CN113896987A - 一种聚丙烯阻燃母粒、其制备方法和阻燃聚丙烯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一聚丙烯阻燃母粒的制备方法，包括：A)磷酸和季戊四醇加热反应，得到季戊四醇磷酸酯；B)所述季戊四醇磷酸酯和三聚氰胺混合密炼进行成盐反应，得到阻燃剂；C)阻燃剂与聚丙烯、抗氧剂和润滑剂混合、密炼、挤出、造粒即得聚丙烯阻燃母粒。本发明在季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐的合成过程中加入少量聚丙烯，通过密炼机的混炼、挤出造粒制备了集酸源、碳源、气源于一体的聚丙烯无卤阻燃母粒。本发明产品在阻燃剂反应合成过程中直接制备，减少了粉尘污染，减少了粉体团聚，提高了阻燃剂在基材中的分散程度。同时母粒中阻燃剂浓度提高到了90％～95％，降低了母粒的生产成本。本发明中制备的阻燃聚丙烯具有很好的耐水性能。
Description
技术领域
本发明涉及阻燃母粒材料制备领域，尤其是涉及一种聚丙烯阻燃母粒、其制备方法和阻燃聚丙烯。
背景技术
聚丙烯(PP)作为一种通用塑料，由于其优异的热稳定性能、化学稳定性、电绝缘性能和耐候性等已被广泛应用于人们的日常生活。可用注塑、挤塑、吹塑等方法进行加工。在家电、汽车、智能家居、建筑建材等领域有着广泛应用。
但PP氧指数只有18％左右，属于易燃材料。在燃烧过程中会释放大量的热和烟，并且伴有熔滴，极易引燃周围物品，给生命与财产造成极大伤害。
为了避免火灾，很多领域都要求必须具有阻燃性。而PP的高结晶和易燃性使其达到高阻燃等级又特别困难。因此，有必要对PP进行阻燃研究。
用于PP阻燃的包含卤系阻燃剂、无机阻燃剂、膨胀型阻燃剂等。卤系阻燃剂阻燃效果优异，但在燃烧过程中会产生大量烟雾和腐蚀性气体，危害人类身体健康。无机金属氢氧化物环保五毒，但其阻燃效率低，需要较高添加量方能达到阻燃效果，严重影响材料的机械性能。无卤磷氮膨胀型阻燃剂低烟低毒、环保高效，是比较理想的PP阻燃剂。但目前现有的膨胀型阻燃剂仍存在耐水性能差、对机械性能影响大的缺点。另外，由于聚丙烯用的膨胀型阻燃剂多为粉体，在配料、混合、生产过程中往往会产生大量的粉尘污染，恶化环境，危害人类身体健康，对螺杆造成磨损。
因此，提供一种阻燃效率高、耐水性能好的聚丙烯阻燃母粒是非常必要的。
发明内容
有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供一种聚丙烯阻燃母粒，本发明制备的聚丙烯阻燃母粒制备的阻燃聚丙烯阻燃效率高、耐水性能好。
本发明提供了一种聚丙烯阻燃母粒的制备方法，包括：
A)磷酸和季戊四醇加热反应，得到季戊四醇磷酸酯；
B)所述季戊四醇磷酸酯和三聚氰胺混合密炼进行成盐反应，得到阻燃剂；
C)阻燃剂与聚丙烯、抗氧剂和润滑剂混合、密炼、挤出、造粒即得聚丙烯阻燃母粒。
优选的，所述磷酸与季戊四醇的摩尔比为1.95:1～2.05:1；所述三聚氰胺与季戊四醇的摩尔比为1.95:1～2.05:1。
优选的，所述阻燃剂占聚丙烯阻燃母粒的质量百分比为90％～95％。
优选的，所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂245、抗氧剂1098、DLTP或DSTP中的一种或几种；所述润滑剂为EBS、蒙旦蜡、硬脂酸或硬脂酸锌中的一种或几种。
优选的，步骤A)所述加热反应的温度为80～100℃；时间为4～8h。
优选的，步骤B)所述成盐反应的温度为180～220℃。
本发明提供了一种聚丙烯阻燃母粒，由上述技术方案任一项所述的制备方法制备得到。
本发明提供了一种无卤阻燃母粒的应用，包括上述技术方案任一项所述的制备方法制备得到的聚丙烯阻燃母粒、聚丙烯和助剂。
与现有技术相比，本发明提供了一种聚丙烯阻燃母粒的制备方法，包括：A)磷酸和季戊四醇加热反应，得到季戊四醇磷酸酯；B)所述季戊四醇磷酸酯和三聚氰胺混合密炼进行成盐反应，得到阻燃剂；C)阻燃剂与聚丙烯、抗氧剂和润滑剂混合、密炼、挤出、造粒即得聚丙烯阻燃母粒。本发明在季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐的合成过程中加入少量聚丙烯，通过密炼机的混炼、挤出造粒制备了集酸源、碳源、气源于一体的聚丙烯无卤阻燃母粒。本发明产品在阻燃剂反应合成过程中直接制备，减少了粉尘污染，减少了粉体团聚，提高了阻燃剂在基材中的分散程度。同时母粒中阻燃剂浓度提高到了90％～95％，降低了母粒的生产成本。本发明中的阻燃剂集酸源、碳源、气源于一体，阻燃效率高，阻燃母粒添加14wt％～18wt％即可达UL 94V-0级。同时阻燃剂的水溶解性低，所制备的阻燃聚丙烯具有很好的耐水性能，完全通过UL 746C的耐水性能测试。
具体实施方式
本发明提供了一种聚丙烯阻燃母粒、其制备方法和阻燃聚丙烯，本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是，所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都属于本发明保护的范围。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文的方法和应用进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。
本发明提供了一种聚丙烯阻燃母粒的制备方法，包括：
A)磷酸和季戊四醇加热反应，得到季戊四醇磷酸酯；
B)所述季戊四醇磷酸酯和三聚氰胺混合密炼进行成盐反应，得到阻燃剂；
C)阻燃剂与聚丙烯、抗氧剂和润滑剂混合、密炼、挤出、造粒即得聚丙烯阻燃母粒。
本发明提供的聚丙烯阻燃母粒的制备方法首先将磷酸和季戊四醇加热反应，得到季戊四醇磷酸酯。
本发明上述反应优选在反应器中反应，本发明对于具体反应器不进行限定，本领域技术人员熟知的即可。
本发明所述磷酸与季戊四醇的摩尔比优选为1.95:1～2.05:1；其中，所述加热反应的温度优选为80～100℃；更优选为80～95℃；时间优选为4～8h；更优选为4～7h。
所述季戊四醇磷酸酯和三聚氰胺混合密炼进行成盐反应，得到阻燃剂。
即为：季戊四醇磷酸酯与三聚氰胺加入连续密炼造粒机中搅拌均匀，得到季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐，即为本发明的阻燃剂。
本发明所述三聚氰胺与季戊四醇的摩尔比优选为1.95:1～2.05:1。
本发明所述成盐反应的温度优选为180～220℃。
即为：在180～200℃的条件下，生成的季戊四醇磷酸酯与三聚氰胺进行成盐反应，生成集酸源、碳源、气源于一体的季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐。
本发明阻燃剂与聚丙烯、抗氧剂和润滑剂混合、密炼、挤出、造粒即得聚丙烯阻燃母粒。
将聚丙烯、抗氧剂、润滑剂加入密炼机中混合均匀、充分密炼，并经过与密炼机串联的挤出机，造粒，制得集酸源、碳源、气源于一体的聚丙烯阻燃母粒。
此时加入的聚丙烯起到载体的作用，季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐可以均匀地负载在聚丙烯上，减少阻燃剂的团聚，提高阻燃效率。
本发明所述挤出机为单螺杆挤出机，在单螺杆挤出造粒过程中，反应物充分反应，并与聚丙烯混合均匀，制得聚丙烯阻燃母粒。
本发明所述阻燃剂占聚丙烯阻燃母粒的质量百分比优选为90％～95％。
本发明所述抗氧剂与聚丙烯的质量比为0.3：100～0.8：100，所述润滑剂与聚丙烯的质量比为0.1：100～0.5：100。
本发明所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂245、抗氧剂1098、DLTP或DSTP中的一种或几种；所述润滑剂为EBS、蒙旦蜡、硬脂酸或硬脂酸锌中的一种或几种。
本发明先通过磷酸与季戊四醇反应生成季戊四醇磷酸酯(中间体)，借助密炼机的强搅拌功能将中间体与三聚氰胺搅拌均匀，再与PP共混密炼，挤出造粒制备聚丙烯专用的阻燃母粒。
本发明提供了一种聚丙烯阻燃母粒，由上述技术方案任一项所述的制备方法制备得到。
本发明的聚丙烯阻燃母粒在阻燃剂反应合成过程中直接制备，减少了粉尘污染。
阻燃剂的成盐反应过程中加入了聚丙烯，可以减少阻燃剂的团聚，使阻燃剂在聚丙烯中更好的分散，同时将母粒中阻燃剂浓度提高到了90％～95％，降低了母粒的生产成本。
本发明中的阻燃剂集酸源、碳源、气源于一体，阻燃效率高，阻燃母粒添加14wt％～18wt％即可达UL 94V-0级。同时阻燃剂的水溶解性低，所制备的阻燃聚丙烯具有很好的耐水性能，可以完全通过UL 746C的耐水性能测试。
本发明对于上述具体的制备方法已经有了清楚的描述，在此不再赘述。
本发明提供了一种阻燃聚丙烯，包括上述技术方案任一项所述的制备方法制备得到的聚丙烯阻燃母粒、聚丙烯和助剂。
本发明所述阻燃聚丙烯中聚丙烯阻燃母粒的添加量为14wt％～18wt％；所述助剂为硬脂酸钙、纳米蒙脱土。
其中所述聚丙烯的添加量为80wt％～85wt％。所述助剂的添加量为1wt％～2wt％。
本发明还提供了一种阻燃聚丙烯的制备方法，包括：
将聚丙烯阻燃母粒、聚丙烯和助剂混合挤出造粒，得到阻燃聚丙烯。
本发明提供了一种无卤阻燃PP母粒作为阻燃聚丙烯的阻燃剂的应用，其加入量占阻燃改性聚丙烯总质量的14％～18％。所述的无卤阻燃PP母粒的应用，具体为将上述质量分数的聚丙烯与阻燃母粒混合挤出造粒，注塑阻燃、力学样条，进行阻燃、力学与耐水性能测试。
其中，所述挤出造粒温度优选为190℃～210℃。
本发明提供了一种聚丙烯阻燃母粒的制备方法，包括：A)磷酸和季戊四醇加热反应，得到季戊四醇磷酸酯；B)所述季戊四醇磷酸酯和三聚氰胺混合密炼进行成盐反应，得到阻燃剂；C)阻燃剂与聚丙烯、抗氧剂和润滑剂混合、密炼、挤出、造粒即得聚丙烯阻燃母粒。本发明在季戊四醇磷酸酯三聚氰胺盐的合成过程中加入少量聚丙烯，通过密炼机的混炼、挤出造粒制备了集酸源、碳源、气源于一体的聚丙烯无卤阻燃母粒。本发明产品在阻燃剂反应合成过程中直接制备，减少了粉尘污染，减少了粉体团聚，提高了阻燃剂在基材中的分散程度。同时母粒中阻燃剂浓度提高到了90％～95％，降低了母粒的生产成本。
为了进一步说明本发明，以下结合实施例对本发明提供的一种聚丙烯阻燃母粒、其制备方法和阻燃聚丙烯进行详细描述。
实施例1
在20L反应器中加入3.4kg季戊四醇，6.1kg磷酸，80℃下保温反应4h，得季戊四醇磷酸酯。将所得季戊四醇磷酸酯与6.3kg的三聚氰胺加入到连续密炼机中，90℃下密炼20分钟，使反应物充分混合并进行初步的成盐反应。向密炼机中加入1.75kg聚丙烯、0.03kg抗氧剂1010与0.02kg抗氧剂168，密炼并通过密炼机串联的挤出机造粒制得聚丙烯阻燃母粒。
将18质量份的聚丙烯阻燃母粒与81重量份的聚丙烯K7726，1重量份的助剂混合均匀，通过双螺杆挤出机混合造粒，挤出温度设定为190～210℃。
实施例2
在20L反应器中加入3.4kg季戊四醇，6.1kg磷酸，80℃下保温反应4h，得季戊四醇磷酸酯。将所得季戊四醇磷酸酯与6.3kg的三聚氰胺加入到连续密炼机中，80℃下密炼30分钟，使反应物充分混合并进行初步的成盐反应。向密炼机中加入1.75kg聚丙烯、0.03kg抗氧剂1010与0.02kg抗氧剂168，密炼并通过密炼机串联的挤出机造粒制得聚丙烯阻燃母粒。
将18质量份的聚丙烯阻燃母粒与81重量份的聚丙烯K7726，1重量份的助剂混合均匀，通过双螺杆挤出机混合造粒，挤出温度设定为190～210℃。
实施例3
在20L反应器中加入3.4kg季戊四醇，6.3kg磷酸，80℃下保温反应4h，得季戊四醇磷酸酯。将所得季戊四醇磷酸酯与6.5kg的三聚氰胺加入到连续密炼机中，90℃下密炼20分钟，使反应物充分混合并进行初步的成盐反应。向密炼机中加入1.8kg聚丙烯、0.03kg抗氧剂1010与0.02kg抗氧剂168，密炼并通过密炼机串联的挤出机造粒制得聚丙烯阻燃母粒。
将18质量份的聚丙烯阻燃母粒与81重量份的聚丙烯K7726，1重量份的助剂混合均匀，通过双螺杆挤出机混合造粒，挤出温度设定为190～210℃。
实施例4
在20L反应器中加入3.4kg季戊四醇，6.3kg磷酸，80℃下保温反应4h，得季戊四醇磷酸酯。将所得季戊四醇磷酸酯与6.5kg的三聚氰胺加入到连续密炼机中，90℃下密炼20分钟，使反应物充分混合并进行初步的成盐反应。向密炼机中加入1.5kg聚丙烯、0.03kg抗氧剂1010与0.02kg抗氧剂168，密炼并通过密炼机串联的挤出机造粒制得聚丙烯阻燃母粒。
将16质量份的聚丙烯阻燃母粒与83重量份的聚丙烯K7726，1重量份的助剂混合均匀，通过双螺杆挤出机混合造粒，挤出温度设定为190～210℃。
实施例5
在20L反应器中加入3.4kg季戊四醇，6.3kg磷酸，80℃下保温反应4h，得季戊四醇磷酸酯。将所得季戊四醇磷酸酯与6.5kg的三聚氰胺加入到连续密炼机中，90℃下密炼20分钟，使反应物充分混合并进行初步的成盐反应。向密炼机中加入0.9kg聚丙烯、0.03kg抗氧剂1010与0.02kg抗氧剂168，密炼并通过密炼机串联的挤出机造粒制得聚丙烯阻燃母粒。
将14重量份的聚丙烯阻燃母粒与85重量份的聚丙烯K7726，1重量份的助剂混合均匀，通过双螺杆挤出机混合造粒，挤出温度设定为190～210℃。
对比例1
选择市售阻燃剂FR201(聚磷酸铵系列的PP无卤阻燃剂)。
对比例2
选择市售阻燃剂FR601(焦磷酸哌嗪系列的PP无卤阻燃剂)。
应用实施例
按照表1配方，将上述实施例与对比例中的阻燃母粒与聚丙烯(牌号K7726)混合制备阻燃聚丙烯，性能测试结果如表2所示。
表1
表2
由以上试验可以看出，阻燃母粒添加14％～18％时，聚丙烯(K7726)即可达到1.5mm V-0级阻燃，并均可通过UL 746C的耐水性能测试。与对比例1、2比，本发明制备的PP阻燃母粒不仅阻燃性能高、耐水性能好，而且机械性能优异。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (9)
1.一种聚丙烯阻燃母粒的制备方法，其特征在于，包括：
A)磷酸和季戊四醇加热反应，得到季戊四醇磷酸酯；
B)所述季戊四醇磷酸酯和三聚氰胺混合密炼进行成盐反应，得到阻燃剂；
C)阻燃剂与聚丙烯、抗氧剂和润滑剂混合、密炼、挤出、造粒即得聚丙烯阻燃母粒。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述磷酸与季戊四醇的摩尔比为1.95:1～2.05:1；所述三聚氰胺与季戊四醇的摩尔比为1.95:1～2.05:1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述阻燃剂占聚丙烯阻燃母粒的质量百分比为90％～95％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂245、抗氧剂1098、DLTP或DSTP中的一种或几种；所述润滑剂为EBS、蒙旦蜡、硬脂酸或硬脂酸锌中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤A)所述加热反应的温度为80～100℃；时间为4～8h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤B)所述成盐反应的温度为180～220℃。
7.一种聚丙烯阻燃母粒，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到。
8.一种阻燃聚丙烯，其特征在于，包括权利要求1～7任一项所述的制备方法制备得到的聚丙烯阻燃母粒、聚丙烯和助剂。
9.根据权利要求8所述的阻燃聚丙烯，其特征在于，所述阻燃聚丙烯中聚丙烯阻燃母粒的添加量为14wt％～18wt％；所述助剂为硬脂酸钙、纳米蒙脱土；硬脂酸钙、纳米蒙脱土的添加量均为0.5wt％～1.0wt％。
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