CN116715920B - 一种电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料及其制备方法，包括质量份数如下的成分：50‑100份聚丙烯树脂、5‑15份聚丙烯酸树脂、15‑50份十溴二苯乙烷、5‑10份改性阻燃剂1、5‑10份改性阻燃剂2、20‑60份玻纤、1‑3份分散剂、1‑5份其他助剂；其中，所述改性阻燃剂1为脂肪酸接枝阻燃剂；所述改性阻燃剂2为硅烷偶联剂共聚物改性阻燃剂。本发明采用两种改性阻燃剂与玻纤进行复配，增强了阻燃剂与树脂间的相容性，并提高了分散效果，显著提升了聚丙烯材料的力学性能及阻燃性能，克服了现有产品中存在的缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及高分子复合材料技术领域，特别是涉及一种电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是一种具有优秀力学性能、安全无毒的热塑性合成树脂，已被广泛应用于服装、纤维制品、医疗器械、汽车、自行车、零件、输送管道、食品、化工容器等众多领域。然而该类树脂材料易燃的特点导致其具有一定安全隐患，也限制了其应用空间，阻碍了聚丙烯树脂的进一步发展。
现有的阻燃聚丙烯材料中，通常采用加入阻燃剂等成分的手段以提升阻燃性能，然而无机填料与聚丙烯之间相容性较差，导致分布不均、稳定性较差，而增大填料的加入量会造成聚丙烯材料的综合性能下降，因此还存在较多缺陷，已难以满足消费者的需求。
综上所述，亟需研发一种新的技术方案，以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
基于此，本发明开发了一种电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料。本发明采用两种改性Sb2O3与玻纤进行复配，同时加入邻甲酚醛环氧丙烯酸树脂，增强了无机Sb2O3与树脂间的相容性，并提高了分散效果，显著提升了聚丙烯材料的力学性能及阻燃性能，克服了现有产品中存在的缺陷。
本发明的一个目的在于，提供一种电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料，包括质量份数如下的成分：
聚丙烯树脂 50-100份
聚丙烯酸树脂 5-15份
十溴二苯乙烷 15-50份
第一改性Sb2O3 5-10份
第二改性Sb2O3 5-10份
玻纤 20-60份
分散剂 1-3份
其他助剂 1-5份；
其中，
所述第一改性Sb2O3为脂肪酸接枝Sb2O3；
所述第二改性Sb2O3为硅烷偶联剂共聚物改性Sb2O3。
进一步地，所述第一改性Sb2O3的制备方法包括如下步骤：
将Sb2O3进行羟基化处理，然后与脂肪酸混合，超声处理后，经纯化得到所述第一改性Sb2O3。
进一步地，所述超声处理的温度为50-100℃，时间为5-10 h。
进一步地，所述第二改性Sb2O3的制备方法包括如下步骤：
S1. 将硅烷偶联剂和催化剂混合后，加入溶剂，酸性条件下加热反应，去除溶剂后，得到硅烷偶联剂共聚物；
S2. 将Sb2O3加入所述硅烷偶联剂共聚物溶液中，加热反应后，经纯化得到所述第二改性Sb2O3。
进一步地，步骤S1中，所述加热反应的温度为50-80℃，时间为5-10 h。
进一步地，步骤S2中，所述加热反应的温度为80-85℃，时间为2-5 h。
进一步地，所述聚丙烯酸树脂为邻甲酚醛环氧丙烯酸树脂。
进一步地，所述分散剂选自硬脂酸盐、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺。
进一步地，所述其他助剂选自抗氧剂、热稳定剂、增韧剂中的一种或多种。
本发明的另一个目的在于，提供上述电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
将聚丙烯树脂、聚丙烯酸树脂、十溴二苯乙烷、玻纤、第一改性Sb2O3和第二改性Sb2O3混合后，加热搅拌，然后加入分散剂和其他助剂，混合均匀后，加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，得到所述电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供的电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料中含有两种改性Sb2O3和玻纤，其中，第一改性Sb2O3为接枝脂肪酸的Sb2O3，有效增强了Sb2O3的分散性能；而第二改性Sb2O3为硅烷偶联剂共聚物改性Sb2O3，一方面，硅烷偶联剂共聚物相比小分子硅烷偶联剂具有更大的支化度，活性基团密度更大，易形成更加稳定的网状或链状结构；另一方面，改性Sb2O3中引入了羟基、酯基、环氧基等基团，因此改性阻燃剂分子之间，以及与玻纤材料表面的羟基之间，更容易产生氢键，从而通过分子间作用力进一步增强材料的稳定性、均一性。另外，本发明还采用邻甲酚醛环氧丙烯酸树脂作为组分，起到了相容剂的作用，该成分具有多官能团、活性高的特点，因此与改性阻燃剂及聚丙烯树脂的反应活性更高，具有更大的交联密度，而苯环结构的引入，也进一步增强了材料的刚性和耐热性。本发明通过两种改性Sb2O3与玻纤等材料复配，在保证了复合材料的力学性能的同时，实现了较强的阻燃、耐高温性能，具有良好的应用前景。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，列举如下实施例。实施例中所出现的原料、反应和后处理手段，除非特别声明，均为市面上常见原料，以及本领域技术人员所熟知的技术手段。
本发明中的词语“优选的”、“优选地”、“更优选的”等是指，在某些情况下可提供某些有益效果的本发明实施方案。然而，在相同的情况下或其他情况下，其他实施方案也可能是优选的。此外，对一个或多个优选实施方案的表述并不暗示其他实施方案不可用，也并非旨在将其他实施方案排除在本发明的范围之外。
应当理解，除了在任何操作实例中，或者以其他方式指出的情况下，表示例如说明书和权利要求中使用成分的量或所有数字，应被理解为在所有情况下，被术语“约”修饰。因此，除非相反指出，否则在以下说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是根据本发明所要获得的期望性能而变化的近似值。
本发明实施例中的聚丙烯树脂牌号为自韩国SK化学BX3800。
本发明实施例中的聚丙烯酸树脂为邻甲酚醛环氧丙烯酸树脂，牌号为力森诺科高分子材料SP-4060，粘度为1000-2000 dPa.S/25℃。
本发明实施例中的玻纤为巨石公司362H，直径17 μm。
本发明实施例中的分散剂为聚乙烯蜡。
本发明实施例中的其他助剂包括质量比1:1的抗氧剂1010和热稳定剂三聚氰胺。
本发明实施例中的“份”均指质量份数。
本发明实施例中第一改性Sb2O3的制备方法包括如下步骤：
L1. 将Sb2O3粉末（平均粒径30 μm）浸泡于5 mol/L氢氧化钠溶液中，超声处理3 h，然后洗涤至中性，干燥后与葡萄糖混合（Sb2O3:葡萄糖=1:5，m/m）进行球磨处理（球料比5:1），经洗涤、离心、干燥得到羟基化Sb2O3；
L2. 将所述羟基化Sb2O3与己酸混合（羟基化Sb2O3:己酸=1:4，m/m），以乙醇为溶剂，70℃超声处理8 h，经洗涤、过滤、干燥得到所述第一改性Sb2O3。
本发明实施例中第二改性Sb2O3的制备方法包括如下步骤：
S1. 将KH-560和催化剂（36%的HCl溶液，用量为KH-560的2 wt%）加入足量甲醇中，调节pH为3，65℃滴加乙醇和水的混合溶液（KH-560:甲醇:乙醇:水=2:1:1:2，m/m/m/m），然后搅拌反应8 h，用真空泵抽出溶剂，得到硅烷偶联剂共聚物；
S2. 将Sb2O3粉末和所述硅烷偶联剂共聚物加入甲苯中（Sb2O3:硅烷偶联剂共聚物:甲苯=1:0.08:2，m/m/m），搅拌均匀后，80℃反应4 h，冷却后，经过滤、洗涤、干燥得到所述第二改性Sb2O3。
实施例1
一种电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料，包括质量份数如下的成分：
聚丙烯树脂 50份
聚丙烯酸树脂 5份
十溴二苯乙烷 15份
第一改性Sb2O3 5份
第二改性Sb2O3 5份
玻纤 20份
分散剂 1份
其他助剂 1份；
上述电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料的制备方法包括如下步骤：
按上述质量份数，将聚丙烯树脂、聚丙烯酸树脂、十溴二苯乙烷、玻纤、第一改性Sb2O3和第二改性Sb2O3混合后，50℃搅拌1.5 h，然后加入分散剂和其他助剂，混合均匀，然后加入双螺杆挤出机中180-200℃熔融挤出造粒，得到所述电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料。
实施例2
一种电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料，包括质量份数如下的成分：
聚丙烯树脂 100份
聚丙烯酸树脂 12份
十溴二苯乙烷 30份
第一改性Sb2O3 10份
第二改性Sb2O3 10份
玻纤 40份
分散剂 3份
其他助剂 3份；
上述电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料的制备方法包括如下步骤：
按上述质量份数，将聚丙烯树脂、聚丙烯酸树脂、十溴二苯乙烷、玻纤、第一改性Sb2O3和第二改性Sb2O3混合后，50℃搅拌1 h，然后加入分散剂和其他助剂，混合均匀，然后加入双螺杆挤出机中180-200℃熔融挤出造粒，得到所述电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料。
实施例3
一种电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料，包括质量份数如下的成分：
聚丙烯树脂 80份
聚丙烯酸树脂 10份
十溴二苯乙烷 25份
第一改性Sb2O3 8份
第二改性Sb2O3 8份
玻纤 30份
分散剂 2份
其他助剂 2份；
上述电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料的制备方法包括如下步骤：
按上述质量份数，将聚丙烯树脂、聚丙烯酸树脂、十溴二苯乙烷、玻纤、第一改性Sb2O3和第二改性Sb2O3混合后，50℃搅拌1.5 h，然后加入分散剂和其他助剂，混合均匀，然后加入双螺杆挤出机中180-200℃熔融挤出造粒，得到所述电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料。
对比例1
一种电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料，本对比例与实施例1的区别在于：将第一改性Sb2O3替换为普通Sb2O3，其他成分及制备方法与实施例1相同。
对比例2
一种电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料，本对比例与实施例1的区别在于：将第二改性Sb2O3替换为普通KH-560改性的Sb2O3（步骤S2中，采用等量的KH-560替换硅烷偶联剂共聚物），其他成分及制备方法与实施例1相同。
对比例3
一种电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料，本对比例与实施例1的区别在于：将聚丙烯酸树脂等质量份数替换为聚甲基丙烯酸甲酯（可乐丽公司PARAPET GF），其他成分及制备方法与实施例1相同。
测试例
测试方法：
对实施例1-3和对比例1-3制备的电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料进行性能测试，按UL-94、GB/T5169.12-2006等标准测定阻燃性能、可燃性指数以及力学性能。
测试结果如表1所示。
表1 性能测试结果
根据表1可以得出，实施例1-3制备的电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料具备优异的阻燃、耐高温以及力学性能，而对比例1-3替换了第一改性Sb2O3、第二改性Sb2O3或聚丙烯酸树脂，导致聚丙烯材料的相容性、稳定性下降，因此力学性能、阻燃性降低，证明本发明中的改性Sb2O3与玻纤、聚丙烯、聚丙烯酸树脂复配，对产品的性能具有明显的促进作用，综上所述，本发明的电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料具有良好的应用前景。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (6)
1.一种电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料，其特征在于，包括质量份数如下的成分：
聚丙烯树脂 50-100份
聚丙烯酸树脂 5-15份
十溴二苯乙烷 15-50份
第一改性Sb2O3 5-10份
第二改性Sb2O3 5-10份
玻纤 20-60份
分散剂 1-3份
其他助剂 1-5份；
其中，
所述第一改性Sb2O3为脂肪酸接枝Sb2O3；
所述第二改性Sb2O3为硅烷偶联剂共聚物改性Sb2O3；
所述聚丙烯酸树脂为邻甲酚醛环氧丙烯酸树脂；
所述第二改性Sb2O3的制备方法包括如下步骤：
将KH-560和催化剂加入足量甲醇中，调节pH为3，65℃滴加乙醇和水的混合溶液，然后搅拌反应8 h，用真空泵抽出溶剂，得到硅烷偶联剂共聚物；催化剂为36%的HCl溶液，用量为KH-560的2 wt%；KH-560:甲醇:乙醇:水=2:1:1:2，m/m/m/m；将Sb2O3粉末和硅烷偶联剂共聚物加入甲苯中，搅拌均匀后，80℃反应4 h，冷却后，经过滤、洗涤、干燥得到所述第二改性Sb2O3；Sb2O3:硅烷偶联剂共聚物:甲苯=1:0.08:2，m/m/m。
2.根据权利要求1所述电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述第一改性Sb2O3的制备方法包括如下步骤：
将Sb2O3进行羟基化处理，然后与脂肪酸混合，超声处理后，经纯化得到所述第一改性Sb2O3。
3.根据权利要求2所述电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述超声处理的温度为50-100℃，时间为5-10 h。
4.根据权利要求1所述电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述分散剂选自硬脂酸盐、聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺。
5.根据权利要求1所述电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述其他助剂选自抗氧剂、热稳定剂、增韧剂中的一种或多种。
6.权利要求1-5任一项所述电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将聚丙烯树脂、聚丙烯酸树脂、十溴二苯乙烷、玻纤、第一改性Sb2O3和第二改性Sb2O3混合后，加热搅拌，然后加入分散剂和其他助剂，混合均匀后，加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，得到所述电器用高强度耐高温阻燃聚丙烯材料。
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