CN114230932A

CN114230932A - 一种阻燃填充聚丙烯材料及其制备方法与应用

Info

Publication number: CN114230932A
Application number: CN202111397858.2A
Authority: CN
Inventors: 刘鑫鑫; 叶南飚; 郑一泉
Original assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd
Current assignee: Kingfa Science and Technology Co Ltd
Priority date: 2021-11-23
Filing date: 2021-11-23
Publication date: 2022-03-25

Abstract

本发明公开了一种阻燃填充聚丙烯材料及其制备方法与应用，属于塑料材料领域。本发明所述阻燃填充聚丙烯材料的组分中采用特定的滑石粉母粒代替传统的滑石粉，使其与聚丙烯的相容性显著提升，可有效提升整体材料的分散均匀性，在所述组分环境中，紫外线吸收剂可与光稳定剂发生更好的协同作用，提升材料的耐光老化能力；阻燃剂可充分发挥效果，阻燃性能好。本发明还公开了所述阻燃填充聚丙烯材料的制备方法及应用。

Description

一种阻燃填充聚丙烯材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及塑料材料领域，具体涉及一种阻燃填充聚丙烯材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯(PP)作为五大通用塑料中的一种，具有无毒、无味、质轻、易加工、电绝缘性好、耐化学溶剂等优点，广泛的应用于汽车、家用电器、包装材料、电线电缆等领域，而随着PP应用领域和需求量的增加，对PP的性能就有了更高的要求。例如，如今多数PP材料均要求具备阻燃性能，因此一般需要在聚丙烯材料中添加阻燃剂组分。

溴系阻燃剂是PP有效的阻燃剂添加成分，但是该阻燃剂在光照后容易产生大量溴自由基，该自由基会与PP中的不稳定叔氢反应，生成大量烷基自由基，最终导致PP在老化测试时，在氙灯老化箱中的老化速度加快，氙灯老化后材料拉伸强度和冲击强度性能下降，阻燃性能下降，老化后样条点燃后燃烧时间变长，颜色发生黄变等缺陷。而另一方面，现有PP产品中添加的光稳定剂和紫外线吸收剂大多无法充分发挥效果，无法应对PP产品大面积的快速光照老化，经过1000小时的氙灯老化后，PP材料的最大色差一般达到9以上，黄变非常的明显。

发明内容

基于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供了一种阻燃填充聚丙烯材料，该产品相比于传统滑石粉填充的溴系阻燃聚丙烯材料具有更加优异的耐黄变及老化性能，同时阻燃性能好。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种阻燃填充聚丙烯材料，包括以下重量份的组分：

聚丙烯树脂40～60份、滑石粉母粒15～30份、溴系阻燃剂18～25份、三氧化二锑6～9份以及紫外线吸收剂和光稳定剂的混合物0.2～2份；所述滑石粉母粒为混炼塑化得到的混合颗粒，所述混合颗粒的组分包括聚丙烯和滑石粉；所述混合颗粒的组分包括聚丙烯和滑石粉。

传统的滑石粉填充剂在聚丙烯复合材料中的主要功能为赋予产品机械性能以及降低生产成本，同时具有一定的阻燃作用；然而该物质的添加会造成产品在制备时需要更高的剪切力，因此在加工过程往往会造成其他组分诸如阻燃剂的破坏，同时该粉体添加剂也会造成聚丙烯复合材料中的各组分分散性变差，无法充分发挥各组分的功能效果。

本发明所述阻燃填充聚丙烯材料采用特定的滑石粉母粒代替传统的滑石粉，与聚丙烯的相容性显著提升，可有效提升整体材料的分散均匀性，在所述组分环境中，选择特定的紫外线吸收剂可与光稳定剂发生更好的协同作用，提升材料的耐老化能力；阻燃剂分散性高且保留完整，阻燃性能好。

优选地，所述滑石粉母粒中聚丙烯与滑石粉的质量比为1.5～2.5:7.5～8.5；

更优选地，所述滑石粉母粒中聚丙烯与滑石粉的质量比为2:8；

优选地，所述滑石粉D₉₀为6～10μm，D₅₀为3～4μm；

更优选地，所述聚丙烯树脂包括均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种；更优选地，所述滑石粉母粒的制备方法为：

将聚丙烯和滑石粉按比例混合后，加入分散剂混合均匀，随后经混炼塑化，挤出及模面热切造粒后，即得所述滑石粉母粒。

更优选地，所述分散剂的添加量为5份。

通过所述聚丙烯与滑石粉的比例再按特定制备方法制备的母粒产品总体分散性提高。

优选地，所述聚丙烯树脂包括均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种。

优选地，所述溴系阻燃剂包括十溴二苯乙烷、溴化环氧、溴代三嗪、四溴双酚A、乙撑双(四溴邻苯二甲酰胺)中的至少一种。

优选地，所述0.2～2份紫外线吸收剂和光稳定剂的混合物中紫外线吸收剂和光稳定剂的质量比为0.9～1.2:0.9～1.2；

更优选地，所述0.2～2份紫外线吸收剂和光稳定剂的混合物中紫外线吸收剂和光稳定剂的质量比为1:1。

优选地，所述紫外线吸收剂的最大紫外吸收波长为320～360nm；

优选地，所述紫外线吸收剂包括苯并三唑类紫外线吸收剂、二苯甲酮类紫外线吸收剂中的至少一种；所述光稳定剂包括受阻胺光稳定剂。

由于紫外线根据波长可分为UV-C(280～190nm)、UV-B(315～280nm)和UV-A(400～315nm)，其中在太阳光下紫外光UV-A约占98.1％，UV-B约占1.1％，余下为UV-C，而由于UV-A是导致聚合物材料因共价键断裂而降解的主要原因，因此针对太阳光占比最多的UV-A进行吸收剂选择可有效起到聚合物防止降解的效果。

优选地，所述阻燃填充聚丙烯材料的组分中还包括0～2份抗氧剂和润滑剂的混合物。

更优选地，所述0.2～2份抗氧剂和润滑剂的混合物中抗氧剂和润滑剂的质量比为0.9～1.2:0.9～1.2；

更优选地，所述0.2～2份抗氧剂和润滑剂的混合物中抗氧剂和润滑剂的质量比为1:1。

更优选地，所述抗氧剂包括酚类抗氧剂、亚磷酸类抗氧剂中的至少一种；所述润滑剂包括硬脂酸锌、硬脂酸镁、硬脂酸钙、硬脂酸钡中的至少一种。

优选地，所述阻燃填充聚丙烯材料，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂45～55份、20～25份滑石粉母粒、溴系阻燃剂20～23份、三氧化二锑7～8份、紫外线吸收剂和光稳定剂的混合物0.5～1.5份、抗氧剂和润滑剂的混合物0.5～1.5份。

通过上述优选配比下制备的聚丙烯材料不仅制备成本更低，同时阻燃性能优良，耐老化和黄变效果最佳。

本发明的另一目的还在于提供所述阻燃填充聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：

将各组分按比例混合均匀后，置入双螺杆挤出机中依次进行熔融混合和挤出造粒，即得所述阻燃填充聚丙烯材料。

本发明所述阻燃填充聚丙烯材料的制备方法操作步骤简单，可实现工业化大规模生产。

优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为40～48:1，螺筒温度为180～200℃，螺杆转速为200～550r/min。

本发明的再一目的在于所述阻燃填充聚丙烯材料在制备汽车或家电用阻燃部件中的应用。

本发明的有益效果在于，本发明提供了一种阻燃填充聚丙烯材料，该材料采用特定的滑石粉母粒代替传统的滑石粉，使其与聚丙烯的相容性显著提升，可有效提升整体材料的分散均匀性，在所述分散环境下，制备的聚丙烯材料中紫外线吸收剂与光稳定剂发挥协同作用，使制备的聚丙烯材料具有优异的耐光老化性能；同时在优选配比的配方下，聚丙烯材料兼具良好的阻燃性能和力学性能，综合性能优异，可有效实际应用于对阻燃、耐光及力学性能均有严格要求的各类阻燃制件的制备中。本发明还提供了所述阻燃填充聚丙烯材料的制备方法及应用。

附图说明

图1为本发明所述阻燃填充聚丙烯材料的组分中滑石粉母粒示意图。

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及对比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。本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。本发明实施、对比例所设计的实验试剂及仪器，除非特别说明，均为常用的普通试剂及仪器。

实施例1～9

本发明所述阻燃填充聚丙烯材料，所述产品的制备方法，包括以下步骤：

将各原料按比例在高混机中预混合均匀后，置入双螺杆挤出机中依次进行熔融混合和挤出造粒，即得所述阻燃填充聚丙烯材料；所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为45:1，螺筒温度为180～200℃，螺杆转速为300r/min。

各实施例所用原料如下，所述原料的配比如表1所示。

聚丙烯树脂：共聚聚丙烯EP300M，中海壳牌石油化工有限公司生产；

滑石粉母粒：所述母粒为发明人自制，所述滑石粉母粒中聚丙烯与滑石粉的质量比为2:8；所述聚丙烯为共聚聚丙烯EP300M，中海壳牌石油化工有限公司生产；所述滑石粉为海城添源化工有限责任公司生产TYT-777A产品，所述滑石粉D₉₀为8～10μm，D₅₀为3～4μm；所述分散剂为日本三井公司生产的DF7350型号POE弹性体产品，熔体流动速率为65g/10min，在230℃，2.16kg条件下测得。

所述滑石粉母粒的制备方法为：

将聚丙烯和滑石粉按比例混合后，加入5份分散剂并在高速混合机中混合均匀，随后投入密炼机中混炼塑化，再在单螺杆挤出机中挤出，最后经模面热切造粒后，即得所述滑石粉母粒，如图1所示。

溴系阻燃剂：十溴二苯乙烷，SAYTEX 4010，美国雅宝公司生产；

紫外线吸收剂1：UV-P(2-(2'-羟基–5'-甲基苯基)苯并三氮唑)，最大紫外吸收波长为340nm，奇钛(上海)化学科技有限公司生产；

紫外线吸收剂2：UV-531(2-羟基-4-正辛氧基二苯甲酮)，最大紫外吸收波长为290nm，奇钛(上海)化学科技有限公司生产；

光稳定剂1：受阻胺型NOR116，巴斯夫公司生产；

光稳定剂2：受阻胺型UV-770(双(2,2,6,6-四甲基-4-哌啶基)癸二酸酯)，广州欣友唯化工有限公司生产；

抗氧剂：抗氧剂3114，1,3,5-三(3,5-二叔丁基-4-羟基苄基)异氰尿酸，天津利安隆新材料有限公司生产；

润滑剂：硬脂酸镁，江西宏远化工有限公司生产。

实施例10

实施例10所述产品与实施例1所述产品的差别仅在于，所述滑石粉母粒中聚丙烯与滑石粉的质量比为4:6。

实施例11

本实施例所述产品与实施例1所述产品的差别仅在于，所述滑石粉母粒中滑石粉的D₉₀为14～15μm，D₅₀为8～10μm。

对比例2～4

对比例2～4所述产品与实施例1～9所述产品的差别仅在于组分原料配方或配比不同，所述原料的配比如表1所示。

对比例1

对比例1所述产品与实施例1所述产品的差别仅在于，所述组分中滑石粉未被用于制备滑石粉母粒，所述滑石粉为海城添源化工有限责任公司生产的产品，所述滑石粉D₉₀为8～10μm，D₅₀为3～4μm。

对比例5

对比例5所述产品与实施例1所述产品的差别仅在于，所述滑石粉母粒的组分将聚丙烯替换为聚乙烯。

表1

为验证本发明实施例所得产品的性能，将各实施例和对比例产品在120℃下烘烤3h后，注塑成标准色板、标准力学样条和1.5mm垂直燃烧样条(根据对应测试方法要求注塑制备)，并进行氙灯老化前后色差测试、燃烧测试及力学性能测试，结果分别如表2所示，具体测试方法如下：

(1)氙灯老化测试：根据ISO 4892-2：2013标准测试方法条件1，所述测试的时长为1008h，将各实施例和对比例产品在200℃下注塑成83mm*54mm*2mm尺寸的标准色板，通过爱色丽7000A色差仪测量产品色板在氙灯下的色差变化值△E；在所述测试过程中出现的色差变化值△E的最大值越小，产品的耐光老化效果越好；

(2)力学性能测试：在23℃、50％湿度下，根据GB/T 1843-2008进行产品的悬臂梁缺口冲击强度性能测试，2mmA型缺口，冲击摆锤能力为2.75kJ；

(3)燃烧性能测试：根据GB/T 2408-2008进行垂直燃烧性能测试，其中燃烧时间是每组5根样条施加10次火焰离火后有焰燃烧时间总和。

表2

其中NR表示无阻燃级别，产品阻燃性能差。

根据表2可以看出，相比于采用传统滑石粉作为填充剂(滑石粉和聚丙烯添加量相同)的对比例1产品，实施例1～9各产品由于滑石粉母粒的优化改性，提升了与聚丙烯材料的相容性，同时避免了产品在后续螺杆加工制备过程中因剪切力过高使紫外线吸收剂、光稳定剂等功能组分被破坏，各组分充分发挥协同效果，其1008h老化测试时的最大色差值均保持在6以下，同时可保持良好的阻燃特性且力学性能较优，其中实施例1～3所得产品最大色差值≤5，缺口冲击强度可保持在5kJ/m²左右，经老化后变化不显著，同时可保持V0级别阻燃等级，综合性能最优；实施例4产品滑石粉母粒较多，树脂较少，虽然相比实施例1～3产品最大色差更小，但力学性能有所降低，而实施例5产品中树脂较多，滑石粉母粒较少，虽力学性能更好，但阻燃效果和防变色效果均较低；相比于实施例1，实施例6和7分别采用了不同的紫外光吸收剂和光稳定剂，其最大色差值相对变大，而老化后燃烧时间也相对变长，说明该产品防老化能力稍弱，使用不同的紫外线吸收剂及光稳定剂其得到产品的防光老化效果也有所不同；根据实施例1、实施例8和9以及对比例2产品性能表征可知，随着滑石粉母粒添加量变多，产品老化前后的燃烧时间有所降低，但随之产品的冲击强度也有所降低，当添加量达到40份时，对比例2产品其老化前缺口冲击强度不足4kJ/m²，且老化后力学性能下降较大，无法满足在汽车或家电零部件运用中的基本冲击强度要求；另一方面，根据对比例3的结果可知，若滑石粉母粒的添加量过少，其防光老化效果显著降低，不仅最大色差值达到5.79，同时产品本身也无法达到基本的阻燃效果。因此，基于制备的聚丙烯材料所需要的防光老化效果、阻燃性及基本的力学性能上的综合考虑，只有在所述滑石粉母粒的添加份数为15～30份，优选20～25份时，产品的整体综合性能最好，没有发生三种性能间的失衡。对比例4产品中溴系阻燃剂含量过少，虽然由于游离溴的含量变少，其防老化变色的效果显著提升，但产品本身也失去了阻燃性能，不具备实用性。对比例5所得产品虽然同样也使用了滑石粉母粒作为填充剂，但其基体为聚乙烯，在用于本申请所述聚丙烯复合材料时容易出现相容性差的问题，其老化后的力学性能明显变差，其老化前缺口冲击强度不足4.3kJ/m²，老化后缺口冲击强度不足3kJ/m²，无法满足实际运用中的基本冲击强度要求。

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

1.一种阻燃填充聚丙烯材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：

聚丙烯树脂40～60份、滑石粉母粒15～30份、溴系阻燃剂18～25份、三氧化二锑6～9份以及紫外线吸收剂和光稳定剂的混合物0.2～2份；所述滑石粉母粒为混炼塑化得到的混合颗粒，所述混合颗粒的组分包括聚丙烯和滑石粉。

2.如权利要求1所述阻燃填充聚丙烯材料，其特征在于，所述滑石粉母粒中聚丙烯与滑石粉的质量比为1.5～2.5:7.5～8.5。

3.如权利要求2所述阻燃填充聚丙烯材料，其特征在于，所述滑石粉D₉₀为6～10μm，D₅₀为3～4μm。

4.如权利要求2所述燃填充聚丙烯材料，其特征在于，所述滑石粉母粒的制备方法为：

5.如权利要求1所述阻燃填充聚丙烯材料，其特征在于，所述聚丙烯树脂包括均聚聚丙烯、共聚聚丙烯中的至少一种；所述溴系阻燃剂包括十溴二苯乙烷、溴化环氧、溴代三嗪、四溴双酚A、乙撑双(四溴邻苯二甲酰胺)中的至少一种。

6.如权利要求1所述阻燃填充聚丙烯材料，其特征在于，所述紫外线吸收剂的最大紫外吸收波长为320～360nm。

7.如权利要求1所述阻燃填充聚丙烯材料，其特征在于，所述阻燃填充聚丙烯材料的组分中还包括0～2份抗氧剂和润滑剂的混合物。

8.如权利要求7所述阻燃填充聚丙烯材料，其特征在于，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂45～55份、滑石粉母粒20～25份、溴系阻燃剂20～23份、三氧化二锑7～8份、紫外线吸收剂和光稳定的混合物0.5～1.5份、抗氧剂和润滑剂的混合物0.5～1.5份。

9.如权利要求1～8任一项所述阻燃填充聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将各组分按比例混合均匀后，置入双螺杆挤出机中依次进行熔融混合和挤出造粒，即得所述阻燃填充聚丙烯材料；优选地，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为40～48:1，螺筒温度为180～200℃，螺杆转速为200～550r/min。

10.如权利要求1～8任一项所述阻燃填充聚丙烯材料在制备汽车或家电用阻燃部件中的应用。