助光敏剂1~3%、阻燃剂5~15%、阻燃协效剂0.5~2%、分散剂0.5~1%、增强剂5~20%。
作为该阻燃可控降解聚丙烯复合材料的进一步改进,所述的聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯,熔融指数10~100g/min。
作为该阻燃可控降解聚丙烯复合材料的进一步改进,所述的光敏剂为次甲基六氢吡啶基二茂铁、次甲基吗啡啉二茂铁、次甲基哌嗪基二茂铁、次甲基吡咯基二茂铁、二羟基方酸菁、钌多吡啶配合物、、苯乙酮六氯丙酮、四甲基-4,4-二氨基甲酮、二硫化四丁基秋芝酮、二丁基硫代磷酸钕、二丁基硫代磷酸镧、二丁基硫代磷酸铈中的一种或两种以上的任意组合。
作为该阻燃可控降解聚丙烯复合材料的进一步改进,所述的助光敏剂为硬酯酸锰、硬脂酸钴、二丁基二硫代氨基甲酸镍、稀土氮化物、环辛四烯铕、环辛四烯镨、环辛四烯镧、环辛四烯铈、二环戊二烯镧、二环戊二烯铈、二环戊二烯钐、二环戊二烯镨、二环戊二烯镁、硫代硫酸锑、硫代硫酸银中的一种或两种以上的任意组合。
作为该阻燃可控降解聚丙烯复合材料的进一步改进,所述稀土氮化物为氮化镧、氮化铈、氮化镨、氮化钕、氮化钇、氮化钆中的一种或两种以上的任意组合。
作为该阻燃可控降解聚丙烯复合材料的进一步改进,所述的阻燃剂为多聚磷酸铵、可膨胀石墨、二乙基次磷酸铝、红磷、甲基磷酸二甲酯、笼状磷酸酯三聚氰胺盐、乙基磷酸二乙酯、O,O’二乙基-(2-琥珀酸二乙酯基)磷酸酯中的一种或两种以上的任意组合。
作为该阻燃可控降解聚丙烯复合材料的进一步改进,所述的阻燃协效剂为苯基磷酸铈、苯基磷酸镧、苯基磷酸镨、二氧化铈、二氧化镧、氧化钴、氧化镓、硫化锡中的一种或两种以上的任意组合。
作为该阻燃可控降解聚丙烯复合材料的进一步改进,所述的分散剂为双乙撑双硬脂酸酰胺、2-((6-(5a1,8a-二氢芘-1-基)己基)氧基)四氢-2H-吡喃、2-乙基乙酸丁四醇酯、双[2-(5-甲基丙烯酰基硫代甲基-1,4-二噻烷基-2-甲基硫代)乙基]磷酸酯中的一种或两种以上的任意组合。
作为该阻燃可控降解聚丙烯复合材料的进一步改进,所述的增强剂为二氧化硅、硫酸钡、硅灰石、碳酸钙、蒙脱土、玻璃微珠中的一种或两种以上的任意组合。
所述的阻燃可控降解聚丙烯复合材料的制备方法为:以重量百分比计,将49~85%聚丙烯、3~10%光敏剂、1~3%助光敏剂、5~15%阻燃剂、0.5~2%阻燃协效剂、0.5~1%分散剂、5~20%增强剂依次加入到高速混合机中混合均匀;再将混合均匀的物料投入到双螺杆挤出机中熔融挤出,从喂料口至模头的挤出温度依次设置为165℃、180℃、185℃、190℃、185℃、180℃、195℃,螺杆转速为200rpm;再一步进行拉条、冷却、切粒,最后烘干得到阻燃可控降解聚丙烯复合材料。
本发明的有益效果是:
采用本发明技术制备的阻燃可控降解聚丙烯复合材料,拉伸强度高,韧性大;由阻燃剂和阻燃协效剂对聚丙烯进行阻燃改性,得到的复合材料阻燃等级高,达到UL94-V0级别,极限氧指数≥32;由光敏剂和助光敏剂共同作用,使得聚丙烯能够可控降解,在一定时间内可保持稳定的力学强度,在使用寿命到期后在光和氧气的作用下能够快速降解成小分子,从而能够被微生物进一步分解,达到完全降解的目的。
具体实施方式
下面结合具体实施例来进一步说明。
实施例1
一种阻燃可控降解聚丙烯复合材料,包括以下重量百分比计的组分:聚丙烯49%、光敏剂10%、助光敏剂3%、阻燃剂15%、阻燃协效剂2%、分散剂1%、增强剂20%。
所述的光敏剂为次甲基六氢吡啶基二茂铁;所述的助光敏剂为硬酯酸锰;所述的阻燃剂为多聚磷酸铵;所述的阻燃协效剂为苯基磷酸铈;所述分散剂为2-((6-(5a1,8a-二氢芘-1-基)己基)氧基)四氢-2H-吡喃;所述的增强剂为二氧化硅。
所述的阻燃可控降解聚丙烯复合材料的制备方法为:将上述原料依次加入到高速混合机中混合均匀;再将混合均匀的物料投入到双螺杆挤出机中熔融挤出,从喂料口至模头的挤出温度依次设置为165℃、180℃、185℃、190℃、185℃、180℃、195℃,螺杆转速为200rpm;再一步进行拉条、冷却、切粒,最后烘干得到阻燃可控降解聚丙烯复合材料。
实施例2
一种阻燃可控降解聚丙烯复合材料,包括以下重量百分比计的组分:聚丙烯70.3%、光敏剂6%、助光敏剂2%、阻燃剂10%、阻燃协效剂1%、分散剂0.7%、增强剂10%。
所述的光敏剂为苯乙酮六氯丙酮;所述的助光敏剂为二丁基二硫代氨基甲酸镍;所述的阻燃剂为可膨胀石墨;所述的阻燃协效剂为氧化钴;所述分散剂为2-乙基乙酸丁四醇酯;所述的增强剂为二氧化硅。
制备方法同实施例1
实施例3
一种阻燃可控降解聚丙烯复合材料,包括以下重量百分比计的组分:聚丙烯85%、光敏剂3%、助光敏剂1%、阻燃剂5%、阻燃协效剂0.5%、分散剂0.5%、增强剂5%。
所述的光敏剂为二丁基硫代磷酸镧;所述的助光敏剂为硫代硫酸锑;所述的阻燃剂为笼状磷酸酯三聚氰胺盐;所述的阻燃协效剂为氧化钴;所述分散剂为双[2-(5-甲基丙烯酰基硫代甲基-1,4-二噻烷基-2-甲基硫代)乙基]磷酸酯;所述的增强剂为二氧化硅。
制备方法同实施例1
比较例1
一种阻燃可控降解聚丙烯复合材料,包括以下重量百分比计的组分:聚丙烯62%、阻燃剂15%、阻燃协效剂2%、分散剂1%、增强剂20%。
所述的阻燃剂为多聚磷酸铵;所述的阻燃协效剂为苯基磷酸铈;所述分散剂为2-((6-(5a1,8a-二氢芘-1-基)己基)氧基)四氢-2H-吡喃;所述的增强剂为二氧化硅。
制备方法同实施例1
比较例2
一种阻燃可控降解聚丙烯复合材料,包括以下重量百分比计的组分:聚丙烯52%、光敏剂10%、阻燃剂15%、阻燃协效剂2%、分散剂1%、增强剂20%。
所述的光敏剂为次甲基六氢吡啶基二茂铁;所述的阻燃剂为多聚磷酸铵;所述的阻燃协效剂为苯基磷酸铈;所述分散剂为2-((6-(5a1,8a-二氢芘-1-基)己基)氧基)四氢-2H-吡喃;所述的增强剂为二氧化硅。
制备方法同实施例1
比较例3
一种阻燃可控降解聚丙烯复合材料,包括以下重量百分比计的组分:聚丙烯59%、助光敏剂3%、阻燃剂15%、阻燃协效剂2%、分散剂1%、增强剂20%。
所述的助光敏剂为硬酯酸锰;所述的阻燃剂为多聚磷酸铵;所述的阻燃协效剂为苯基磷酸铈;所述分散剂为2-((6-(5a1,8a-二氢芘-1-基)己基)氧基)四氢-2H-吡喃;所述的增强剂为二氧化硅。
制备方法同实施例1
比较例4
一种阻燃可控降解聚丙烯复合材料,包括以下重量百分比计的组分:聚丙烯50%、光敏剂10%、助光敏剂3%、阻燃剂15%、阻燃协效剂2%、增强剂20%。
所述的光敏剂为次甲基六氢吡啶基二茂铁;所述的助光敏剂为硬酯酸锰;所述的阻燃剂为多聚磷酸铵;所述的阻燃协效剂为苯基磷酸铈;所述的增强剂为二氧化硅。
制备方法同实施例1.
比较例5
一种阻燃可控降解聚丙烯复合材料,包括以下重量百分比计的组分:聚丙烯66%、光敏剂10%、助光敏剂3%、分散剂1%、增强剂20%。
所述的光敏剂为次甲基六氢吡啶基二茂铁;所述的助光敏剂为硬酯酸锰;所述分散剂为2-((6-(5a1,8a-二氢芘-1-基)己基)氧基)四氢-2H-吡喃;所述的增强剂为二氧化硅。
制备方法同实施例1.
比较例6
一种阻燃可控降解聚丙烯复合材料,包括以下重量百分比计的组分:聚丙烯51%、光敏剂10%、助光敏剂3%、阻燃剂15%、分散剂1%、增强剂20%。
所述的光敏剂为次甲基六氢吡啶基二茂铁;所述的助光敏剂为硬酯酸锰;所述的阻燃剂为多聚磷酸铵;所述分散剂为2-((6-(5a1,8a-二氢芘-1-基)己基)氧基)四氢-2H-吡喃;所述的增强剂为二氧化硅。
实施例1~3和比较例1~6得到的阻燃可控降解聚丙烯复合材料的性能测试如下表1。
表1实施例和比较例各项性能
注:*室内存储60天;降解率=(光照前材料的机械强度-光照后的机械强度)/光照前的机械强度*100%
由表1可知,实施例1-3具有优异的阻燃性能,力学强度高,同时降解速度可控,在没有光照下,可以较长时间保持良好的力学强度,当有光照条件下,光照30天即可将聚丙烯材料完全降解,进一步将降解后物质进行堆肥,90天后已完全消解,说明光照降解后的产物可以被微生物进一步分解。而对比例中,未添加光敏剂和助光敏剂,聚丙烯光照30天基本没有降解,而如果只有光敏剂,则降解率显著下降,可见助光敏剂与光敏剂互配是具备协同作用,可以更好地发挥光氧降解作用。由比较例4可知,分散剂在本发明技术中具有重要的作用,如果没有分散剂使用,则光敏剂和助光敏剂以及阻燃剂无法良好分散,影响聚丙烯光降解效果,比降低了材料的力学强度。
Claims (10)
1.一种阻燃可控降解聚丙烯复合材料,其特征在于,包括以下重量百分比计的组分:聚丙烯49~85%、光敏剂3~10%、助光敏剂1~3%、阻燃剂5~15%、阻燃协效剂0.5~2%、分散剂0.5~1%、增强剂5~20%。
2.如权利要求1所述的阻燃可控降解聚丙烯复合材料,其特征在于,所述的聚丙烯为均聚聚丙烯或共聚聚丙烯,熔融指数10~100g/min。
3.如权利要求1所述的阻燃可控降解聚丙烯复合材料,其特征在于,所述的光敏剂为次甲基六氢吡啶基二茂铁、次甲基吗啡啉二茂铁、次甲基哌嗪基二茂铁、次甲基吡咯基二茂铁、二羟基方酸菁、钌多吡啶配合物、、苯乙酮六氯丙酮、四甲基-4,4-二氨基甲酮、二硫化四丁基秋芝酮、二丁基硫代磷酸钕、二丁基硫代磷酸镧、二丁基硫代磷酸铈中的一种或两种以上的任意组合。
4.如权利要求1所述的阻燃可控降解聚丙烯复合材料,其特征在于,所述的助光敏剂为硬酯酸锰、硬脂酸钴、二丁基二硫代氨基甲酸镍、稀土氮化物、环辛四烯铕、环辛四烯镨、环辛四烯镧、环辛四烯铈、二环戊二烯镧、二环戊二烯铈、二环戊二烯钐、二环戊二烯镨、二环戊二烯镁、硫代硫酸锑、硫代硫酸银中的一种或两种以上的任意组合。
5.如权利要求4所述的阻燃可控降解聚丙烯复合材料,其特征在于,所述稀土氮化物为氮化镧、氮化铈、氮化镨、氮化钕、氮化钇、氮化钆中的一种或两种以上的任意组合。
6.如权利要求1所述的阻燃可控降解聚丙烯复合材料,其特征在于,所述的阻燃剂为多聚磷酸铵、可膨胀石墨、二乙基次磷酸铝、红磷、甲基磷酸二甲酯、笼状磷酸酯三聚氰胺盐、乙基磷酸二乙酯、O,O’二乙基-(2-琥珀酸二乙酯基)磷酸酯中的一种或两种以上的任意组合。
7.如权利要求1所述的阻燃可控降解聚丙烯复合材料,其特征在于,所述的阻燃协效剂为苯基磷酸铈、苯基磷酸镧、苯基磷酸镨、二氧化铈、二氧化镧、氧化钴、氧化镓、硫化锡中的一种或两种以上的任意组合。
8.如权利要求1所述的阻燃可控降解聚丙烯复合材料,其特征在于,所述的分散剂为双乙撑双硬脂酸酰胺、2-((6-(5a1,8a-二氢芘-1-基)己基)氧基)四氢-2H-吡喃、2-乙基乙酸丁四醇酯、双[2-(5-甲基丙烯酰基硫代甲基-1,4-二噻烷基-2-甲基硫代)乙基]磷酸酯中的一种或两种以上的任意组合。
9.如权利要求1所述的阻燃可控降解聚丙烯复合材料,其特征在于,所述的增强剂为二氧化硅、硫酸钡、硅灰石、碳酸钙、蒙脱土、玻璃微珠中的一种或两种以上的任意组合。
10.一种如权利要求1~9任意一项所述的阻燃可控降解聚丙烯复合材料的制备方法,其特征在于,包括以下制备步骤:以重量百分比计,将49~85%聚丙烯、3~10%光敏剂、1~3%助光敏剂、5~15%阻燃剂、0.5~2%阻燃协效剂、0.5~1%分散剂、5~20%增强剂加入到高速混合机中混合均匀;再将混合均匀的物料投入到双螺杆挤出机中熔融挤出,从喂料口至模头的挤出温度依次设置为165℃、180℃、185℃、190℃、185℃、180℃、195℃,螺杆转速为200rpm;再一步进行拉条、冷却、切粒,最后烘干得到阻燃可控降解聚丙烯复合材料。
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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