CN114605725A - 一种无卤阻燃聚烯烃组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无卤阻燃聚烯烃组合物及其制备方法和应用，所述无卤阻燃聚烯烃组合物按重量份计，包括以下组分：聚烯烃树脂40‑80份；改性无机类阻燃剂40‑80份；高效分散剂0.5‑2份；抗氧剂0.2‑1.5份；加工助剂0.2‑1.5份；所述改性无机类阻燃剂为经过表面处理剂包覆处理的金属氢氧化物。本发明提供的无卤阻燃聚烯烃组合物不仅具有良好的阻燃性，同时透气性也好，用本发明提供的无卤阻燃聚烯烃组合物制成薄膜，薄膜的外观也优良，可应用于防护服制造领域。

Description

一种无卤阻燃聚烯烃组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及高分子材料改性技术领域，具体涉及一种无卤阻燃聚烯烃组合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚烯烃透气膜是由碳酸钙填充体系经拉伸工艺制备而成，碳酸钙和树脂界面拉伸致孔形成微尺度互通网络通道，从而具备透气防水功能。聚烯烃透气膜广泛应用于卫材底膜(婴儿尿裤、女性卫生巾、成人纸尿裤)和防护服面料，满足透气、防水和阻隔致病菌的需要。防护服应用中要求面料具有阻燃和抗引燃功能，GB/T 19802和EN 14116分别对防护服面料提出阻燃要求。
聚烯烃薄膜阻燃本身是行业技术难题，透气膜体系中碳酸钙等无机填料的引入，会导致灯芯效应，对阻燃效果更是不利。阻燃透气膜应用中存在问题如下：(1)添加高含量的有卤阻燃剂，如溴锑体系，尽管阻燃效果较好，但薄膜物理性能衰减明显，另外阻燃剂的分散问题又会造成薄膜的外观缺陷，以及由于添加了卤素阻燃剂造成聚烯烃薄膜在欧洲市场上的应用受限；(2)添加无卤阻燃剂，如磷氮类阻燃剂，则阻燃效果一般，并且也会由于阻燃剂分散问题导致薄膜外观缺陷。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本发明提出了一种无卤阻燃聚烯烃组合物及其制备方法。本发明提供的无卤阻燃聚烯烃组合物不仅具有良好的透气性，同时阻燃性以及表面外观也优良。
具体通过以下技术方案实现：
一种无卤阻燃聚烯烃组合物，按重量份计，包括以下组分：
Figure BDA0003535616160000021
所述改性无机类阻燃剂为经过表面处理剂包覆处理的氢氧化镁或氢氧化铝。
进一步地，所述表面处理剂为硬脂酸、钛酸酯或铝酸酯中的一种，优选地，所述表面处理剂为硬脂酸。可以在金属氢氧化物在研磨细化环节中添加表面处理剂，均匀涂覆在氢氧化镁、氢氧化铝表面实现活化处理。
进一步地，所述表面处理剂的用量为所述改性无机类阻燃剂的0.6wt％-2.5wt％。
进一步地，所述改性无机类阻燃剂的D50粒径为0.5-5μm。改性无机类阻燃剂的粒径太小，则难分散，但由于所述无卤阻燃聚烯烃组合物会通过流延工艺制成薄膜，通常薄膜的厚度要求小于20μm，故改性无机类阻燃剂的D50粒径也不能过大，介于0.5-5μm之间最为合适。此外，由于表面处理剂的添加量小于2.5wt％，故包覆前后对无机类阻燃剂的粒径的影响可以忽略不计。
进一步地，所述高效分散剂为蒙旦酯类、高分子酯类、酰胺类、硬脂酸盐类或氧化聚乙烯蜡的一种或多种，优选地，所述高效分散剂为氧化聚乙烯蜡。氧化聚乙烯蜡具有亲油亲水结构分散剂，能够同时润湿聚烯烃树脂和无机类阻燃剂的界面，降低界面张力，提高无机粉体的分散水平。
进一步地，所述聚烯烃树脂组合物为聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯弹性体或聚丙烯弹性体中一种或多种。
进一步地，所述聚乙烯包括但不限于低密度聚乙烯或茂金属聚乙烯，所述低密度聚乙烯的熔融指数为5-10g/10min，分子量分布＞5，所述茂金属聚乙烯可以为己烯或者辛烯，所述茂金属聚乙烯的熔融指数为1-5g/10min。其中，熔融指数的测试条件为190℃/2.16Kg，测试标准为ISO1133-1-2011。若聚乙烯的熔融指数过低，则流动性差，对加工有不利影响；若聚乙烯的熔融指数过高，则分子量太大，对物理性能产生不利影响；当聚乙烯的分子量分布小于5，则会影响材料的加工性。
进一步地，所述聚丙烯为无规共聚聚丙烯、嵌段共聚聚丙烯或均聚聚丙烯中一种或多种，熔融指数为2-5g/10min。其中，聚丙烯的熔融指数的测试条件为230℃/2.16Kg，测试标准为ISO 1133-1-2011。聚丙烯的熔融指数若过低，则流动性差，影响加工；聚丙烯的熔融指数若过高，则分子量太大，对物理性能产生不利影响。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚类或亚磷酸酯类抗氧剂。
具体地，所述加工助剂选自润滑剂，所述润滑剂可以为含氟化合物类、聚烯烃蜡类、低分子酯类、硬脂酸盐类或酰胺类中的一种或多种。
本发明还提供上述无卤阻燃聚烯烃组合物的制备方法，包括如下步骤：
S1:按照配比,称取各组分预混合后，得到预混物；
S2：将步骤S1的预混物投入到挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，得到所述无卤阻燃聚烯烃组合物。
进一步地，所述挤出机为双螺杆挤出机，所述双螺杆挤出机的螺杆长径比为(40-52)：1，双螺杆挤出机的螺筒温度为180-220℃。
本发明还提供上述无卤阻燃聚烯烃组合物在制备防护服中的应用。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明在聚烯烃组合物中引入氢氧化镁或氢氧化铝代替碳酸钙作为致孔剂(拉伸界面成孔)和阻燃剂，使得产品不仅透气性能良好，同时还具有优秀的阻燃效果，另外对氢氧化镁或氢氧化铝的表面进行包覆处理，提升氢氧化镁或氢氧化铝的加工性和分散性，使得组合物在双螺杆加工过程和流延制膜过程顺利、薄膜外观良好，满足阻燃防护服面料对原材料的要求。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
<实施例和对比例的制备>
本发明实施例和对比例所用的原材料均来源于市购，但不限于这些材料：
低密度聚乙烯A：熔融指数为8g/10min，分子量分布为10，牌号LDPE1C7A，购自燕山石化；
低密度聚乙烯B：熔融指数为2g/10min，分子量分布为10，牌号LDPE2426H，购自上海石化；
茂金属聚乙烯：熔融指数为3.5g/10min；牌号LLDPE EXCEED3518PA，购自埃克森美孚；
氢氧化镁A：平均粒径2.0μm，牌号Aitemag 14，购自江苏艾特克；
氢氧化镁B：平均粒径0.5μm，市售，平行的实施例与对比例使用同一市售产品；
氢氧化镁C：平均粒径5.0μm，牌号Aitemag 18，购自江苏艾特克；
氢氧化铝：平均粒径2.0μm，牌号AH-01DG，购自洛阳中超；
表面处理剂A；硬脂酸，牌号硬脂酸1801，购自印尼绿宝；
表面处理剂B：钛酸酯，牌号UP-131，购自南京优普；
表面处理剂C：铝酸酯，牌号GR-AL18，购自南京和润；
高效分散剂A:蒙旦酯化蜡,牌号TR044W，购自STRUKTOL；
高效分散剂B:聚酯蜡,牌号DP310，购自路博润；
高效分散剂C:硬脂基芥酸酰胺,牌号FINAWAX-SE，购自上海运河；
高效分散剂D:硬脂酸钙,牌号BS-3818，购自百利合化工；
高效分散剂E:氧化聚乙烯蜡，牌号316A，购自霍尼韦尔；
抗氧剂；受阻酚类和亚磷酸酯类复配体系，其中受阻酚类和亚磷酸酯类的重量比为1：1，受阻酚类和亚磷酸酯类抗氧剂均为市售，平行的实施例与对比例使用同一市售产品；
加工助剂：硬脂酸锌，市售，平行的实施例与对比例使用同一市售产品；
重质碳酸钙：牌号OMYAFILM 757，购自OMYA；
溴锑阻燃体系：十溴二苯乙烷+锑白体系，十溴二苯乙烷与锑白的重量比为3：1，牌号RDT-3K，购自寿光卫东，牌号S-05N，购自佛山辰锑；
硅烷偶联剂：γ-氨丙基三乙氧基硅烷，牌号KH550，购自山东环正。
本发明实施例和对比例的制备方法如下：
S1:按照表1、表3的配比,称取各组分预混合后，得到预混物；
S2：将步骤S1的预混物投入到双螺杆挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，得到无卤阻燃聚烯烃组合物。
双螺杆挤出机的螺杆长径比为40：1，双螺杆挤出机的螺筒温度为260℃，双螺杆挤出机的螺杆转速为400r/min。
<制样>
流延制备透气膜，其中挤出机加工温度230℃，成型拉伸比2.5倍，薄膜总克重30gsm。
关于本说明书中“份”，除非特别说明，表示“重量份”。
<测试标准>
将本发明各实施例和对比例的组合物制成薄膜进行性能测试，标准如下：
阻燃性能：薄膜按GB/T 5455-2014《纺织品燃烧性能垂直方向损毁长度阴燃和续燃时间的测定》方法测试，要求损毁长度＜200mm；
薄膜外观：薄膜晶点和破洞缺陷通过配备高速摄像机的品检仪实时采集，要求晶点和破洞缺陷数量＜100个/万米；
透湿量：按GB/T 12704-2009《纺织品织物透湿性试验方法》方法测试，要求透湿量大于2000g/m2·24H。
表1.实施例1-14配方
Figure BDA0003535616160000061
Figure BDA0003535616160000071
表2.实施例1-14的性能测试结果
Figure BDA0003535616160000072
Figure BDA0003535616160000081
表3.对比例1-6配方
Figure BDA0003535616160000082
Figure BDA0003535616160000091
表4.对比例1-6的性能测试结果
Figure BDA0003535616160000092
一般地，阻燃性能测试中，损毁长度＜200mm、薄膜外观晶点和破洞缺陷数量＜100个/万米、透湿量大于2000g/m2·24H为合格；
更优选地，阻燃性能测试中，损毁长度＜50mm、薄膜外观晶点和破洞缺陷数量＜50个/万米、透湿量大于2500g/m2·24H为良好。
对比例1、4与实施例1相比，添加的是碳酸钙，没有添加金属氢氧化物或表面改性剂过的金属氢氧化物，阻燃效果不好；对比例2、3与实施例1相比，添加的是溴锑阻燃体系或磷氮类阻燃剂，虽然阻燃性能提升了，但对薄膜外观及透湿性造成严重影响；
对比例5、6与实施例1相比，由于没有添加高效分散剂或使用硅烷偶联剂作表面处理剂，导致了薄膜外观晶点和破洞数量变多；
实施例13与实施例1相比，两种表面处理剂同时使用，也会影响薄膜的外观，在一定程度上使薄膜外观的晶点和破洞缺陷数量增加。
实施例15
将实施例1制得的无卤阻燃聚烯烃组合物制备成薄膜进行测试，结果为：损毁长度为34mm，薄膜外观晶点和破洞数量为44个/万米，透湿量2882g/m2·24h，可以认为，本发明提供的无卤阻燃聚烯烃组合物能够适用于制备对阻燃性、薄膜外观及透气性能要求较高的防护服。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无卤阻燃聚烯烃组合物，其特征在于，按重量份计，包括以下组分：
Figure FDA0003535616150000011
所述改性无机类阻燃剂为经过表面处理剂包覆处理的氢氧化镁或氢氧化铝。
2.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚烯烃组合物，其特征在于，所述表面处理剂为硬脂酸、钛酸酯或铝酸酯中的一种，优选所述表面处理剂为硬脂酸。
3.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚烯烃组合物，其特征在于，所述表面处理剂的含量为所述改性无机类阻燃剂的0.6wt％-2.5wt％。
4.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚烯烃组合物，其特征在于，所述改性无机类阻燃剂的D50粒径为0.5-5μm。
5.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚烯烃组合物，其特征在于，所述高效分散剂为蒙旦酯类、高分子酯类、酰胺类、硬脂酸盐类或氧化聚乙烯蜡的一种或多种，优选氧化聚乙烯蜡。
6.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚烯烃组合物，其特征在于，所述聚烯烃树脂组合物为聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯弹性体或聚丙烯弹性体中一种或多种。
7.根据权利要求6所述的无卤阻燃聚烯烃组合物，其特征在于，所述聚乙烯包括低密度聚乙烯和/或茂金属聚乙烯，所述低密度聚乙烯的熔融指数为5-10g/10min，分子量分布＞5，所述茂金属聚乙烯的熔融指数为1-5g/10min。
8.根据权利要求6所述的无卤阻燃聚烯烃组合物，其特征在于，所述聚丙烯为无规共聚、嵌段共聚或均聚聚丙烯中一种或多种，熔融指数为2-5g/10min。
9.一种根据权利要求1-8任一项所述的无卤阻燃聚烯烃组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：按照配比，称取各组分预混合后，得到预混物；
S2：将步骤S1的预混物投入到挤出机中，进行熔融共混并挤出造粒，得到所述无卤阻燃聚烯烃组合物。
10.根据权利要求1-8任一项所述无卤阻燃聚烯烃组合物在制备防护服中的应用。
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