CN115197500A - 一种耐候阻燃聚丙烯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种耐候阻燃聚丙烯组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于聚合物改性加工领域，具体涉及一种耐候阻燃聚丙烯组合物及其制备方法和应用。所述耐候阻燃聚丙烯组合物，包括以下重量份计的组分：聚丙烯树脂32～85份、阻燃剂10～30份、协效阻燃剂4～10份、球形氯化镁0.1～4份、二茂铁0.1～2份、抗氧剂0.1～1份、滑石粉10～25份、加工助剂0.1～2份。本发明通过球形氯化镁、二茂铁间的相互作用，有效改善了聚丙烯材料的抗紫外性能，大幅度地改善十溴阻燃产品的耐候性能，同时超临界二氧化碳的引入能够促进原料组分间的充分反应，从而实现延长产品的抗热老化时间，提高产品使用寿命的技术效果，满足户外电器、户外安全设施等行业对于高品质阻燃材料的要求。

Description

一种耐候阻燃聚丙烯组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于聚合物改性加工领域，具体涉及一种耐候阻燃聚丙烯组合物及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯是大品种通用塑料，在汽车和家用电器等方面具有非常广泛的应用。聚丙烯的分子结构以C-H为主，容易燃烧，同时发热量大，容易蔓延，这使得改善聚丙烯的燃烧性能，降低燃烧危害成为安全领域一个迫切需求。近些年来，阻燃聚丙烯的应用不仅仅局限在室内，而且已经扩展到室外，如室外广告材料、室外装饰材料和大型体育场的塑料座椅等。但目前阻燃聚丙烯所使用的阻燃剂绝大部分是溴系阻燃剂，当阻燃聚丙烯产品受到日光照射时，阻燃剂中未反应的小分子及游离溴在紫外线作用下加速材料的降解，导致阻燃聚丙烯材料出现变色、阻燃性能下降等的问题。常用的解决方法有增加抗氧剂和耐候剂的含量，但效果却不显著。另外，科研人员曾尝试在材料中加入适量钛白粉，通过钛白粉的强遮光性掩盖黄变后的颜色，但此方法不适用于鲜色阻燃聚丙烯产品。
发明内容
本发明旨在提供一种耐候阻燃聚丙烯组合物及其制备方法和应用，该耐候阻燃聚丙烯组合物能够提高阻燃剂的利用率，降低阻燃剂中小分子对材料降解的影响，增强材料的耐候性能和阻燃性能，延长产品的使用寿命。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种耐候阻燃聚丙烯组合物，包括以下重量份计的组分：聚丙烯树脂32～85份、阻燃剂10～30份、协效阻燃剂4～10份、球形氯化镁0.1～4份、二茂铁0.1～2份、抗氧剂0.1～1份、滑石粉10～25份、加工助剂0.1～2份。
优选地，所述耐候阻燃聚丙烯组合物，包括以下重量份计的组分：聚丙烯树脂53～62份、阻燃剂14～18份、协效阻燃剂5～6份、球形氯化镁1.2～2.4份、二茂铁0.3～0.5份、抗氧剂0.3～0.5份、滑石粉15～20份、加工助剂0.2～1份。所述滑石粉为本领域常规的滑石粉，所述滑石粉的常用粒径范围为1000～3000目。
优选地，所述耐候阻燃聚丙烯组合物，至少包含如下(1)和(2)中的一项：
(1)所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、无规聚丙烯中的一种或多种；
(2)所述聚丙烯树脂在230℃、2.16kg测试条件下的熔融指数为10～40g/10min。
优选地，所述耐候阻燃聚丙烯组合物，至少包含如下(1)～(3)中的一项：
(1)所述阻燃剂为十溴二苯乙烷；
(2)所述协效阻燃剂为三氧化二锑；
(3)所述球形氯化镁的比表面积为20～25m2/g。其中比表面积的测试方法采用多点BET法测试计算。
优选地，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂、三酮类抗氧剂、四(3-月桂基硫代丙酸酯)中的一种或多种。
优选地，所述加工助剂为润滑剂，更优选地，所述润滑剂选自芥酸酰胺、油酸酰胺、EBS酰胺类、PE蜡、硬脂酸盐中的一种或几种。
本发明中选用球形氯化镁、二茂铁作为阻燃剂预混料的原料组分，球形氯化镁可以对阻燃剂和协效阻燃剂反应过程中产生的游离溴化物、小分子化合物进行吸附，同时二茂铁作为一种具有芳香族性质的有机过渡金属化合物，其亲电子特性可以将单独存在的溴离子固化，有效改善聚丙烯组合物材料的抗老化性能。
本发明还提供了一种所述耐候阻燃聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
S1、制备阻燃剂预混料：将阻燃剂、协效阻燃剂、二茂铁、球形氯化镁、抗氧剂充分混合，同时通入超临界二氧化碳，边通入边搅拌，之后加入部分聚丙烯树脂，继续通入超临界二氧化碳，得到阻燃剂预混料；
S2、制备耐候阻燃聚丙烯组合物：步骤S1制得的阻燃剂预混料与剩余的聚丙烯树脂、滑石粉、加工助剂进行混合、造粒，即得。
优选地，所述步骤S1中同时通入超临界二氧化碳的时间为5～15min，继续通入超临界二氧化碳的时间为10～30min。
优选地，步骤S1中所述部分聚丙烯树脂的质量为总聚丙烯树脂质量的3％～44％。
在本发明阻燃剂预混料制备过程中通入超临界二氧化碳，不仅可以促进阻燃剂和协效阻燃剂间充分反应，还可以促进物料体系中抗氧剂、阻燃剂、聚丙烯树脂充分混合，在后续的老化过程中，聚丙烯材料一旦出现降解，可在第一时间阻断自由基链式反应，防止产品失效蔓延，大大延长产品的抗老化、抗变色性能。
本发明还提供了一种所述耐候阻燃聚丙烯组合物在制备抗紫外产品中的应用，所述抗紫外产品包括户外电器、户外安全设施。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明通过球形氯化镁对材料中的游离溴化物的吸附，以及通过二茂铁的亲电子特性，将单独存在的溴离子固化，去除阻燃剂中的低分子化合物，利于防止阻燃剂变色，有效改善材料的抗紫外性能，可以大幅度地改善十溴阻燃产品的耐候性能。
(2)本发明中抗氧剂与阻燃剂、聚丙烯树脂充分混合，在后续的老化过程中，可以迅速中断自由基反应，延长产品的抗紫外老化时间，对于提高产品的使用寿命有极大帮助。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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。
下述实施例和对比例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，如无特别说明，抗氧剂、润滑剂均通过市售获得，且平行实验中使用的是相同的抗氧剂、润滑剂。
实施例及对比例所用原料说明见表1。
表1
Figure BDA0003809877710000031
Figure BDA0003809877710000041
实施例1～7和对比例1～4
实施例1～7和对比例1～4的耐候阻燃聚丙烯组合物，组分及重量份如表2所示。
实施例1～7和对比例1～4的耐候阻燃聚丙烯组合物的制备方法包括如下步骤：
S1、制备阻燃剂预混料：将阻燃剂、协效阻燃剂、二茂铁、球形氯化镁或粉状氯化镁、抗氧剂充分混合，同时通入超临界二氧化碳10min，边通入边搅拌，之后加入部分聚丙烯树脂，继续通入超临界二氧化碳20min，得到阻燃剂预混料；
S2、制备耐候阻燃聚丙烯组合物：步骤S1制得的阻燃剂预混料与剩余的聚丙烯树脂、滑石粉、加工助剂进行混合、造粒，即得。
表2实施例和对比例中组分用量(重量份)
Figure BDA0003809877710000042
Figure BDA0003809877710000051
性能测试
将实施例1-7及对比例1-4制备的聚丙烯组合物进行相关性能测试，具体测试方法和标准如表3所示，性能测试结果如表4所示。
表3性能测试标准
Figure BDA0003809877710000052
表4性能测试结果
Figure BDA0003809877710000053
Figure BDA0003809877710000061
从表4中的数据可以得知，本发明实施例1～7制得的耐候阻燃聚丙烯组合物均具有较好的耐候性能，阻燃性能也能达到较高的水平，且制得的聚丙烯组合物气味较低。
从实施例与对比例1～3的实验结果可以得知，当原料组分中缺少球形氯化镁和二茂铁中的一种或两种时，导致最终制得的耐候阻燃聚丙烯组合物具有的耐候性较差，且均差于实施例，阻燃性能以及气味上也不及实施例，由此可以说明本发明中通过球形氯化镁和二茂铁间的协同作用可以显著增强聚丙烯组合物具有的耐候性能，改善聚丙烯组合物的阻燃性能。
对比例4中选用粉状氯化镁替换球形氯化镁，导致制得的聚丙烯组合物在耐候性能等方面显著差于实施例，同时还具有较大的气味。
从以上实验可以说明，本发明通过球形氯化镁、二茂铁间的相互作用，有效改善了聚丙烯材料的抗紫外性能，大幅度地改善十溴阻燃产品的耐候性能，同时超临界二氧化碳还能够有效促进阻燃剂和协效阻燃剂间的充分反应，经过超临界二氧化碳处理后的抗氧剂也能够与阻燃剂、聚丙烯树脂更好的混合，从而实现延长产品的抗热老化时间，提高产品使用寿命的技术效果。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种耐候阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，包括以下重量份计的组分：聚丙烯树脂32～85份、阻燃剂10～30份、协效阻燃剂4～10份、球形氯化镁0.1～4份、二茂铁0.1～2份、抗氧剂0.1～1份、滑石粉10～25份、加工助剂0.1～2份。
2.如权利要求1所述耐候阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，包括以下重量份计的组分：聚丙烯树脂53～62份、阻燃剂14～18份、协效阻燃剂5～6份、球形氯化镁1.2～2.4份、二茂铁0.3～0.5份、抗氧剂0.3～0.5份、滑石粉15～20份、加工助剂0.2～1份。
3.如权利要求1所述耐候阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，至少包含如下(1)和(2)中的一项：(1)所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、无规聚丙烯中的一种或多种；
(2)所述聚丙烯树脂在230℃、2.16kg测试条件下的熔融指数为10～40g/10min。
4.如权利要求1所述耐候阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，至少包含如下(1)～(3)中的一项：(1)所述阻燃剂为十溴二苯乙烷；
(2)所述协效阻燃剂为三氧化二锑；
(3)所述球形氯化镁的比表面积为20～25m2/g。
5.如权利要求1所述耐候阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚抗氧剂、亚磷酸酯抗氧剂、三酮类抗氧剂、四(3-月桂基硫代丙酸酯)中的一种或多种。
6.如权利要求1所述耐候阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，所述加工助剂为润滑剂，选自芥酸酰胺、油酸酰胺、EBS酰胺类、PE蜡、硬脂酸盐中的一种或几种。
7.一种如权利要求1～6任一所述耐候阻燃聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、制备阻燃剂预混料：将阻燃剂、协效阻燃剂、二茂铁、球形氯化镁、抗氧剂充分混合，同时通入超临界二氧化碳，边通入边搅拌，之后加入部分聚丙烯树脂，继续通入超临界二氧化碳，得到阻燃剂预混料；
S2、制备耐候阻燃聚丙烯组合物：将步骤S1制得的阻燃剂预混料与剩余的聚丙烯树脂、滑石粉、加工助剂进行混合、造粒，即得。
8.如权利要求7所述制备方法，其特征在于，所述步骤S1中同时通入超临界二氧化碳的时间为5～15min，继续通入超临界二氧化碳的时间为10～30min。
9.如权利要求7所述制备方法，其特征在于，步骤S1中所述部分聚丙烯树脂的质量为总聚丙烯树脂质量的3％～44％。
10.一种如权利要求1～6任一所述耐候阻燃聚丙烯组合物在制备抗紫外产品中的应用，其特征在于，所述抗紫外产品包括户外电器、户外安全设施。
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