CN113754936A - 一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒及其制备方法，属于高分子材料领域。本发明提供的一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒，按重量份数计，由如下原料组成：聚烯烃树脂80‑100份，阻燃剂15‑30份，协同阻燃剂5‑15份，相容剂2‑6份，分散剂5‑10份，抗氧剂1‑3份，阻燃剂为四溴双酚S双(2,3‑二溴丙基)醚、溴代三嗪或溴化环氧树脂，协同阻燃剂由氢氧化钙、稀土氧化物和2,3‑二甲基‑2,3‑二苯基丁烷复配而成，所述稀土氧化物为氧化镨、氧化铕、氧化铽、氧化钆中的一种或几种。本发明制备的聚烯烃阻燃剂阻燃母粒，阻燃剂和协同阻燃剂用量少，阻燃效率高，并且力学性能较为优异，制备方法简单，适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明是一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒及其制备方法，属于高分子材料领域。
背景技术
聚烯烃为烯烃的聚合物，由乙烯、丙烯、1-丁烯、1-戊烯、1-己烯、1-辛烯、4-甲基-1-戊烯等α-烯烃以及某些环烯烃单独聚合或共聚合而得到的一类热塑性树脂的总称。聚烯烃易于燃烧，而且聚苯乙烯类材料在燃烧过程中还会释放毒烟，若因此引发火灾将会给人们的生命财产安全带来巨大威胁。
目前一般通过加入溴锑型阻燃母粒来提高聚烯烃的阻燃性能，阻燃母粒是一种功能性助剂，将阻燃母粒加入聚烯烃中分散，可以提高聚烯烃的难燃性。现有技术中需要加入较多的溴锑型阻燃剂才能对聚烯烃起到较好的阻燃效果，但是阻燃剂添加量过多会牺牲聚烯烃的力学性能。
稀土氧化物中的稀土元素由于其自身的价态可变，能够捕捉自由基，可以促进高分子阻燃材料体系中的成炭、交联、氧化等多种反应，从而改善聚合物的热稳定性。而如何将稀土氧化物运用到聚烯烃阻燃母粒中，在保持聚烯烃母粒良好阻燃性的同时降低阻燃剂的添加量以及保证材料的力学性能值得深入研究。
发明内容
针对现有技术存在不足，本发明的目的是提供一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒及其制备方法，本发明制备的聚烯烃阻燃剂阻燃母粒，阻燃剂和协同阻燃剂用量少，阻燃效率高，并且力学性能较为优异，制备方法简单，适于工业化生产。
为了实现上述目的，本发明提供了一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒，按重量份数计，由如下原料组成：
所述阻燃剂为四溴双酚S双(2,3-二溴丙基)醚、溴代三嗪或溴化环氧树脂，所述协同阻燃剂由稀土氧化物、氢氧化钙和2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷复配而成，所述稀土氧化物为氧化镨、氧化铕、氧化铽、氧化钆中的一种或几种。
采用上述方案，四溴双酚S双(2,3-二溴丙基)醚、溴代三嗪、溴化环氧树脂能够有效提高聚烯烃的阻燃性能，2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷作为添加剂，能够赋予聚烯烃一定的阻燃性，氧化镨、氧化铕、氧化铽或氧化钆催化聚烯烃链内生成的羧基、羟基等与氢氧化钙的羟基形成交联结构，使得聚烯烃表面的碳层比较致密，从而进一步达到阻燃的目的，阻燃剂和协同阻燃剂具有协同作用，能够共同提高聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的阻燃效率，并且采用稀土氧化物、氢氧化钙和2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷的混合物为协同阻燃剂，能够有效减少阻燃剂的用量，添加的相容剂能够提高阻燃剂、协同阻燃剂与聚烯烃之间的相容性，添加的分散剂有利于阻燃剂和协同阻燃剂均匀分散在聚烯烃阻燃剂阻燃母粒中，从而提高聚烯烃的阻燃效果，添加的抗氧剂能够有效抑制聚烯烃的热氧化和光氧化的反应速度，延缓老化过程，提高其耐热性和耐光性。
优选的，所述聚烯烃树脂为聚乙烯或聚丙烯。
优选的，所述氢氧化钙、稀土氧化物和2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷的质量比为60:5-10:10-20。
优选的，所述相容剂为POE接枝马来酸酐。
优选的，所述分散剂为亚乙基双脂肪酸酰类化合物。
优选的，所述抗氧剂为抗氧剂1076和抗氧剂168中的一种。
采用上述方案，抗氧剂1076或抗氧剂168能够有效抑制聚烯烃的热氧化和光氧化的反应速度，延缓老化过程，提高其耐热性和耐光性。
本发明还提供一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的制备方法，包括以下步骤：
S1.将聚烯烃树脂粉碎后加入高速搅拌机中，利用雾化装置喷入乙烯基三乙氧基硅烷，然后再加入阻燃剂、协同阻燃剂、分散剂和抗氧剂，利用高速搅拌机中混合均匀，得到混合物A，其中，乙烯基三乙氧基硅烷与聚烯烃树脂的质量比为0.5-4:100；
S2.将相容剂加入高速搅拌机中，使混合物A与相容剂充分混合均匀，得到混合物B；
S3.将混合物B熔融，然后在双螺杆挤出机中进行挤出切粒，经冷却得到阻燃母粒。
优选的，步骤S1中，高速搅拌机的转速为100-300转/分钟。
优选的，步骤S2中，高速搅拌机的转速为600-2000转/分钟。
优选的，步骤S3中，双螺杆挤出机的各区温度范围为180-210℃。
采用上述方案，首先在聚烯烃树脂上喷淋乙烯基三乙氧基硅烷，然后加入阻燃剂、协同阻燃剂、分散剂和抗氧剂进行预混合，再与相容剂混合后进行挤出切粒，提高了阻燃剂、协同阻燃剂、分散剂和抗氧剂的分散效果，以及混合物A与聚烯烃树脂之间的相容性，从而提高了聚烯烃的阻燃性和力学性能，制备方法简单，适于工业化生产。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)以四溴双酚S双(2,3-二溴丙基)醚、溴代三嗪、溴化环氧树脂为阻燃剂能够有效提高聚烯烃的阻燃性能，2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷作为添加剂，能够赋予聚烯烃一定的阻燃性，氧化镨、氧化铕、氧化铽或氧化钆催化聚烯烃链内生成的羧基、羟基等与氢氧化钙的羟基形成交联结构，使得聚烯烃表面的碳层比较致密，从而进一步达到阻燃的目的。
(2)添加的阻燃剂和协同阻燃剂具有协同作用，能够共同提高聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的阻燃效率，采用稀土氧化物、氢氧化钙和2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷的混合物为协同阻燃剂，能够减少阻燃剂的用量，阻燃效率高，并且兼顾了力学性能。
(3)首先在聚烯烃树脂上喷淋乙烯基三乙氧基硅烷，然后加入阻燃剂、协同阻燃剂、分散剂和抗氧剂进行预混合，再与相容剂混合后进行挤出切粒，提高了阻燃剂、协同阻燃剂、分散剂和抗氧剂的分散效果，以及混合物A与聚烯烃树脂之间的相容性，从而提高了聚烯烃的阻燃性和力学性能，制备方法简单，适于工业化生产。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
实施例1
本发明提供一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒，按重量份数计，由如下原料组成：
在本实施例中，阻燃剂为四溴双酚S双(2,3-二溴丙基)醚，协同阻燃剂为氢氧化钙、氧化镨与2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷的混合物，其中，氢氧化钙为64g，氧化镨为5.33g，2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷为10.67g。
在本实施例中，聚烯烃树脂为聚乙烯。
在本实施例中，相容剂为POE接枝马来酸酐。
在本实施例中，分散剂为亚乙基双脂肪酸酰类化合物。
在本实施例中，抗氧剂为抗氧剂1076。
本发明还提供一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的制备方法，包括以下步骤：
S1.将聚烯烃树脂粉碎后加入高速搅拌机中，利用雾化装置喷入乙烯基三乙氧基硅烷，然后再加入阻燃剂、协同阻燃剂、分散剂和抗氧剂，利用高速搅拌机中混合均匀，得到混合物A，其中，乙烯基三乙氧基硅烷与聚烯烃树脂的质量比为0.5:100，乙烯基三乙氧基硅烷的加入量为4g，高速搅拌机的转速为100转/分钟；
S2.将相容剂加入高速搅拌机中，使混合物A与相容剂充分混合均匀，得到混合物B，高速搅拌机的转速为600转/分钟；
S3.将混合物B熔融，然后在双螺杆挤出机中进行挤出切粒，经冷却得到阻燃母粒，双螺杆挤出机的各区温度范围为180℃。
实施例2
本发明提供一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒，按重量份数计，由如下原料组成：
在本实施例中，阻燃剂为四溴双酚S双(2,3-二溴丙基)醚，协同阻燃剂为氢氧化钙、氧化铕与2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷的混合物，其中，氢氧化钙为34.09g，氧化铕为4.55g，2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷为11.36g。
在本实施例中，聚烯烃树脂为聚乙烯。
在本实施例中，相容剂为POE接枝马来酸酐。
在本实施例中，分散剂为亚乙基双脂肪酸酰类化合物。
在本实施例中，抗氧剂为抗氧剂1076。
本发明还提供一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的制备方法，包括以下步骤：
S1.将聚烯烃树脂粉碎后加入高速搅拌机中，利用雾化装置喷入乙烯基三乙氧基硅烷，然后再加入阻燃剂、协同阻燃剂、分散剂和抗氧剂，利用高速搅拌机中混合均匀，得到混合物A，其中，乙烯基三乙氧基硅烷与聚烯烃树脂的质量比为2:100，乙烯基三乙氧基硅烷的加入量为19g，高速搅拌机的转速为200转/分钟；
S2.将相容剂加入高速搅拌机中，使混合物A与相容剂充分混合均匀，得到混合物B，高速搅拌机的转速为1000转/分钟；
S3.将混合物B熔融，然后在双螺杆挤出机中进行挤出切粒，经冷却得到阻燃母粒，双螺杆挤出机的各区温度范围为190℃。
实施例3
本发明提供一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒，按重量份数计，由如下原料组成：
在本实施例中，阻燃剂为溴代三嗪，协同阻燃剂为氢氧化钙、氧化铽与2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷的混合物，其中，氢氧化钙为105.88g，氧化铽为17.65g，2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷为26.47g。
在本实施例中，聚烯烃树脂为聚丙烯。
在本实施例中，相容剂为POE接枝马来酸酐。
在本实施例中，分散剂为亚乙基双脂肪酸酰类化合物。
在本实施例中，抗氧剂为抗氧剂168。
本发明还提供一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的制备方法，包括以下步骤：
S1.将聚烯烃树脂粉碎后加入高速搅拌机中，利用雾化装置喷入乙烯基三乙氧基硅烷，然后再加入阻燃剂、协同阻燃剂、分散剂和抗氧剂，利用高速搅拌机中混合均匀，得到混合物A，其中，乙烯基三乙氧基硅烷与聚烯烃树脂的质量比为3:100，乙烯基三乙氧基硅烷的加入量为30g，高速搅拌机的转速为300转/分钟；
S2.将相容剂加入高速搅拌机中，使混合物A与相容剂充分混合均匀，得到混合物B，高速搅拌机的转速为2000转/分钟；
S3.将混合物B熔融，然后在双螺杆挤出机中进行挤出切粒，经冷却得到阻燃母粒，双螺杆挤出机的各区温度范围为200℃。
实施例4
本发明提供一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒，按重量份数计，由如下原料组成：
在本实施例中，阻燃剂为溴化环氧树脂，协同阻燃剂为氢氧化钙、氧化钆、氧化铕与2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷的混合物，其中，氢氧化钙为73.33g，氧化钆为6.11g，氧化铕为6.11g，2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷为24.44g。
在本实施例中，聚烯烃树脂为聚丙烯。
在本实施例中，相容剂为POE接枝马来酸酐。
在本实施例中，分散剂为亚乙基双脂肪酸酰类化合物。
在本实施例中，抗氧剂为抗氧剂168。
本发明还提供一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的制备方法，包括以下步骤：
S1.将聚烯烃树脂粉碎后加入高速搅拌机中，利用雾化装置喷入乙烯基三乙氧基硅烷，然后再加入阻燃剂、协同阻燃剂、分散剂和抗氧剂，利用高速搅拌机中混合均匀，得到混合物A，其中，乙烯基三乙氧基硅烷与聚烯烃树脂的质量比为4:100，乙烯基三乙氧基硅烷的加入量为34g，高速搅拌机的转速为200转/分钟；
S2.将相容剂加入高速搅拌机中，使混合物A与相容剂充分混合均匀，得到混合物B，高速搅拌机的转速为1500转/分钟；
S3.将混合物B熔融，然后在双螺杆挤出机中进行挤出切粒，经冷却得到阻燃母粒，双螺杆挤出机的各区温度范围为210℃。
试验例1阻燃剂和协同阻燃剂对试验结果的影响
对比例1-4：与实施例1-4相对应的对比例实验中，除了不加入协同阻燃剂外，其他实验步骤与相应的实施例各步骤完全相同，具体实验结果详见表1。
对比例5-8：与实施例1-4相对应的对比例实验中，除了不加入阻燃剂外，其他实验步骤与相应的实施例各步骤完全相同，具体实验结果详见表1。
将实施例1-4和对比例1-8制备的阻燃母粒注塑成测试样条，注塑温度为200℃，注塑压力40Mpa，一次注塑时间为5s，得到注塑样条，然后进行阻燃性、拉伸强度、冲击强度和弯曲强度测试。
表1实施例1-4和对比例1-8的测试结果
由表1可以看出，与对比例5-8相比，实施例1-4中添加了阻燃剂后，聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的极限氧指数明显增大，阻燃等级由UL94V-1改变为UL94V-0，阻燃性能明显提高，拉伸强度基本保持不变，冲击强度和弯曲强度略有降低；
与对比例1-4相比，实施例1-4中添加了协同阻燃剂后，聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的极限氧指数增大，阻燃等级由UL94V-1改变为UL94V-0，拉伸强度变化较小，冲击强度和弯曲强度略有降低，说明本发明中的阻燃剂和协同阻燃剂具有协同作用，能够显著提高聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的阻燃效率，同时能够兼顾聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的拉伸强度、冲击强度和弯曲强度，力学性能较为优异。
试验例2氢氧化钙、氧化镨和2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷不同的质量比对试验结果的影响
对比例9：与实施例1不同的是，除了氢氧化钙、氧化镨、2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷的质量比为60:6.5:10，即氢氧化钙为62.75g，氧化镨为6.80g，2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷为10.46g外，其他实验步骤与实施例1各步骤完全相同，具体实验结果详见表2。
对比例10：与实施例1不同的是，除了氢氧化钙、氧化镨、2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷的质量比为60:8:10，即氢氧化钙为61.54g，氧化镨为8.21g，2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷为10.26g外，其他实验步骤与实施例1各步骤完全相同，具体实验结果详见表2。
对比例11：与实施例1不同的是，除了氢氧化钙、氧化镨、2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷的质量比为60:9:10，即氢氧化钙为60.76g，氧化镨为9.11g，2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷为10.13g外，其他实验步骤与实施例1各步骤完全相同，具体实验结果详见表2。
对比例12：与实施例1不同的是，除了氢氧化钙、氧化镨、2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷的质量比为60:10:10，即氢氧化钙为60g，氧化镨为10g，2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷为10g外，其他实验步骤与实施例1各步骤完全相同，具体实验结果详见表2。
表2对比例9-12的测试结果
由表1-2可以看出，实施例1、对比例9-12随着氧化镨所占质量比在氢氧化钙、氧化镨和2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷组成的协同阻燃剂中增加，聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的极限氧指数先增大后减小，拉伸强度、冲击强度和弯曲强度变化不大。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒，其特征在于，按重量份数计，由如下原料组成：
所述阻燃剂为四溴双酚S双(2,3-二溴丙基)醚、溴代三嗪或溴化环氧树脂，所述协同阻燃剂由氢氧化钙、稀土氧化物和2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷复配而成，所述稀土氧化物为氧化镨、氧化铕、氧化铽、氧化钆中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒，其特征在于，所述聚烯烃树脂为聚乙烯或聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒，其特征在于，所述氢氧化钙、稀土氧化物和2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷的质量比为60:5-10:10-20。
4.根据权利要求1所述的一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒，其特征在于，所述相容剂为POE接枝马来酸酐。
5.根据权利要求1所述的一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒，其特征在于，所述分散剂为亚乙基双脂肪酸酰类化合物。
6.根据权利要求1所述的一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1076和抗氧剂168中的一种。
7.如权利要求1-6任一所述的一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.将聚烯烃树脂粉碎后加入高速搅拌机中，利用雾化装置喷入乙烯基三乙氧基硅烷，然后再加入阻燃剂、协同阻燃剂、分散剂和抗氧剂，利用高速搅拌机中混合均匀，得到混合物A，其中，乙烯基三乙氧基硅烷与聚烯烃树脂的质量比为0.5-4:100；
S2.将相容剂加入高速搅拌机中，使混合物A与相容剂充分混合均匀，得到混合物B；
S3.将混合物B熔融，然后在双螺杆挤出机中进行挤出切粒，经冷却得到阻燃母粒。
8.根据权利要求7所述的一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的制备方法，其特征在于，步骤S1中，高速搅拌机的转速为100-300转/分钟。
9.根据权利要求7所述的一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的制备方法，其特征在于，步骤S2中，高速搅拌机的转速为600-2000转/分钟。
10.根据权利要求7所述的一种聚烯烃阻燃剂阻燃母粒的制备方法，其特征在于，步骤S3中，双螺杆挤出机的各区温度范围为180-210℃。
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- 2021-03-23 CN CN202110308562.2A patent/CN113754936A/zh active Pending
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