CN114874542B - 无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法、电控盒以及空调 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法,属于高分子材料技术领域,能够解决现有的卤素阻燃材料和无卤阻燃材料进行防火防护时存在成本高、密度大、发烟大、产生有害气体、韧性大幅降低等问题。该无卤阻燃聚丙烯材料按照重量份,由耐冲击PP 40~60份,均聚PP 20~30份,无卤阻燃剂15~25份,改性氧化石墨烯3~10份,增韧剂5~10份,填充物10~15份,抗氧剂0.3~1.5份,润滑剂0.5~2.5份和着色剂0.5~5份组成。本发明能够应用于空调电控盒,具有低收缩率、高尺寸稳定性、高韧性,优异的阻燃效果。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域,尤其涉及一种无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法、电控盒以及包含其的空调。
背景技术
卤素阻燃剂虽然具有相容性好,阻燃效果好,对力学性能影响小等优点,但是其在燃烧时会产生有毒的卤化氢气体,易造成二次伤害;而无卤阻燃剂虽然不产生有害气体、成本低,但存在添加量大,影响材料的力学性能等缺陷。当前无卤阻燃ABS技术尚不成熟,且无卤阻燃PC/ABS成本高昂,而无卤阻燃PP种类相对较少,且大多存在冲击强度差、阻燃剂析出等问题。
中国发明专利CN1257935C公开了一种增韧阻燃聚丙烯组合物及其制备方法,采用比较成熟的聚磷酸铵作为阻燃剂,其耐热性和阻燃性受限,一般还需要再添加协效剂;中国发明专利CN110317404A公开了一种玻纤增强无卤阻燃PP材料及其制备方法,采用聚磷酸铵作为阻燃剂,并加入玻纤和勃姆石,其中加入勃姆石主要是为了和聚磷酸铵阻燃剂协效,加入玻纤为了增强和调节收缩率,但是流动方向和垂直方向的收缩率问题不能解决;中国发明专利CN106867111B公开了一种无卤阻燃PP,所用阻燃剂由氢氧化铝、有机磷、空心玻璃微珠组成,有机磷易析出且对染色有影响,使用范围受限。
阻燃剂用于空调的电控盒,目前主要使用的是含卤素的阻燃ABS、PC/ABS进行防火防护,虽然阻燃效果好,但是存在成本高、密度大、发烟大、产生有害气体的问题,而采用传统无卤阻燃剂添加量大导致PP韧性大幅降低,采用无卤阻燃改性PP材料收缩率和机械性能不易兼顾。由于聚丙烯(PP)材料较其他材料具有密度低、易加工、耐腐蚀、电气性能好、成本低等优点,因此,提供一种新型无卤阻燃剂聚丙烯材料是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明针对现有阻燃材料存在的上述技术问题,提出一种具有低收缩率、高尺寸稳定性、高韧性,阻燃效果优异的无卤阻燃聚丙烯材料。
为了达到上述目的,本发明一方面提供了一种无卤阻燃聚丙烯材料,由以下重量份的原料组成:耐冲击PP 40~60份,均聚PP 20~30份,无卤阻燃剂15~25份,改性氧化石墨烯3~10份,增韧剂5~10份,填充物10~15份,抗氧剂0.3~1.5份,润滑剂0.5~2.5份和着色剂0.5~5份。
在其中一些实施例中,改性氧化石墨烯采用以下方法制备得到,先采用Hummers法将石墨粉氧化制得氧化石墨烯,然后将10份上述氧化石墨烯加入蒸馏水中,超声波处理1h,再加入0.5~2份三亚乙基四胺,升温至80℃,搅拌混合4h后,离心、洗涤、冷冻干燥,即得到改性氧化石墨烯。
在其中一些实施例中,耐冲击PP的熔体流动速率为10-20g/10min,简支梁缺口冲击强度≥20kJ/m2;均聚PP的熔体流动速率为25-35g/10min。
在其中一些实施例中,抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1076的混合物,比例为1:1。
在其中一些实施例中,无卤阻燃剂为焦磷酸哌嗪体系阻燃剂;填充物为硅灰石;着色剂为炭黑。
在其中一些实施例中,增韧剂为乙烯-辛烯聚合物(POE),其熔体流动速率为5g/10min。
在其中一些实施例中,润滑剂为硬脂酸钙、脂肪酸酯PETS、白矿油、EBS中的至少一种。
本发明还提供了上述无卤阻燃聚丙烯材料的制备方法,包括以下步骤:
将耐冲击PP和均聚PP树脂、阻燃剂、改性氧化石墨烯、增韧剂、填充物、抗氧剂、润滑剂和着色剂按所述重量份称取备用;
将称取的上述原料进行高速混合搅拌后得到混合物,其中,高速混合搅拌的转速设置为800~1200r/min,混合时间为5~10min;
将上述混合物经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥和切粒后,得到无卤阻燃聚丙烯材料,其中,挤出温度设置为180~210℃,螺杆转速设置为300~600r/min;干燥温度设置为90~100℃,干燥时间为1~2h。
另一方面,本发明提供了一种电控盒,采用上述无卤阻燃聚丙烯材料制备得到。
本发明还提供了一种空调,具有上述电控盒,该空调电控盒具有阻燃效果好,良好的抗冲击强度和成本低的特点。
与现有技术相比,本发明的优点和积极效果在于:
(1)本发明技术方案通过三亚乙基四胺对氧化石墨烯进行改性,可减少氧化石墨烯的团聚,同时增强层间结构,有利于分散;而且改性氧化石墨烯的二维片层结构具有片层阻隔效应,能够阻隔氧气的扩散与混合,延缓热量的传递、热解产物的扩散与逸出,同时其有利于成碳,增强阻燃效果,而且也有利于降低PP组合物的收缩率,改善变形翘曲等问题。
(2)本发明无卤阻燃剂为焦磷酸哌嗪体系阻燃剂,具有优异的成碳性和阻燃性,可以形成多孔泡沫碳层而在凝聚相阻燃。
(3)本发明耐冲击PP具有良好的韧性,均聚PP具有良好的流动性和刚性,通过二者以一定比例进行混合使用,是PP组合物具有良好的性能,通过与无卤阻燃剂、改性氧化石墨烯等进行协同增效,得到的无卤阻燃聚丙烯材料具有低收缩率、高尺寸稳定性和高韧性,具有良好的阻燃效果。
(4)本发明通过耐冲击PP、均聚PP、无卤阻燃剂、改性氧化石墨烯与其他助剂通过一定比例进行复配使用,具有协同增效的作用,使得到的无卤阻燃聚丙烯材料在阻燃性、稳定性和材料强度等性能方面得到提升。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的无卤阻燃聚丙烯材料制备方法流程图;
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,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。
本发明实施例提供了一种无卤阻燃聚丙烯材料,具有低收缩率、高尺寸稳定性、高韧性,优异的阻燃效果,由以下重量份的原料组成:耐冲击PP 40~60份,均聚PP 20~30份,无卤阻燃剂15~25份,改性氧化石墨烯3~10份,增韧剂5~10份,填充物10~15份;抗氧剂0.3~1.5份,润滑剂0.5~2.5份,着色剂0.5~5份。
在一优选实施例中,改性氧化石墨烯采用以下方法制备得到,采用Hummers法将石墨粉氧化而制得氧化石墨烯(GO),称取10份上述氧化石墨烯(GO)加入到蒸馏水中,使用超声波处理1h,再加入0.5~2份三亚乙基四胺,升温至80℃,搅拌混合4h后,进行离心、洗涤、冷冻干燥,即得到改性氧化石墨烯。
通过上述操作,氧化石墨不但能保持石墨的层状结构,而且还在每一层的石墨烯单片上引入了许多活性含氧基团,增加了活性反应位点,可以有效提高改性氧化石墨烯与溶剂、聚合物的相容性;由于氧化石墨烯易团聚,并且层间易塌缩,会影响分散效果,本发明技术方案中选用三亚乙基四胺对氧化石墨烯进行改性,可减少氧化石墨烯的团聚,同时增强其层间结构,有利于其分散。而且,改性氧化石墨烯的二维片层结构具有片层阻隔效应,能够阻隔氧气的扩散与混合,从而延缓热量的传递、热解产物的扩散与逸出;同时其具有利于成碳,增强阻燃效果;进一步,改性氧化石墨烯的二维片层结构还有利于降低PP组合物的收缩率,同时改善变形翘曲等问题,达到保证装配效果的目的。
在一可选实施例中,耐冲击PP(聚丙烯)采用的是熔体流动速率为10-20g/10min、简支梁缺口冲击强度不小于20kJ/m2的中熔指高冲击型聚丙烯,具有良好的韧性;均聚PP采用的是熔体流动速率为25-35g/10min高熔指型均聚聚丙烯,具有良好的流动性和刚性。本发明技术方案原料中通过将耐冲击PP和均聚PP按照一定比例复配,得到PP树脂组合物,具有良好的耐冲击性、刚性和流动性。
在一优选实施例中,抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1076复配使用,比例为1:1。
在一优选实施例中,无卤阻燃剂为焦磷酸哌嗪体系阻燃剂,焦磷酸哌嗪是一种新型磷氮系膨胀型无卤阻燃剂,具有优异的成碳性和阻燃性,可以形成多空泡沫碳层而在凝聚相阻燃。
在一可选实施例中,增韧剂为乙烯-辛烯聚合物(POE),采用中黏度牌号,其熔体流动速率为5g/10min;填充物为硅灰石;着色剂为炭黑。
在一优选实施例中,润滑剂为硬脂酸钙、脂肪酸酯PETS、白矿油、EBS中的一种或几种。
本发明实施例还提供了上述无卤阻燃聚丙烯材料的制备方法,包括以下步骤:
将耐冲击PP和均聚PP树脂、阻燃剂、改性氧化石墨烯、增韧剂、填充物、抗氧剂、润滑剂和着色剂按所述重量份称取备用;
将称取的上述原料进行高速混合后得到混合物,高速混合搅拌的转速设置为800~1200r/min,混合时间为5~10min;
将上述混合物经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥和切粒后,得到无卤阻燃PP复合材料,挤出温度设置为180~210℃,螺杆转速设置为300~600r/min;干燥温度设置为90~100℃,干燥时间为1~2h。
为了更清楚详细地介绍本发明实施例所提供的无卤阻燃聚丙烯材料,下面将结合具体实施例进行描述,其中表1为实施例1-6和对比例1-2的原料配方,其中,无卤阻燃剂为焦磷酸哌嗪阻燃剂;增韧剂为乙烯-辛烯聚合物;填充物为硅灰石;抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1076复配,比例为1:1;着色剂为炭黑。
表1实施例1-6和对比例1-2原料配方
实施例1
本实施例无卤阻燃聚丙烯材料的制备方法,按照以下步骤进行:
按表1所述原料重量份数分别准备各原料,其中,润滑剂为硬脂酸钙;
将称取的上述原料进行高速混合后得到混合物,高速混合搅拌的转速为1200r/min,混合时间为10min;
将上述混合物经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥和切粒后,得到无卤阻燃PP复合材料,设置双螺杆挤出机的挤出温度为180~210℃,螺杆转速为300~600r/min;干燥温度为100℃,干燥时间为2h。
实施例2
本实施例无卤阻燃聚丙烯材料的制备方法,按照以下步骤进行:
按表1所述原料重量份数分别准备各原料,其中,润滑剂为脂肪酸酯PETS;
将称取的上述原料进行高速混合后得到混合物,高速混合搅拌的转速为1000r/min,混合时间为7min;
将上述混合物经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥和切粒后,得到无卤阻燃PP复合材料,设置双螺杆挤出机的挤出温度为180~210℃,螺杆转速为300~600r/min;干燥温度为97℃,干燥时间为1.7h。
实施例3
本实施例中润滑剂为脂肪酸酯PETS;
本实施例无卤阻燃聚丙烯材料的制备步骤与实施例2相同。
实施例4
本实施例无卤阻燃聚丙烯材料的制备方法,按照以下步骤进行:
按表1所述原料重量份数分别准备各原料,其中,润滑剂为白矿油;
将称取的上述原料进行高速混合后得到混合物,高速混合搅拌的转速为1100r/min,混合时间为8min;
将上述混合物经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥和切粒后,得到无卤阻燃PP复合材料,设置双螺杆挤出机的挤出温度为180~210℃,螺杆转速为300~600r/min;干燥温度为95℃,干燥时间为1.5h。
实施例5
本实施例无卤阻燃聚丙烯材料的制备方法,按照以下步骤进行:
按表1所述原料重量份数分别准备各原料,其中,润滑剂为EBS;
将称取的上述原料进行高速混合后得到混合物,高速混合搅拌的转速为800r/min,混合时间为5min;
将上述混合物经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥和切粒后,得到无卤阻燃PP复合材料,设置双螺杆挤出机的挤出温度为180~210℃,螺杆转速为300~600r/min;干燥温度为90℃,干燥时间为1h。
实施例6
本实施例无卤阻燃聚丙烯材料的制备方法,按照以下步骤进行:
按表1所述原料重量份数分别准备各原料,其中,润滑剂为硬脂酸钙;
将称取的上述原料进行高速混合后得到混合物,高速混合搅拌的转速为1000r/min,混合时间为9min;
将上述混合物经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥和切粒后,得到无卤阻燃PP复合材料,设置双螺杆挤出机的挤出温度为180~210℃,螺杆转速为300~600r/min;干燥温度为93℃,干燥时间为2h。
对比例1
本对比例无卤阻燃聚丙烯材料的制备方法,按照以下步骤进行:
按表1所述原料重量份数分别准备各原料,其中,润滑剂为硬脂酸钙;
将称取的上述原料进行高速混合后得到混合物,高速混合搅拌的转速为1100r/min,混合时间为6min;
将上述混合物经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥和切粒后,得到无卤阻燃PP复合材料,设置双螺杆挤出机的挤出温度为180~210℃,螺杆转速为300~600r/min;干燥温度为95℃,干燥时间为1.5h。
对比例2
本对比例无卤阻燃聚丙烯材料的制备方法,按照以下步骤进行:
按表1所述原料重量份数分别准备各原料,其中,润滑剂为硬脂酸钙;
将称取的上述原料进行高速混合后得到混合物,高速混合搅拌的转速为900r/min,混合时间为8min;
将上述混合物经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥和切粒后,得到无卤阻燃PP复合材料,设置双螺杆挤出机的挤出温度为180~210℃,螺杆转速为300~600r/min;干燥温度为90℃,干燥时间为1h。
性能测试
对上述实施例1-6和对比例1-2得到的无卤阻燃聚丙烯材料,参照表2测试方法及标准进行测定,具体性能测试结果如表3所示。
表2实施例1-6和对比例1-2测试方法及标准
表3实施例1-6和对比例1-2测试结果
由上可知,实施例1-6,采用本发明技术方案原料配比,加入了改性氧化石墨烯,通过其与PP组合物、无卤阻燃剂等进行协同增效作用,得到的无卤阻燃聚丙烯材料冲击强度最大可达7.2kJ/m2,拉伸强度最大可达31MPa,收缩率小于0.8%,阻燃等级能达到V-0,即具有低收缩率、高尺寸稳定性和高韧性,具有良好的阻燃效果;然而对比例1未加入改性氧化石墨烯,对比例2加入改性氧化石墨烯未加入无卤阻燃剂,对比例1和对比例2的收缩率和熔融指数均大于实施例,对比例1的阻燃等级仅为V-1,对比例2的阻燃等级为V-2。由此可知,本发明中,改性氧化石墨烯的加入,可以增强无卤阻燃聚丙烯材料的阻燃效果,同时并不影响其他性能的稳定。
Claims (9)
1. 一种无卤阻燃聚丙烯材料,其特征在于,由以下重量份的原料组成:耐冲击PP 40~60份,均聚PP 20~30份,无卤阻燃剂15~25份,改性氧化石墨烯3~10份,增韧剂5~10份,填充物10~15份,抗氧剂0.3~1.5份,润滑剂0.5~2.5份和着色剂0.5~5份;其中,均聚PP的熔体流动速率为25-35g/10min;无卤阻燃剂为焦磷酸哌嗪体系阻燃剂;改性氧化石墨烯采用以下方法制备得到,先采用Hummers法将石墨粉氧化制得氧化石墨烯,然后将10份上述氧化石墨烯加入蒸馏水中,超声波处理1h,再加入0.5~2份三亚乙基四胺,升温至80℃,搅拌混合4h后,离心、洗涤、冷冻干燥,即得到改性氧化石墨烯。
2.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯材料,其特征在于,耐冲击PP的熔体流动速率为10-20g/10min,简支梁缺口冲击强度≥20kJ/m2。
3.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯材料,其特征在于,抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1076的混合物,比例为1:1。
4.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯材料,其特征在于,填充物为硅灰石;着色剂为炭黑。
5.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯材料,其特征在于,增韧剂为乙烯-辛烯聚合物,其熔体流动速率为5g/10min。
6.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯材料,其特征在于,润滑剂为硬脂酸钙、脂肪酸酯PETS、白矿油和EBS中的至少一种。
7.根据权利要求1-6任一项所述的无卤阻燃聚丙烯材料的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
将耐冲击PP和均聚PP树脂、无卤阻燃剂、改性氧化石墨烯、增韧剂、填充物、抗氧剂、润滑剂、着色剂按所述重量份称取备用;
将称取的上述原料进行高速混合搅拌后得到混合物,其中,高速混合搅拌的转速设置为800~1200r/min,混合时间为5~10min;
将上述混合物经双螺杆挤出机熔融挤出、冷却、干燥和切粒后,得到无卤阻燃聚丙烯材料,其中,挤出温度设置为180~210℃,螺杆转速设置为300~600r/min;干燥温度设置为90~100℃,干燥时间为1~2h。
8.一种电控盒,采用权利要求1-6任一项所述的无卤阻燃聚丙烯材料制备得到。
9.一种空调,包含权利要求8所述的电控盒。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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