CN1321149C - 抗折阻燃导热绝缘塑料组合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有抗折性、无卤阻燃、导热、绝缘性能的聚丙烯基塑料组合物及其制备方法，该组合物含有(1)50-80%氧化铝(2)20-50%由季戊四醇磷酸酯、三聚氰胺多聚磷酸酯、共聚聚丙烯和均聚聚丙烯组成的聚丙烯阻燃复合物，其中季戊四醇磷酸酯与三聚氰胺多聚磷酸酯的质量占聚丙烯阻燃复合物的28-40%，季戊四醇磷酸酯与三聚氰胺多聚磷酸酯的比例为1∶2-1∶4，均聚聚丙烯占聚丙烯阻燃复合物0-30%，共聚聚丙烯占聚丙烯阻燃复合物30-72%。用该组合物的绝缘片，这种绝缘片具有很好的抗折、阻燃、导热和绝缘性能，并符合未来的绿色阻燃环保要求，可用于电器和电子产品上。
Description
技术领域
本发明涉及一种塑料组合物、制备该组合物方法和使用该组合物的绝缘片，更具体地说，本发明涉及一种具有抗折性、阻燃性、导热性和绝缘性的聚丙烯基塑料组合物、制备该组合物方法和使用该组合物的绝缘片。
背景技术
目前，许多电子电器设备(如电视机和电脑)的使用会产生大量的热，而这些热量的积聚势必会损害其内部的电子原件。为了尽快散热，通常会使用由具有高导热性的金属(如铝、铝合金、铜)做成散热片(heat sink)。然而，散热装置却存在导电性，在许多场合需要加垫一层绝缘塑料片(如聚丙烯垫片)，从而使散热作用大大减弱。因此有必要提供一种制作这种绝缘片的具有良好导热性的塑料原料。
为了解决上述问题，《现代化工》在1991年第一期中报道了日本人齐藤倍北公开了一种用SiC和α-Al2O3填充改性聚丙烯，当SiC或α-Al2O3含量为70％时，复合材料具有与不锈钢相当的传导能力。1998年5月22日公开的日本专利申请08-290860中公开了一种导热塑料，该塑料用AlN填充HDPE、聚烯烃类热塑性弹性体或聚丙烯，得到质轻高导热的材料。
然而，在现今的电子电器工业中使用的塑料还必须具备阻燃性和满足环保要求，欧洲、美国和日本已经为此制定了严格的阻燃环保标准，含卤阻燃剂被明确排除。为了解决聚丙烯的阻燃环保问题，2002年2月13日公开的中国专利申请01128575.3中公开了聚烯烃用膨胀型无卤阻燃剂组合物，在聚丙烯中添加28份这种由季戊四醇磷酸酯和三聚氰胺聚磷酸组成的阻燃剂组合物，阻燃效果可以达到UL94-V0。
另外，在电子电器设备中使用的垫片材料还必须抗折，易于加工成特定形状。为此，1996年5月28日公开的美国专利5521003中公开了一种溴锑阻燃聚丙烯组合物，使用比例为0.5-0.8的共聚聚丙烯和均聚聚丙烯混合物作为基体，即可达到抗折，易于加工成特定形状的效果。
但是直至目前，同时具备抗折性、导热性、环保阻燃性和绝缘性的聚丙烯材料未见面世。而且，在前期的研究中，我们试图结合以上公开的资料，使用聚丙烯、氧化铝、季戊四醇磷酸酯和三聚氰胺聚磷酸直接共混挤出，压成0.4mm的片材，但并不能通过UL94一V2的测试。显然，由于大量的氧化铝的加入和成片厚度影响了制品的阻燃效果。
发明内容
本发明的目的是提供一种同时具有抗折性、导热性、环保阻燃性和绝缘性能的塑料组合物及其制备方法，该塑料组合物制备的制品具有良好的抗折、导热、阻燃、绝缘性能，并且满足现有的或未来的绿色阻燃环保标准。
本发明中的塑料组合物主要由氧化铝或水合金属氧化物和聚丙烯阻燃复合物组成，各组分的重量百分比为：
氧化铝或其与水合金属氧化物的混合物50-80％，聚丙烯阻燃复合物20-50％；
聚丙烯阻燃复合物由季戊四醇磷酸酯、三聚氰胺多聚磷酸酯、共聚聚丙烯、均聚聚丙烯组成，其中季戊四醇磷酸酯与三聚氰胺多聚磷酸酯的重量占聚丙烯阻燃复合物的28-40％，季戊四醇磷酸酯与三聚氰胺多聚磷酸酯的比例为1∶2-1∶4，均聚聚丙烯占聚丙烯阻燃复合物0-30％，共聚聚丙烯占聚丙烯阻燃复合物30-72％。
上述组合物中，氧化铝的含量优选60-70％；季戊四醇磷酸酯优选季戊四醇笼状磷酸酯；季戊四醇磷酸酯与三聚氰胺多聚磷酸酯的比例优选1∶3；季戊四醇磷酸酯与三聚氰胺多聚磷酸酯占聚丙烯阻燃复合物的百分含量优选为28-35％；共聚聚丙烯优选熔融指数低于3g/10min、拉伸模量低于28Mpa的乙烯一丙稀嵌段共聚物；均聚聚丙烯优选熔融指数低于3g/10min、拉伸模量高于30MPa的均聚聚丙烯；本发明还可以用水合金属氧化物代替部分等质量的氧化铝，水合金属氧化物选自氢氧化镁、氢氧化铝，优选氢氧化镁；
制备上述塑料组合物的方法，按顺序包括以下步骤：
1)将季戊四醇磷酸酯、三聚氰胺多聚磷酸酯、均聚聚丙烯、共聚聚丙烯在高速混合机中混合，然后经挤出机在170℃-210℃熔融挤出，冷却造粒，得到粒料。
2)以上粒料与氧化铝或其与水合金属化合物的混合物在高速混合机中混合，然后经挤出机在170℃-210℃熔融挤出，冷却造粒，得到本发明所述的组合物。
使用上述制备方法是因为基于使用所有原料一次挤出的方法，具有阻燃剂就会被大量的氧化铝包围，磷类阻燃剂在燃烧过程中生成的具有脱水作用的磷酸、焦磷酸会直接与氧化铝反应，而不能有效地对基体树脂进行阻燃。因此采用了两步挤出法，使磷类阻燃剂主要为基体树脂所包围，从而有效地对基体树脂进行阻燃。同时，如果用水合金属氧化物替代部分的氧化铝，水合金属氧化物具有一定的导热能力，在不过分降低导热系数的同时也可以对基体树脂进行阻燃。
一种使用上述塑料组合物的绝缘片，可以通过普通的压延成型的方法在170℃-210℃下经压延机压制成指定厚度的片材。
由于为了形成导热网络而加入了大量的氧化铝，从而使材料的力学性能下降，压成1mm以下的片材后抗折弯性能下降得尤为明显，因此以共聚聚丙烯作为基体，可以确保片材在多次折弯后不断裂，保持较高的耐电压击穿性能。
具体实施方式
下面通过实施例和对比例进一步说明本发明，并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。将材料压制成1/32英寸厚的片材，按UL 94V水平燃烧测试标准对其阻燃性能进行评级；将材料压制成0.4mm厚的片材，在哈尔滨工业大学热工教研室研制的准稳态导热系数测定仪上测试导热系数；将材料压制成0.5mm厚的片材，按GB1408-78在自动升压装置上以1kV/s等速升压测试击穿电压。
实施例1
将0.875kg季戊四醇磷酸酯、2.625kg三聚氰胺多聚磷酸酯、6.5kg共聚聚丙烯、0.03kg抗氧剂、0.05kg硅烷偶联剂在高速混合机中混合3min，然后将混合物经单螺杆挤出机在170-210℃熔融挤出，冷却造粒。将经干燥后的4kg粒料、6kg氧化铝和0.05kg硅烷偶联剂在高速混合机中混合3min，然后将混合物经单螺杆挤出机在170-210℃熔融挤出，冷却造粒，得到本发明所述的塑料组合物。将塑料组合物置于温度为210℃的平板硫化机上压制成指定厚度的片材，并进行UL94阻燃等级、导热系数和击穿强度的测试，测试结果列于表1。
实施例2
重复实施例1所述的方法，但用经干燥后的5kg粒料和5kg氧化铝进行混合挤出，测试结果列于表1。
实施例3
重复实施例1所述的方法，但用经干燥后的3kg粒料和7kg氧化铝进行混合挤出，测试结果列于表1。
实施例4
重复实施例1所述的方法，但用经干燥后的2kg粒料和8kg氧化铝进行混合挤出，测试结果列于表1。
实施例5
重复实施例1所述的方法，但用3kg聚丙烯和3.5kg共聚聚丙烯代替6.5kg共聚聚丙烯，测试结果列于表1。
实施例6
重复实施例1所述的方法，但用经干燥后的3kg粒料、5kg氧化铝和2kg氢氧化镁进行混合挤出，测试结果列于表1。
实施例7
重复实施例1所述的方法，但用经干燥后的3kg粒料、5kg氧化铝和2kg氢氧化铝进行混合挤出，测试结果列于表1。
实施例8
重复实施例1所述的方法，但使用1.155kg季戊四醇磷酸酯、2.31kg三聚氰胺多聚磷酸酯，测试结果列于表1。
实施例9
重复实施例1所述的方法，但使用7kg季戊四醇磷酸酯、2.8kg三聚氰胺多聚磷酸酯，测试结果列于表1。
实施例10
重复实施例1所述的方法，但使用0.7kg季戊四醇磷酸酯、2.1kg三聚氰胺多聚磷酸酯、7.2kg共聚聚丙烯、测试结果列于表1。
测试结果如下表1：
| 导热系数(W/m×K) | 阻燃等级(UL94-V) | 耐压强度(kV/mm) | |
| 纯PP | 0.239 | 燃烧 | 68.1 |
| 实施例1 | 0.752 | V-1 | 17.3 |
| 实施例2 | 0.503 | V-1 | 17.1 |
| 实施例3 | 0.886 | V-1 | 16.9 |
| 实施例4 | 0.918 | V-1 | 17.3 |
| 实施例5 | 0.766 | V-1 | 17.5 |
| 实施例6 | 0.702 | V-0 | 16.8 |
| 实施例7 | 0.710 | V-0 | 15.1 |
| 实施例8 | 0.733 | V-1 | 17.2 |
| 实施例9 | 0.738 | V-2 | 18.6 |
| 实施例10 | 0.782 | V-2 | 16.5 |
Claims (8)
1.一种抗折阻燃导热绝缘塑料组合物，其特征是该组合物主要由氧化铝或其与水合金属氧化物的混合物和聚丙烯阻燃复合物组成，各组分的重量百分比为：
氧化铝或其与水合金属氧化物的混合物50-80％，聚丙烯阻燃复合物20-50％；
聚丙烯阻燃复合物由季戊四醇磷酸酯、三聚氰胺多聚磷酸酯、共聚聚丙烯、均聚聚丙烯组成，其中季戊四醇磷酸酯与三聚氰胺多聚磷酸酯的重量占聚丙烯阻燃复合物的28-40％，季戊四醇磷酸酯与三聚氰胺多聚磷酸酯的比例为1∶2-1∶4，均聚聚丙烯占聚丙烯阻燃复合物0-30％，共聚聚丙烯占聚丙烯阻燃复合物30-72％；水合金属氧化物为氢氧化镁或氢氧化铝。
2.按照权利要求1所述的抗折阻燃导热绝缘塑料组合物，其特征是氧化铝在组合物中所占的重量百分比为60-70％。
3.按照权利要求1所述的抗折阻燃导热绝缘塑料组合物，其特征是季戊四醇磷酸酯选用季戊四醇笼状磷酸酯。
4.按照权利要求1所述的抗折阻燃导热绝缘塑料组合物，其特征是季戊四醇磷酸酯与三聚氰胺多聚磷酸酯的比例为1∶3。
5.按照权利要求1所述的抗折阻燃导热绝缘塑料组合物，其特征是季戊四醇磷酸酯与三聚氰胺多聚磷酸酯占聚丙烯阻燃复合物的百分含量为28-35％。
6.按照权利要求1所述的抗折阻燃导热绝缘塑料组合物，其特征是共聚聚丙烯选用熔融指数低于3g/10min、拉伸模量低于28Mpa的乙烯一丙烯嵌段共聚物。
7.按照权利要求1所述的抗折阻燃导热绝缘塑料组合物，其特征是均聚聚丙烯选用熔融指数低于3g/10min、拉伸模量高于30MPa的均聚聚丙烯。
8.权利要求1所述的抗折阻燃导热绝缘塑料组合物的制备方法，其特征是该方法的步骤为：
1)将季戊四醇磷酸酯、三聚氰胺多聚磷酸酯、均聚聚丙烯、共聚聚丙烯在高速混合机中混合，然后经挤出机在170℃-210℃熔融挤出，冷却造粒，得到粒料；
2)以上粒料与氧化铝或其与水合金属氧化物的混合物在高速混合机中混合，然后经挤出机在170℃-210℃熔融挤出，冷却造粒，得到本发明所述的组合物。
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Assignee: Guangdong Jushi Chemical Industry Co., Ltd. Assignor: Sun Yat-sen University Contract record no.: 2010440000674 Denomination of invention: Crease-proof fire-proof heat-conductive and electrically insulating plastic composition and its prepn Granted publication date: 20070613 License type: Exclusive License Open date: 20050713 Record date: 20100609 |
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