CN1654529A - 一种以坡缕石为阻燃剂制备的阻燃聚丙烯复合材料 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种阻燃聚丙烯复合材料，它是以坡缕石复配阻燃剂与聚丙烯在80℃～300℃下混合炼塑而成。由于坡缕石的微孔结构，使本发明制造的阻燃聚丙烯复合材料具有高效、价廉、低毒、低烟、无环境污染和热稳定性好等特点，同时又具有良好的机械加工性能。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，特别涉及一种阻燃聚丙烯复合材料，具体涉及的是一种以坡缕石为阻燃剂制备的阻燃聚丙烯复合材料。
背景技术
坡缕石粘土是以坡缕石为主要成分的硅酸盐粘土矿物，由于形成条件苛刻，因而是世界性稀缺的环境矿物材料。世界有开采价值的坡缕石主要分布于中国、美国、西班牙、塞内加尔、法国、澳大利亚、墨西哥、俄罗斯等少数国家。我国坡缕石储量占世界储量的95％以上，其中甘肃省临泽县板桥乡最近发现的坡缕石远景贮量约11亿吨，占世界远景贮量的85％以上。经X光衍射定量分析及透射电镜分析表明，坡缕石含量为25％～51％，其单晶多为针状、纤维状，晶体直径约20～80nm，长约0.5～5微米，晶体内有与其长度方向一致的孔径为0.32×0.73nm的微孔，晶体之间有形状不规则纳米-微米级微孔，属典型的天然纳米—亚微米矿物纤维。坡缕石密度低(2.31-2.37)，颜色较淡，与高分子复合后不会严重影响其重量和透明性；坡缕石硬度2-2.5，容易加工成纳米-微米级颗粒；其多孔和中空结构为化学改性和材料复合创造了条件。
阻燃材料是一种能阻止材料引燃或抑制火焰传播的助剂，它是在20世纪50年代后期随高分子材料的需要而发展起来的。传统的阻燃剂，如我国仍然广泛使用的溴系阻燃剂，虽然具有优良的阻燃性，但是一旦发生火灾，由于热分解和燃烧，就会产生大量的烟雾和有毒的腐蚀性气体，从而妨碍救火和人员的疏散，并腐蚀仪器和设备。磷系阻燃剂虽毒性和烟量都较小，但它要求被阻燃材料结构中必须含有大量H、O元素，才能脱水形成炭化层，因而其应用也受到限制。无机阻燃剂燃烧时发烟量低，且不产生有毒、腐蚀性气体，是目前正在研究和使用的最理想的阻燃剂。欧美和日本，无机系列阻燃材料已占所有阻燃产品的50％～64％，主要是Al(OH)3和Mg(OH)2为添加剂的材料，但这些添加价格高昂，不利于推广应用。
坡缕石的微孔结构，使其对气体有着强吸附作用，中空隔热绝热能够阻断热的传递，它的吸水和保水性能，在高温下能产生水蒸气阻断氧气，坡缕石本身不挥发，效果持久、价格低廉、烟雾小，兼有阻燃、抑烟和降低有毒气体的功能。所以坡缕石是理想的无公害阻燃材料。
发明内容
本发明的目的是提供一种高效、价廉、低毒、低烟、无环境污染、热稳定性好及机械加工性能良好的阻燃聚丙烯复合材料。
本发明的目的可以通过以下措施实现：
一种阻燃聚丙烯复合材料，由坡缕石复配阻燃剂与聚丙烯混合炼塑而成。
一种阻燃聚丙烯复合材料，由总重量5％～45％的坡缕石复配阻燃剂与55％～95％的聚丙烯以常规的炼塑工艺混炼而成。
所述的坡缕石复配阻燃剂，是由粉碎到100～5000目的坡缕石粉体与复配剂以1∶1～1∶10的比例混合而成。
所述的复配剂为氢氧化镁和/或三聚氰胺；当复配剂为氢氧化镁和三聚氰胺的混合物时，氢氧化镁与三聚氰胺的比例为：1∶0.1～1∶10。
为了增加阻燃聚丙烯复合材料的柔韧性，制备时还添加增韧剂。
所述的增韧剂为丁腈橡胶或硅橡胶。
所述增韧剂的添加量为总重量的1～10％。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明以天然的破缕石为阻燃剂，由于坡缕石的微孔结构，使其对气体有着强吸附作用，中空结构能够隔热绝热，阻断热的传递，具有良好的阻燃作用；同时由于它具有很好的的吸水和保水性能，在高温下能产生水蒸气阻断氧气，大大提高了氧指数；坡缕石本身不挥发，效果持久、价格低廉、烟雾小，无毒性。
2、本发明具有良好的材料兼容性和稳定性，同时也具有很好的机械加工性能，是比较理想的无公害阻燃材料。
具体实施方式
下面结合实施例进一步说明阻燃聚丙烯复合材料的阻燃效果及机械加工性能，并同时与普通聚丙烯材料做对比。
实施例1：将天然坡缕石精选后粉碎至100～5000目(颗粒度为0.26-2.um)，再将坡缕石粉体与氢氧化镁以1∶1的比例用混合机混合30分钟得坡缕石复配阻燃剂；然后，再将坡缕石复配阻燃剂与聚丙烯以45％、55％的重量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃聚丙烯复合材料。测定其各性能指标如下：
氧指数可达到28；燃烧性能为UL94-1级；抗冲击强度为21；
硬度为94；弯曲强度为53.1。
实施例2：将天然坡缕石精选后粉碎至100～5000目(颗粒度为0.26-2.um)，再将坡缕石粉体与三聚氰胺以1∶2的比例用混合机混合30分钟得坡缕石复配阻燃剂；然后，再将坡缕石复配阻燃剂与聚丙烯以40％、60％的重量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃聚丙烯复合材料。测定其各性能指标如下：
氧指数可达到30；燃烧性能为UL94-0级；抗冲击强度15.4；硬度为97；弯曲强度41.5。
实施例3：将天然坡缕石精选后粉碎至100～5000目(颗粒度为0.26-2.um)，再将坡缕石粉体及氢氧化镁与三聚氰胺的混合物(氢氧化镁与三聚氰胺的比例为1∶0.1)以1∶3的比例用混合机混合30分钟得坡缕石复配阻燃剂；然后，再将坡缕石复配阻燃剂与聚丙烯以30％、70％的重量比充分混合、并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃聚丙烯复合材料。测定其各性能指标如下：
氧指数可达到31 燃烧性能为UL94-0级 抗冲击强度28
硬度为96 弯曲强度36.6
实施例4：将天然坡缕石精选后粉碎至100～5000目(颗粒度为0.26-2.um)，再将坡缕石粉体与三聚氰胺以1∶4的比例用混合机混合30分钟得坡缕石复配阻燃剂；然后，再将坡缕石复配阻燃剂及聚丙烯以20％、80％的重量比充分混合、同时加入总重量1％的N41型丁腈橡胶，以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃聚丙烯复合材料。测定其各性能指标如下：
氧指数可达到28 燃烧性能为UL94-0级 抗冲击强度30
硬度为80 弯曲强度30
实施例5：将天然坡缕石精选后粉碎至100～5000目(颗粒度为0.26-2.um)，再将坡缕石粉体及氢氧化镁与三聚氰胺的混合物(氢氧化镁与三聚氰胺的比例为1∶0.5)以1∶5的比例用混合机混合30分钟得坡缕石复配阻燃剂；然后，再将坡缕石复配阻燃剂与聚丙烯以10％、90％的重量比充分混合、同时加入总重量3％的N41型丁腈橡胶并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃聚丙烯复合材料。测定其各性能指标如下：
氧指数可达到28 燃烧性能为UL94-0级 抗冲击强度22
硬度为77 弯曲强度30
实施例6：将天然坡缕石精选后粉碎至100～5000目(颗粒度为0.26-2.um)，再将坡缕石粉体及氢氧化镁与三聚氰胺的混合物(氢氧化镁与三聚氰胺的比例为1∶1)以1∶6的比例用混合机混合30分钟得坡缕石复配阻燃剂；然后，再将坡缕石复配阻燃剂与聚丙烯以5％、95％的重量比充分混合、同时加入总重量5％的N41型丁腈橡胶并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃聚丙烯复合材料。测定其各性能指标如下：
氧指数可达到28 燃烧性能为UL94-0级 抗冲击强度21
硬度为99 弯曲强度39
实施例7：将天然坡缕石精选后粉碎至100～5000目(颗粒度为0.26-2.um)，再将坡缕石粉体及氢氧化镁与三聚氰胺的混合物(氢氧化镁与三聚氰胺的比例为1∶3)以1∶7的比例用混合机混合30分钟得坡缕石复配阻燃剂；然后，再将坡缕石复配阻燃剂与聚丙烯以40％、60％的重量比充分混合、同时加入总重量7％的N32型丁腈橡胶并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃聚丙烯复合材料。测定其各性能指标如下：
氧指数可达到28 燃烧性能为UL94-0级 抗冲击强度21
硬度为84 弯曲强度38
实施例8：将天然坡缕石精选后粉碎至100～5000目(颗粒度为0.26-2.um)，再将坡缕石粉体及氢氧化镁与三聚氰胺的混合物(氢氧化镁与三聚氰胺的比例为1∶5)以1∶8的比例用混合机混合30分钟得坡缕石复配阻燃剂；然后，再将坡缕石复配阻燃剂与聚丙烯以40％、60％的重量比充分混合、同时加入总重量9％的硅橡胶，并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃聚丙烯复合材料。测定其各性能指标如下：
氧指数可达到28，燃烧性能为UL94-0级。抗冲击强度16 硬度为81弯曲强度32
实施例9：将天然坡缕石精选后粉碎至100～5000目(颗粒度为0.26-2.um)，再将坡缕石粉体及氢氧化镁与三聚氰胺的混合物(氢氧化镁与三聚氰胺的比例为1∶8)以1∶9的比例用混合机混合30分钟得坡缕石复配阻燃剂；然后，再将坡缕石复配阻燃剂与聚丙烯以40％、60％的重量比充分混合、同时加入总重量8％的硅橡胶，并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃聚丙烯复合材料。测定其各性能指标如下：
氧指数可达到28，燃烧性能为UL94-0级。抗冲击强度20 硬度为74弯曲强度33。
实施例10：将天然坡缕石精选后粉碎至100～5000目(颗粒度为0.26-2.um)，再将坡缕石粉体及氢氧化镁与三聚氰胺的混合物(氢氧化镁与三聚氰胺的比例为1∶10)以1∶10的比例用混合机混合30分钟得坡缕石复配阻燃剂；然后，再将坡缕石复配阻燃剂与聚丙烯以40％、60％的重量比充分混合、同时加入总重量10％的硅橡胶，并以常规的注塑工艺在注塑机上注塑成型，得阻燃聚丙烯复合材料。测定其各性能指标如下：
氧指数可达到28，燃烧性能为UL94-0级。抗冲击强度16 硬度为81弯曲强度32。
将普通的聚丙烯在同等条件下在注塑机上注塑成型，得到力学性能，抗冲击强度40 硬度为93.6 弯曲强度42.5。
从上述的实施例可以看出：阻燃聚丙烯复合材料均具有良好的阻燃效果，与普通的聚丙烯材料比较，其力学性能和加工性能都得到一定的改善。
Claims (7)
1、一种阻燃聚丙烯复合材料，由阻燃剂和聚丙烯混炼而成，其特征在于：所述阻燃剂为坡缕石复配阻燃剂。
2、如权利要求1所述的阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的坡缕石复配阻燃剂，是由粉碎到100～5000目的坡缕石粉体与复配剂以1∶1～1∶10的比例混合而成。
3、如权利要求2所述的阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的复配剂为氢氧化镁和/或三聚氰胺；当复配剂为氢氧化镁和三聚氰胺的混合物时，氢氧化镁与三聚氰胺的比例为：1∶0.1～1∶1 0。
4、如权利要求1所述的阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：是由总重量5％～45％的坡缕石复配阻燃剂与55％～95％的聚丙烯混合炼塑而成。
5、如权利要求1、2、3、4所述的任一阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：其中还添加增韧剂。
6、如权利要求5所述的阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述增韧剂为丁腈橡胶或硅橡胶。
7、如权利要求6所述的阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述增韧剂的添加量为总重量的1～10％。
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