CN115403872A

CN115403872A - 一种阻燃弹性复合材料及其制备方法和应用

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Publication number: CN115403872A
Application number: CN202211198976.5A
Authority: CN
Inventors: 董启殿; 吕伟; 谢思正; 沈旭渠; 龚文幸; 陈新泰
Original assignee: Polyrocks Chemical Co ltd
Current assignee: Polyrocks Chemical Co ltd
Priority date: 2022-09-29
Filing date: 2022-09-29
Publication date: 2022-11-29

Abstract

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种阻燃弹性复合材料及其制备方法和应用。本发明的阻燃弹性复合材料包括如下质量百分比的组分：聚丙烯5～30％；聚烯烃弹性体5～30％；SOE弹性体5～30％；氢氧化镁30～50％；阻燃剂5～20％；抑烟剂1～5％；所述氢氧化镁的杂质含量小于1％。本发明的氢氧化镁杂质含量少，可以使产品保持良好的力学性能，避免因杂质而产生的色变问题；配合其他恰当的原料以及控制各组分的用量，制备得到的弹性复合材料具有合适的柔软度，良好的机械性能、阻燃性、抑烟性、耐高低温性，综合性能优异。

Description

一种阻燃弹性复合材料及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种阻燃弹性复合材料及其制备方法和应用。

背景技术

目前汽车内饰件的弹性体材料一般采用PVC、TPU、TPE等材料进行制作，硬度要求在70-85A。而单纯以聚丙烯或者聚乙烯为主体树脂的材料，无法满足低的硬度要求。PVC材料中含有卤素，在汽车行业日渐严格的无卤环保要求下，已经逐步被取代。TPU材料的耐高低温性能差，容易出现老化裂解的情况。TPE材料是SEBS、白油、聚丙烯为基础成分的混合物，由于白油的存在，材料的阻燃性能相对较差，并无法满足低烟性能。基于新能源汽车的发展，汽车用材料的要求也应往低烟、无卤、阻燃方面进行发展，从而提高产品的安全性。虽然相关技术公开了以聚乙烯为主体树脂，制得的阻燃软质材料具有柔软、耐高低温、耐候、低气味的性能，但其并不具备抑烟效果。现有技术中以聚丙烯作为主体树脂，同时具有良好柔韧性、耐高低温、低气味、阻燃和抑烟效果，综合性能优异的材料还比较少。

因此，如何改善现有汽车内饰用弹性体材料的性能，满足低烟、无卤、阻燃的技术要求，成为了本行业工作关注的热点问题。

发明内容

本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种阻燃弹性复合材料，具有柔软、低烟、阻燃、耐高低温、耐黄变等性能。

本发明还提出上述阻燃弹性复合材料的制备方法和应用。

根据本发明的第一个方面，提出了一种阻燃弹性复合材料，包括如下质量百分比的组分：

聚丙烯 5～30％；

聚烯烃弹性体 5～30％；

SOE弹性体 5～30％；

氢氧化镁 30～50％；

阻燃剂 5～20％；

抑烟剂 1～5％；

所述氢氧化镁的杂质含量小于1％。

根据本发明的第一方面，至少具有如下的有益效果：

本发明的聚丙烯、聚烯烃弹性体和SOE弹性体相容性好，使得复合材料具有合适的柔软度，良好的弹性以及触感，优异的力学性能。氢氧化镁中的杂质主要是铁离子和氯离子，本发明使用的氢氧化镁杂质含量少，可以使产品保持良好的力学性能，避免因杂质而产生的色变问题；抑烟剂具有良好的抑烟和成壳作用，在材料燃烧时可以形成骨架结构，显著降低材料燃烧时的烟密度；同时使用阻燃剂、抑烟剂、低杂质含量的氢氧化镁能够综合改善复合材料的阻燃性能、抑烟效果。本发明采用恰当的原料以及控制各组分的用量，制备得到的弹性复合材料具有合适的柔软度，良好的机械性能、阻燃性、抑烟性、耐高低温性，综合性能优异。

优选地，所述氢氧化镁的杂质含量＜0.5％，更优选的氢氧化镁的杂质含量＜0.1％。

优选地，所述氢氧化镁为化学法制备的氢氧化镁，粒径D₅₀为1～50μm，更优选的粒径D₅₀为1μm左右。

优选地，所述氢氧化镁选自艾特克的氢氧化镁Aitemag 10FG。

优选地，所述阻燃弹性复合材料，包括如下质量百分比的组分：

聚丙烯 5～30％；

聚烯烃弹性体 5～30％；

SOE弹性体 10～20％；

氢氧化镁 30～50％；

阻燃剂 5～15％；

抑烟剂 1～5％。

优选地，所述阻燃弹性复合材料包括如下质量百分比的组分：

聚丙烯 10～20％；

聚烯烃弹性体 10～20％；

SOE弹性体 7～17％；

氢氧化镁 35～45％；

阻燃剂 5～10％；

抑烟剂 1～3％。

优选地，所述聚丙烯选自均聚聚丙烯、共聚聚丙烯、无规共聚聚丙烯中的至少一种。

优选地，所述聚丙烯在230℃，2.16kg测试条件下的熔融指数为50g/10min～150g/10min，进一步优选的聚丙烯在230℃，2.16kg测试条件下的熔融指数为100g/10min。

优选地，所述聚丙烯选自万华的共聚聚丙烯EP648V。

优选地，所述聚烯烃弹性体包括乙烯与丙烯的共聚物、乙烯和己烯的共聚物、乙烯与辛烯共聚物(POE)中的至少一种。

优选地，所述聚烯烃弹性体在190℃，2.16kg测试条件下的熔融指数为40g/10min～80g/10min，更优选的聚烯烃弹性体在190℃，2.16kg测试条件下的熔融指数为50g/10min。在本发明中，选用高熔融指数的聚烯烃弹性体，在加工注塑时，可以获得良好的外观效果，避免水纹、发白、缺胶等缺陷的产生。

优选地，所述SOE弹性体为氢化苯乙烯基热可塑性弹性体，由具有特殊分子结构的苯乙烯和丁二烯组成的共聚物氢化而成。

优选地，所述SOE弹性体选自日本旭华成公司的SOE弹性体系列产品，更优选SOE弹性体S1606。

优选地，所述阻燃剂包括磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷氮复配阻燃剂中的至少一种。

优选地，所述磷氮复配阻燃剂包括二乙基次膦酸铝、二丁基次膦酸铝、二苯基次膦酸铝、次磷酸铝、次磷酸锌、亚磷酸三苯酯、亚磷酸二苯异辛酯、氰尿酸三聚氰胺、焦磷酸三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、聚磷酸铵中的至少一种。

优选地，所述磷氮复配阻燃剂包括次磷酸铝和聚磷酸铵，所述次磷酸铝与聚磷酸铵的质量比为1：1～3，更优选1：1～2，进一步优选1：1左右。

优选地，所述次磷酸铝选自普塞呋的次磷酸铝400A；所述聚磷酸铵选自普塞呋的聚磷酸铵EPFR-APP231H。

优选地，所述抑烟剂包括硅系化合物、钼系化合物、硼系化合物、铁系化合物中的至少一种；更优选的抑烟剂包括钼系化合物、硼系化合物。

优选地，所述抑烟剂包括瑞龙的抑烟剂Y-01。

优选地，所述阻燃弹性复合材料还包括质量百分比计的加工助剂3～10％，更优选3～8％，进一步优选3～5％。

优选地，所述加工助剂包括润滑剂、抗氧剂、光稳定剂、相容剂中的至少一种。

优选地，所述润滑剂包括硅酮母粒、聚二甲基硅氧烷、脂肪酸酰胺、硬脂酸盐、芥酸酰胺、乙撑双硬脂酸酰胺、季戊四醇硬脂酸酯、聚乙烯蜡中的至少一种。在本发明中，润滑剂起到促进配方中各组分在双螺杆挤出机中的分散，减少原料与机器设备的摩擦，并改善产品的手感。

优选地，所述润滑剂选自瓦克的硅酮母粒PA445200。

优选地，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂、亚磷酸酯类抗氧剂中的至少一种。在本发明中，抗氧剂能够阻止配方中各组分在双螺杆挤出机加工过程中分解，提高产品的使用寿命。

优选地，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂；更优选的抗氧化剂选自三丰的抗氧剂B215。

优选地，所述光稳定剂包括二苯甲酮类、苯并三唑类、水杨酸酯类、三嗪类、丙烯腈衍生物类、受阻胺类光稳定剂中的至少一种。在本发明中，光稳定剂可以抑制或减缓光化学反应，阻止或延迟材料光老化的进程，提高复合材料的使用寿命和防止复合材料出现黄变。

优选地，所述光稳定剂包括UV-P、UV-329、UV-531、UV-622、UV-770、UV-944、V9900中的至少一种；更优选的光稳定包括UV-329、UV-622、V9900，所述UV-329、UV-622、V9900的质量比为1～4：1：1～3，更优选3：1：2左右。

优选地，所述相容剂包括马来酸酐接枝聚乙烯、马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝SEBS中的至少一种。

优选地，所述相容剂的接枝率为0.1～2.0％，更优选0.5～1.5％。

优选地，所述相容剂选自科通的相容剂KT-25。

优选地，所述加工助剂包括如下重量百分比的组分：

润滑剂 1.4～3％；

抗氧剂 0.1～1％；

光稳定剂 0.5～1％；

相容剂 1～3％。

优选地，所述加工助剂包括如下重量百分比的组分：

润滑剂 1.5～2％；

抗氧剂 0.2～0.5％；

光稳定剂 0.5～0.8％；

相容剂 1～2％。

本发明的第二方面，提出所述阻燃弹性复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将各组分混合、挤出，得到所述阻燃弹性复合材料。

优选地，所述阻燃弹性复合材料的制备方法，包括如下步骤：

将所述各组分混合后加入双螺杆挤出机中，挤出、造粒，得到所述阻燃弹性复合材料。

优选地，所述双螺杆挤出机的长径比为40～52：1，更优选48：1。

优选地，所述挤出过程的工作温度不高于200℃，更优选的工作温度为180～200℃；所述挤出过程的主机转速为250r/min～300r/min，更优选280r/min左右。

本发明的第三方面，所述阻燃弹性复合材料在制备汽车内饰件中的应用。

与现有技术相比，本发明至少具有如下的有益效果：

1、本发明的阻燃复合材料综合性能优异，具有柔软、低烟、阻燃、耐高低温、耐黄变等性能，满足UL94 V0的阻燃要求。

2、本发明的制备工艺简单高效，可实现工业化生产。

3、本发明的复合材料综合性能优异，可用于制备汽车内饰的弹性材料，如座椅护板包胶、手套箱储物盒胶垫、皮纹装饰包胶等的软质部分。而常规的以聚乙烯或者聚丙烯为主体树脂的材料由于其硬度在55D以上，只能用于汽车内饰的硬质部分；PVC(聚氯乙烯)、TPU(热塑性聚氨酯)、TPE(热塑性聚乙烯)材料虽可以满足产品的柔软性能要求，但无法满足低烟性能。

具体实施方式

以下将结合实施例对本发明的构思及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

本发明具体实施方式中采用的原料信息如表1；而且如无特殊说明，本发明具体实施方式使用的原料为本领域常规的原料；试验/测试方法为本领域常用的方法。

表1本发明实施例1～4和对比例1～8的原料信息

聚丙烯PP(EP648V)：熔融指数为100g/10min；

聚烯烃弹性体POE(6052)：熔融指数为50g/10min；

氢氧化镁(化学法，Aitemag 10FG)：粒度D₅₀为1μm；

氢氧化镁(物理法，ZR-105)：粒度D₅₀为2.5μm；

氢氧化铝(H-WF-104-SP)：粒度D₅₀为5μm；

碳酸钙(JY-2800)：粒度D₅₀为5μm。

实施例1

本实施例制备了一种阻燃弹性复合材料，详细配方见表2，具体过程为：

a)按配方组分称取各原材料；

b)将所有原材料投入搅拌机以30Hz的速度搅拌5min混合均匀，得到混合料；

c)将混合料加入到双螺杆挤出机；

d)双螺杆挤出机挤出、造粒，得到阻燃弹性复合材料。

其中，双螺杆挤出机的长径比是48：1。双螺杆挤出机的各温区设定温度为：150℃，180℃，200℃，200℃，200℃，200℃，195℃，195℃，190℃，190℃，185℃，180℃。主机转速280r/min。

实施例2

本实施例与实施例1的区别在于：聚丙烯为20％，POE为10％，SOE为17％，氢氧化镁(Aitemag 10FG)为35％，详细配方见表2，具体过程为如实施例1。

实施例3

本实施例与实施例1的区别在于：聚丙烯为10％，POE为20％，SOE为7％，氢氧化镁(Aitemag 10FG)为45％，详细配方见表2，具体过程为如实施例1。

实施例4

本实施例与实施例1的区别在于：聚丙烯为10％，POE为20％，SOE为12％，详细配方见表2，具体过程为如实施例1。

对比例1

本对比例与实施例1区别在于不添加抑烟剂，SOE为15％。详细配方见表2，具体过程为如实施例1。

对比例2

本对比例与实施例1区别在于采用物理法氢氧化镁(ZR-105)替代化学法氢氧化镁(Aitemag 10FG)。详细配方见表2，具体过程为如实施例1。

对比例3

本对比例与实施例1区别在于采用氢氧化铝(H-WF-104-SP)替代化学法氢氧化镁(Aitemag 10FG)。详细配方见表2，具体过程为如实施例1。

对比例4

本对比例与实施例1区别在于采用碳酸钙(JY-2800)替代化学法氢氧化镁(Aitemag 10FG)。详细配方见表2，具体过程为如实施例1。

对比例5

本对比例与实施例1区别在于采用聚乙烯(DFDA7042)替代聚丙烯(EP648V)。详细配方见表2，具体过程为如实施例1。

对比例6

本对比例与实施例1区别在于采用EVA弹性体(28-03)替代SOE弹性体(S1606)。详细配方见表2，具体过程为如实施例1。

对比例7

本对比例与实施例1区别在于以TPU作为基体树脂，不添加聚丙烯、POE、SOE。详细配方见表2，具体过程为如实施例1。

对比例8

本对比例与实施例1区别在于不添加POE、SOE；SEBS为12％，白油为15％。详细配方见表2，具体过程为如实施例1。

表2实施例1～4和对比例1～8的原料组成

注：光稳定剂：由UV-329、UV-622和V9900以质量比3：1：2组合复配而成。

试验例

本试验例测试了实施例和对比例制备的弹性复合材料的性能。

表3实施例1～4和对比例1～8制得的弹性复合材料的性能测试结果

由表3中的测试结果可知，本发明实施例1～4所制得的阻燃弹性复合材料，其硬度在73～80A，可以满足汽车内饰件对弹性复合材料的要求，而且同时具备了阻燃、低烟、抗UV、耐-40℃～121℃等性能要求。对比例1省去抑烟剂，以及对比例2采用物理法氢氧化镁替代化学法氢氧化镁得到的弹性复合材料烟密度都更大，而且对比例2的阻燃性能也相对较差；对比例3～4分别采用氢氧化铝、碳酸铝替代化学法氢氧化镁，制得弹性复合材料阻燃等级达不到UL94 V0，烟密度增大，抑烟效果变差，机械强度和耐高低温性也明显变差；说明抑烟剂与化学法氢氧化镁复配使用能够有效改善抑烟、阻燃效果，且综合性能优异。对比例5采用聚乙烯作为基体树脂，搭配POE、SOE弹性体，以及对比例6采用采用聚丙烯作为基体树脂、搭配POE、EVA弹性体制得的弹性复合材料的综合性能都变差，其中加工性能、机械性能以及耐高低温性能尤为明显。对比例7采用TPU以及对比例8采用聚丙烯、SEBS、白油；各组分的相容性较差，制得的弹性复合材料阻燃性能、抑烟效果、耐高低温性能都较差，综合性能欠佳，无法达到与本发明实施例中相关性能的要求。本发明采用聚丙烯为基体树脂，搭配POE、SOE弹性体，各组分之间相容性好，配合其他组分，最终得到的弹性复合材料综合性能优异，均可以作为汽车内饰用弹性材料。

上面对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

Claims

1.一种阻燃弹性复合材料，其特征在于，包括如下质量百分比的组分：

聚丙烯5～30％；

聚烯烃弹性体5～30％；

SOE弹性体5～30％；

氢氧化镁30～50％；

阻燃剂5～20％；

抑烟剂1～5％；

所述氢氧化镁的杂质含量小于1％。

2.根据权利要求1所述的阻燃弹性复合材料，其特征在于，所述聚丙烯在230℃，2.16kg测试条件下的熔融指数为50g/10min～150g/10min。

3.根据权利要求1所述的阻燃弹性复合材料，其特征在于，所述聚烯烃弹性体包括乙烯与丙烯的共聚物、乙烯和己烯的共聚物、乙烯与辛烯共聚物中的至少一种。

4.根据权利要求1或3所述的阻燃弹性复合材料，其特征在于，所述聚烯烃弹性体在190℃，2.16kg测试条件下的熔融指数为40g/10min～80g/10min。

5.根据权利要求1所述的阻燃弹性复合材料，其特征在于，所述阻燃剂包括磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、磷氮复配阻燃剂中的至少一种。

6.根据权利要求5所述阻燃弹性复合材料，其特征在于，所述磷氮复配阻燃剂包括次磷酸铝和聚磷酸铵，所述次磷酸铝与聚磷酸铵的质量比为1：1～3。

7.根据权利要求1所述的阻燃弹性复合材料，其特征在于，所述阻燃弹性复合材料还包括质量百分比计的加工助剂3～10％。

8.根据权利要求7所述的阻燃弹性复合材料，其特征在于，所述加工助剂包括如下重量百分比的组分：

润滑剂1.4～3％；

抗氧剂0.1～1％；

光稳定剂0.5～1％；

相容剂1～3％。

9.权利要求1-8任一项所述的阻燃弹性复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将各组分混合、挤出，得到所述阻燃弹性复合材料。

10.权利要求1-8任一项所述的阻燃弹性复合材料在制备汽车内饰件中的应用。