CN115725136B - 一种高氧指数阻燃pp材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高氧指数阻燃PP材料及其制备方法。该PP材料组分按照重量份数包括：PP树脂60‑80份；聚磷酸铵15‑25份；哌嗪衍生物5‑30份；填料2‑10份。该PP材料具有较高的氧指数和较好的阻燃性。

Description

一种高氧指数阻燃PP材料及其制备方法

技术领域

本发明属于热塑性树脂技术领域，特别涉及一种高氧指数阻燃PP材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯(PP)是一种性能优良的热塑性合成树脂，有优异的物理性能、耐化学品性、易成型加工的优点，同时质轻，价廉，在机械、汽车、电子电器、建筑、纺织、包装等众多领域得到广泛的应用。但PP氧指数在17.5-18.5％，易燃，燃烧过程中易产生熔滴。

在建筑，电子电器，家电等领域，除阻燃外，对氧指数也提出了高要求。中国专利CN108203527A公开了一种基体均聚聚丙烯(PP)，并向基体中加入经偶联剂表面改性的MCA(三聚氰胺氰尿酸盐)、MPP、三嗪类成炭剂和阻燃协效剂，以使得阻燃剂与PP的相容性得到很大的改善，且在添加较低量阻燃剂的情况下，也具有较高的极限氧指数。但仅局限于特定均聚PP树脂，加硅烷偶联剂表面改性的阻燃剂才能达到较高氧指数效果；且随MCA/MPP/三嗪成碳剂复配剂比例的增加，材料的极限氧指数提高程度有限，不超过35。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高氧指数阻燃PP材料及其制备方法，以克服现有技术中PP材料不能兼具较好氧指数和阻燃效果的缺陷。

本发明提供一种高氧指数阻燃PP材料，所述PP材料组分按照重量份数包括：

所述填料为硅灰石，所述硅灰石粒径D50为3-20μm。

优选地，所述PP材料组分按照重量份数包括：

优选地，所述PP树脂为均聚PP。

更优选地，所述均聚PP在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为3-50g/10min。熔融指数小于3g/10min，材料加工过程中，树脂的分子链不容易断裂，与阻燃剂相容性反而变差，影响氧指数效果；熔融指数大于50g/10min，材料的熔体强度不够，与阻燃剂形成的碳层不致密，对氧指数也有负面影响。熔指的测试标准为ISO 1133-1，2011。

优选地，所述哌嗪衍生物中氮元素质量分数为5％-40％。哌嗪衍生物中氮元素质量分数低于5％，起不到成碳作用，氧指数都会变差；哌嗪衍生物中氮质量分数高于40％，成碳太快，来不及形成致密碳层，反而氧指数效果也不理想。哌嗪衍生物中氮元素含量测定：借鉴凯式定氮法，将哌嗪衍生物与硫酸按1:3摩尔比共热300-400℃硝化1.5小时使其中的氮转化为硫酸铵，加入1:4(哌嗪衍生物与硫酸的体积与氢氧化钠溶液体积的比例为1:4)的40％氢氧化钠溶液，将NH₄ ⁺转化成NH₃，通过蒸馏把NH₃收集于过量的2％硼酸溶液中，形成四硼酸铵，然后用已知浓度的标准盐酸滴定，直到硼酸溶液恢复原来的氢离子浓度。滴定消耗的标准盐酸摩尔数即为NH₃的摩尔数，通过计算即可得出总氮量。

更优选地，所述哌嗪衍生物中氮元素质量分数为5.2％-39.2％。

更优选地，所述哌嗪衍生物包括N-甲基哌嗪、N-二乙基哌嗪、N-羟乙基哌嗪、N,N’-二羟乙基哌嗪、焦磷酸哌嗪、4-甲基哌嗪-1-羧脒中的一种或几种。

优选地，所述PP材料还包括其他助剂0-2份。

优选地，所述其他助剂包括抗氧剂、润滑剂、耐候剂、抗滴落剂中的一种或几种。

优选地，所述抗氧剂重量份数为0.1-0.5份。

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、硫醚类抗氧剂中的一种或几种。

优选地，所述润滑剂重量份数为0.1-1份。

优选地，所述润滑剂包括酯类润滑剂、酰胺类润滑剂、PE蜡类润滑剂中一种或几种。

优选地，所述耐候剂重量份数为0.1-0.5份。

优选地，所述耐候剂包括光屏蔽剂、二苯甲酮类、苯并三唑类、受阻胺类中一种或几种。

优选地，所述抗滴落剂重量份数为0.1-0.5份。

优选地，所述抗滴落剂包括纯粉型聚四氟乙烯、乳液型聚四氟乙烯以及包覆型的聚四氟乙烯中的一种或几种。

本发明还提供一种高氧指数阻燃PP材料的制备方法，包括：

将各组分加入双螺杆挤出机中，挤出、冷却、造粒，得到高氧指数阻燃PP材料。

优选地，所述双螺杆挤出机各段温度为160-200℃，螺杆长径比为20：1-48：1。

本发明还提供一种高氧指数阻燃PP材料在汽车、电子电器、家电或建筑中的应用，例如用于消防指示牌背板，低压电器外壳，厨房电器零部件等。

本发明阻燃PP材料燃烧过程首先是聚磷酸铵释放无机酸，无机酸与哌嗪衍生物提供的炭源发生酯化交联成炭反应，形成富碳熔融物；同时气源释放出的氨气和水蒸气等不燃气体，使富碳熔融物膨胀发泡；随后体系发生胶化和固化，形成致密多孔的膨胀碳层，发挥隔热隔氧的作用，从而达到阻燃的目。聚磷酸铵与哌嗪衍生物更易早期成炭，故聚磷酸铵与哌嗪衍生物的氧指数比聚磷酸铵和三嗪成炭剂的氧指数高。随哌嗪衍生物含量的提高，材料氧指数进一步提高。当聚磷酸铵+哌嗪衍生物体系中，加入粒径D50在3-20μm之间的硅灰石后，材料的氧指数显著提高，并且不影响材料的阻燃性，主要是因为该硅灰石的加入，显著提高了聚磷酸铵+哌嗪衍生物的成炭速度，三者形成一种更致密的熔融碳层，从而达到更高氧指数的作用。粒径D50小于3μm，硅灰石分散不均匀，形成的碳层不够致密，影响氧指数；粒径D50大于20μm，与聚磷酸铵、哌嗪衍生物相容性不好，影响三者交互作用，成炭效果不理想，也影响氧指数。

有益效果

本发明采用聚磷酸铵、哌嗪衍生物和硅灰石复配，可以显著提高PP材料的氧指数，并且不影响PP材料的阻燃性。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

试剂来源：

PP树脂1：均聚PP，在230℃/2.16kg条件下的熔指为3.0g/min，PPH-T03，茂名石化中海壳牌；

PP树脂2：均聚PP，在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为45g/10min，PPH-GD-450，中石化；

PP树脂3：均聚PP，在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为2.0g/10min，PP 5012，大韩油化；

PP树脂4：均聚PP，在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为54g/10min，PP H9018，兰州石化；

PP树脂5：共聚PP，在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为10g/10min，PP EP300M，中海壳牌；

聚磷酸铵：CF-APP202C，四川长丰；

哌嗪衍生物1：焦磷酸哌嗪FP-2200，艾迪科，氮质量分数为5.2％；

哌嗪衍生物2：4-甲基哌嗪-1-羧脒，兴欣新材，氮质量分数为39.2％；

哌嗪衍生物3：焦磷酸哌嗪BZ-FR1913，宝篆，氮质量分数为4.8％；

哌嗪衍生物4：1-哌嗪羧胺，武汉丰泰威远，氮质量分数为41.8％；

三嗪成炭剂：C-2019，上海力道；

硅灰石1：KF-5000F，粒径D50为3μm，大连环球矿产股份有限公司；

硅灰石2：HK-800F，粒径D50为18μm，大连环球矿产股份有限公司；

硅灰石3：KT-0018，粒径D50为1μm，江西科特精细粉体有限公司；

硅灰石4：HH-600，粒径D50为21μm，大连环球矿产股份有限公司；

云母粉：HYC1000，江门市精达云母材料有限公司；粒径D50为18μm；

滑石粉：TY90-13-A，广西龙广；粒径D50为8μm；

其他助剂：

抗氧剂：抗氧剂1010(受阻酚类抗氧剂)，市售；

润滑剂：EBS B50(PE蜡类润滑剂)，市售；

如未特别说明，本发明平行的实施例和对比例中的某一组分(例如抗氧剂、润滑剂)均为相同的市售产品。

PP材料的制备方法包括：按照表1、表2配比，将各组分通过主喂料口加入到双螺杆挤出机中，双螺杆挤出机各段控制温度为160℃、160℃、160℃、170℃、170℃、170℃、170℃、170℃、170℃、190℃，螺杆长径比为40：1，经模头挤出，水冷、风干，造粒，即得。

性能测试：

(1)氧指数：按GB/T 2406-2009标准测试。

(2)阻燃性：按UL 94-2015标准测试。

表1实施例配比(重量份数)

表2对比例配比(重量份数)

由表1和表2可知，本发明PP材料氧指数为38-43，阻燃等级/2.0mm达到V0。对比例1采用云母粉，对比例2采用滑石粉，对比例3和4采用的硅灰石粒径D50不在本发明范围内，对比例1-4中PP材料的氧指数或阻燃性明显不如实施例1。对比例5不添加哌嗪衍生物，对比例6不添加聚磷酸铵，对比例7不添加硅灰石，对比例8添加三嗪成炭剂，对比例5-8中PP材料的氧指数明显不如实施例1。由此可见，本发明采用聚磷酸铵、哌嗪衍生物和硅灰石复配，可以显著提高PP材料的氧指数，并且不影响PP材料的阻燃性。

Claims (10)

1.一种高氧指数阻燃PP材料，其特征在于，所述PP材料组分按照重量份数包括：

PP树脂 60-80份；

聚磷酸铵 15-25份；

哌嗪衍生物 5-30份；

填料 2-10份；

所述填料为硅灰石，所述硅灰石粒径D50为3-18μm。

2.根据权利要求1所述的高氧指数阻燃PP材料，其特征在于，所述PP材料组分按照重量份数包括：

PP树脂 65-75份；

聚磷酸铵 18-22份；

哌嗪衍生物 8-25份；

填料 3-8份。

3.根据权利要求1所述的高氧指数阻燃PP材料，其特征在于，所述PP树脂为均聚PP；所述均聚PP在230℃/2.16kg条件下的熔融指数为3-50g/10min。

4.根据权利要求1所述的高氧指数阻燃PP材料，其特征在于，所述哌嗪衍生物中氮元素质量分数为5%-40%。

5.根据权利要求4所述的高氧指数阻燃PP材料，其特征在于，所述哌嗪衍生物中氮元素质量分数为5.2%-39.2%。

6. 根据权利要求5所述的高氧指数阻燃PP材料，其特征在于，所述哌嗪衍生物包括N-甲基哌嗪、N-羟乙基哌嗪、N ,N’-二羟乙基哌嗪、焦磷酸哌嗪、4-甲基哌嗪-1-羧脒中的一种或几种。

7.根据权利要求1所述的高氧指数阻燃PP材料，其特征在于，所述PP材料还包括其他加工助剂0-2份；所述其他加工助剂包括抗氧剂、润滑剂、耐候剂、抗滴落剂中的一种或几种。

8.一种如权利要求1-7任一所述的高氧指数阻燃PP材料的制备方法，包括：

将各组分加入双螺杆挤出机中，挤出、冷却、造粒，得到高氧指数阻燃PP材料。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述双螺杆挤出机各段温度为160-200℃，螺杆长径比为20：1-48：1。

10.一种如权利要求1-7任一所述的高氧指数阻燃PP材料在汽车、电子电器或建筑中的应用。