CN1995123A - 一种聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚丙烯材料，包括如下成分和重量份数：PP树脂100，阻燃剂3－9，阻燃协效剂1－3，交联剂0.1－0.5，成核剂0.1－0.5，抗氧剂0.1－0.5；其中，PP树脂为均聚PP，阻燃剂为六溴环十二烷，交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)，成核剂为β晶型成核剂，抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1010按2∶1复配而成。该材料的制备方法为：按份数称取PP树脂100，阻燃剂3－9，阻燃协效剂1－3，交联剂0.1－0.5，成核剂0.1－0.5，抗氧剂0.1－0.5；将称取的原料在高速混合机中混合3－5分钟；将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒。本发明的聚丙烯材料韧性好、表面光亮度高且环保阻燃。

Description

一种聚丙烯材料及其制备方法
[技术领域]
本发明涉及聚丙烯材料，特别涉及一种韧性好、表面光亮度高且环保阻燃的聚丙烯材料及其制备方法。
[背景技术]
聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一，密度为0.90g/cm3，是现有树脂第二轻的高分子材料(仅大于聚甲基戊烯，密度为0.85g/cm3)。因其具有性能好、比重小、易于成型加工等特点，而广泛应用于汽车工业、家用电器、电子仪表工业、纺织工业中。
然而，由于PP树脂的极限氧指数(OI值)很低，只有18，属于易燃材料，无法满足特定材料防火领域的使用要求，使其在应用于家用电器、电子仪表工业、纺织工业等领域时受到一定程度的限制。随着人们环保意识地不断增强，以及对产品表观质量(即产品表面光亮度)的要求日益提高，这就要求PP树脂利于环保，并具有表面光亮度高等性能，满足人们的需求。
在现有技术中，人们在生产超韧、高光、环保阻燃PP材料时，做了大量的工作。阻燃PP材料主要是在聚丙烯树脂中加入阻燃剂而制得，PP所用阻燃剂多为含溴阻燃剂，其中又以八溴醚和十溴二苯醚谜为主。但通过研究表明，材料中的八溴醚、十溴二苯醚等阻燃剂会在燃烧过程中释放出一种致癌物质，故欧盟要求所有的电器电子产品均需符合RoHS指令(the Restriction of the use ofcertain hazardous substances in electrical and electronic equipment电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令)，保证电子电器产品中不得含有八溴醚、五溴醚等到物质。而用于替代十溴二苯醚的阻燃剂——十溴二苯乙烷在加入到材料中所制得的产品表面光洁度大幅度下降，且会大幅降低材料的冲击性能，因而无法满足产品表面光亮的要求。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种韧性好、表面光亮度高且环保阻燃的聚丙烯材料及其制备方法。
本发明的技术方案是：
一种聚丙烯材料，该材料包括如下成分和重量份数：
PP树脂        100
阻燃剂        3--9
阻燃协效剂    1--3
交联剂        0.1--0.5
成核剂        0.1--0.5
抗氧剂        0.1--0.5
其中，所述PP树脂为均聚PP，所述阻燃剂为六溴环十二烷，所述交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)，所述成核剂为β晶型成核剂，所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1010按2∶1复配而成。
所述的一种聚丙烯材料，还包括紫外光吸收剂，其重量份数为0.1--0.5。
所述紫外光吸收剂为受阻胺类光稳定剂。
所述受阻胺类光稳定剂的重量份数为0.2--0.3。
所述的一种聚丙烯材料，还包括润滑剂，其重量份数为0.1--0.5。
所述润滑剂为硬脂酸盐类。
一种聚丙烯材料的制备方法，包括以下步骤：
801、按份数称取PP树脂100，阻燃剂3--9，阻燃协效剂1--3，交联剂0.1--0.5，成核剂0.1--0.5，抗氧剂0.1--0.5；
802、将步骤801称取的成分在高速混合机中混合3--5分钟；
803、将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区160--170℃、二区170--180℃、三区170--180℃、四区165--175℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03-- -0.06MPa；
步骤801中还包括：称取0.1--0.5份的紫外光吸收剂。
步骤801中还包括：称取0.1--0.5份的润滑剂。
本发明的有益效果是：
本发明使用PP专用高效环保阻燃剂六溴环十二烷和阻燃协效剂三氧化二锑，提高材料的OI值，所得材料阻燃性好，且对材料的冲出性能也有大幅度的提高；本发明使用了过氧化二异丙苯交联剂，交联剂DCP与PP发生反应，使PP大分子断链，降低材料的分子量，大幅提升了材料的熔融指数，改善了材料的加工流动性；本发明使用了β晶型成核剂，使PP大分子快速结晶，在不降低材料其它性能有基础上大幅提高材料的表面光亮度；通过加入抗氧剂，使得材料的耐热氧化性能得到提高，解决材料黄变现象；通过加入紫外光吸收剂，使得材料的耐光氧化性能、耐候性能得到提升；通过加入润滑剂，提高材料中各组分的分散效果及加工性能；本发明提出的PP材料的制备工艺简单，无需添加复杂设备，且成本低。
[具体实施方式]
下面通过实施例对本发明进行进一步阐述：
本发明提出的PP材料，需要用到以下原材料：PP树脂、阻燃剂、阻燃协效剂、交联剂、成核剂、抗氧剂、紫外光吸收剂、润滑剂；
其中，PP树脂为均聚PP，阻燃剂为热稳定型六溴环十二烷，阻燃协效剂为环保型三氧化二锑，交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)，成核剂为PP专用β晶型成核剂，抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1010按2∶1复配而成的自制复配型，紫外光吸收剂为受阻胺类光稳定剂，如美国氰特公司的Cyasorb的受阻胺类UV-3346，润滑剂为硬脂酸盐类润滑剂。
实施例1至3中的原料没有紫外光吸收剂和润滑剂，实施例4至6中的原料全部使用本发明所给出的原料，对比例1至3中的原料没有抗氧剂、紫外光吸收剂和润滑剂。
实施例1
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂六溴环十二烷3、阻燃协效剂三氧化二锑1、交联剂DCP 0.1、β晶型成核剂0.1、抗氧剂0.1，在高速混合机中混合3--5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区160--170℃、二区170--180℃、三区170--180℃、四区165--175℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例2
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂六溴环十二烷6、阻燃协效剂三氧化二锑2、交联剂DCP 0.3、β晶型成核剂0.3、抗氧剂0.3，在高速混合机中混合3~5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区160--170℃、二区170--180℃、三区170--180℃、四区165--175℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例3
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂六溴环十二烷9、阻燃协效剂三氧化二锑3、交联剂DCP 0.5、β晶型成核剂0.5、抗氧剂0.5，在高速混合机中混合3--5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区160--170、二区170--180℃、三区170--180℃、四区165--175℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例4
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂六溴环十二烷3、阻燃协效剂三氧化二锑1、交联剂DCP 0.1、β晶型成核剂0.1、抗氧剂0.1、紫外光吸收剂受阻胺类光稳定剂0.1、润滑剂硬脂酸盐类0.1，在高速混合机中混合3--5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区160--170℃、二区170--180℃、三区170--180℃、四区165--175℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03-- -0.06MPa。
实施例5
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂六溴环十二烷6、阻燃协效剂三氧化二锑2、交联剂DCP 0.3、β晶型成核剂0.3、抗氧剂0.3、紫外光吸收剂受阻胺类光稳定剂0.3、润滑剂硬脂酸盐类0.3，在高速混合机中混合3--5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区160--170℃、二区170--180℃、三区170--180℃、四区165--175℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03-- -0.06MPa。
实施例6
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂六溴环十二烷9、阻燃协效剂三氧化二锑3、交联剂DCP 0.5、β晶型成核剂0.5、抗氧剂0.5、紫外光吸收剂受阻胺类光稳定剂0.5、润滑剂硬脂酸盐类0.5，在高速混合机中混合3--5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区160--170℃、二区170--180℃、三区170--180℃、四区165--175℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03-- -0.06MPa。
在上述实施例4至6中，需要说明的是，若需要加入紫外光吸收剂，其最宜用量在0.2～0.3份。
下面对本发明实施例中所制备材料的性能进行说明：
将按上述方法完成造粒的粒子材料事先在80～90℃的烘箱下干燥2小时，然后将干燥好的粒子材料在注塑成型机上注塑出标准测试样条。
拉伸性能按ISO 527进行，试样尺寸为150×10×4mm，拉伸速度为50mm/min；弯曲性能按ISO 178进行，试样尺寸为80×10×4mm，弯曲速度为2mm/min，跨距为50mm；简支梁缺口冲击强度按ISO 180进行，试样尺寸为80×10×4mm，缺口深度为试样厚度的1/3；热变形温试按ISO 75进行，试样尺寸为120×15×10mm，负载为1.82MPa；阻燃性测试按UL-94进行，样条为120×10×3.2mm(1/8in)和120×10×1.6mm(1/16in)。
材料的综合性能通过测试所得的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、IZOD缺口冲击强度、热变形温度以及阻燃性能的数值进行评判。
其中，实例1～3的配方及各项性能测试结果见下表(一)：
表(一)实例1～3配方性能对照表
    原料名称及物性参数   实例1   实例2   实例3
    PP树脂   100   100   100
    六溴环十二烷   3   6   9
    三氧化二锑   1   2   3
    交联剂DCP   0.1   0.3   0.5
    β成核剂CHP-1   0.1   0.3   0.5
    抗氧剂自制复配   0.1   0.3   0.5
    拉伸强度(MPa)   26   28   29
    断裂伸长率(％)   200   200   150
    弯曲强度(MPa)   30   25   30
    弯曲模量(MPa)   1150   1000   1200
    IZOD缺口冲击强度(KJ/M2)   10   25   10
    熔融指数(g/10min)   21   30   45
    热变形温度(℃)   79   82   83
    阻燃性  1/8in   V0   V0   V0
    阻燃性  1/16in   V0   V0   V0
    产品表面质量   光滑亮白   光滑亮白   光滑亮白
其中，实例4～6的配方及各项性能测试结果见下表(二)：
表(二)实例4～6配方性能对照表
   原料名称及物性参数   实例4   实例5   实例6
   PP树脂   100   100   100
   六溴环十二烷   3   6   9
   三氧化二锑   1   2   3
   交联剂DCP   0.1   0.3   0.5
   β成核剂CHP-1   0.1   0.3   0.5
   抗氧剂自制复配   0.1   0.3   0.5
   紫外光吸收剂UV-3346   0.1   0.3   0.5
   润滑剂硬脂酸钙   0.1   0.3   0.5
   拉伸强度(MPa)   26   28   29
   断裂伸长率(％)   200   200   150
   弯曲强度(MPa)   30   25   30
   弯曲模量(MPa)   1150   1000   1200
   IZOD缺口冲击强度(KJ/M2)   10   25   10
   熔融指数(g/10min)   21   30   45
   热变形温度(℃)   79   82   83
   阻燃性  1/8in   V0   V0   V0
   阻燃性  1/16in   V0   V0   V0
   产品表面质量   光滑亮白   光滑亮白   光滑亮白
从表(一)和表(二)中可以看出，随着阻燃剂六溴环十二烷及阻燃协效剂三氧化二锑含量及各种加工助剂的增加，材料的阻燃性大幅提高；拉伸强度呈小幅上升；断裂伸长率先与PP原料树脂保持一致，当阻燃剂六溴环十二烷加大到9％时，开始出现大幅下降；弯曲性能先降后升，并在六溴环十二烷添加量为6％时达最低值；IZOD简支梁缺口冲击强度先升后降，并在六溴环十二烷添加量为6％时达最高值；熔融指数大幅上升；热变形温度基本不变。
对比例1
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂六溴环十二烷3、阻燃协效剂三氧化二锑1、交联剂DCP 0.1、β晶型成核剂0.1，在高速混合机中混合3--5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区160--170℃、二区170--180℃、三区170--180℃、四区165--175℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
对比例2
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂六溴环十二烷6、阻燃协效剂三氧化二锑2、交联剂DCP 0.3、β晶型成核剂0.3，在高速混合机中混合3--5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区160--170℃、二区170--180℃、三区170--180℃、四区165--175℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
对比例3
按重量份数，将PP树脂100、阻燃剂六溴环十二烷9、阻燃协效剂三氧化二锑3、交联剂DCP 0.5、β晶型成核剂0.5，在高速混合机中混合3--5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区160--170℃、二区170--180℃、三区170--180℃、四区165--175℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
对比例1～3的配方及各项性能测试结果见下表(三)：
表(三)对比例1～3配方性能对照表
   原料名称及物性参数   对比例1   对比例2   对比例3
   PP树脂   100   100   100
   六溴环十二烷   3   6   9
   三氧化二锑   1   2   3
   交联剂DCP   0.1   0.3   0.5
   β成核剂CHP-1   0.1   0.3   0.5
   拉伸强度(MPa)   26   28   29
   断裂伸长率(％)   200   200   150
   弯曲强度(MPa)   30   25   30
   弯曲模量(MPa)   1150   1000   1200
   IZOD缺口冲击强度(KJ/M2)   10   25   10
   熔融指数(g/10min)   21   30   45
   热变形温度(℃)   79   82   83
   阻燃性  1/8in   V0   V0   V0
   阻燃性  1/16in   V0   V0   V0
   产品表面质量   光滑微黄   光滑微黄   光滑微黄
由表(一)、表(二)与表(三)比较可知，不加入抗氧剂，材料本身力学性能无明显影响，但最终产品表面出现发黄现象，表面光泽度不好，这是因为在挤出过程中，材料受热分解所致，所以为了实现本发明的表面光亮度高的目的，抗氧剂必须加入到原料中。
综上所述，本发明通过加入一种环保型阻燃剂而提高材料氧指数、交联剂使PP断链生成小分子而提高材料流动性、PP用成核剂提高材料表面光亮度，从而制备出一种韧性好、表面光亮度高且环保阻燃的聚丙烯材料。同时，本发明还介绍了具有韧性好、表面光亮度高且环保阻燃的PP材料的制备方法。

Claims (10)

1、一种聚丙烯材料，其特征在于，该材料包括如下成分和重量份数：
PP树脂         100
阻燃剂         3--9
阻燃协效剂     1--3
交联剂         0.1--0.5
成核剂         0.1--0.5
抗氧剂         0.1--0.5
其中，所述PP树脂为均聚PP，所述阻燃剂为六溴环十二烷，所述交联剂为过氧化二异丙苯(DCP)，所述成核剂为β晶型成核剂。
2、根据权利要求1所述的一种聚丙烯材料，其特征在于：还包括紫外光吸收剂，其重量份数为0.1--0.5。
3、根据权利要求2所述的一种聚丙烯材料，其特征在于：所述紫外光吸收剂为受阻胺类光稳定剂。
4、根据权利要求3所述的一种聚丙烯材料，其特征在于：所述受阻胺类光稳定剂的重量份数为0.2--0.3。
5、根据权利要求1所述的一种聚丙烯材料，其特征在于：所述抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂168和受阻酚类抗氧剂1010按2∶1复配而成。
6、根据权利要求1至5任一所述的一种聚丙烯材料，其特征在于：还包括润滑剂，其重量份数为0.1--0.5。
7、根据权利要求6所述的一种聚丙烯材料，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸盐类。
8、一种聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
801、按份数称取PP树脂100，阻燃剂3-9，阻燃协效剂1-3，交联剂0.1--0.5，成核剂0.1--0.5，抗氧剂0.1--0.5；
802、将步骤801称取的成分在高速混合机中混合3--5分钟；
803、将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区160--170℃、二区170--180℃、三区170--180℃、四区165--175℃，螺杆转速350～400r/min，喂料频率20～25Hz，熔体压力3.0～4.0MPa，真空度-0.03---0.06MPa；
9、根据权利要求8所述的一种聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，步骤801中还包括：称取0.1--0.5份的紫外光吸收剂。
10、根据权利要求8或9所述的一种聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，步骤801中还包括：称取0.1--0.5份的润滑剂。
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