專利名稱：：納米無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種阻燃聚丙烯復(fù)合材料，尤其涉及一種無(wú)鹵阻燃的聚合物級(jí)納米蒙脫土改性聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。技術(shù)背景聚丙烯具有成本低，綜合力學(xué)性能好，無(wú)毒，質(zhì)輕，耐腐蝕，電性能好，易加工，易回收等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于包裝、紡織品，建材，汽車，電子/電氣、辦公用品及日用品等很多行業(yè)。但由于PP屬易燃材料，其氧指數(shù)(LOI)只有17.4~18.5，且燃燒發(fā)熱量大，產(chǎn)生大量的熔滴，極易傳播火焰，這就使其應(yīng)用受到很大程度的限制。對(duì)聚丙烯進(jìn)行阻燃改型是拓展其應(yīng)用的重要手段。PP阻燃改性的傳統(tǒng)方法是添加含鹵的阻燃劑(如十溴聯(lián)苯醚，六溴環(huán)十二垸，八溴醚等)，但以這類含鹵阻燃劑制成的阻燃PP，經(jīng)常在燃燒發(fā)揮效能的同時(shí)，會(huì)放出污染環(huán)境及危害人體健康的煙和腐蝕性氣體；另外腐蝕性氣體對(duì)建筑物與設(shè)備的破壞將超過(guò)火災(zāi)本身，除此之外最重要的問(wèn)題是某些溴系阻燃劑燃燒或燃裂時(shí)可形成有毒致癌的PBDD及PBDF。實(shí)際上，現(xiàn)在有不少阻燃劑用戶對(duì)鹵系阻燃劑持審慎甚至不歡迎的態(tài)度，并積極致力于開發(fā)無(wú)鹵阻燃劑，特別是在電子/電器行業(yè)內(nèi)，因此使得無(wú)鹵阻燃改性PP成為近年來(lái)研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。無(wú)鹵阻燃劑有金屬氫氧化物，磷系阻燃劑，有機(jī)硅阻燃劑等，其中金屬氫氧化物具有無(wú)毒，無(wú)腐蝕，不產(chǎn)生有毒氣體等優(yōu)點(diǎn)而被稱為綠色環(huán)保型阻燃劑，但其添加量通常在50%以上才能達(dá)到較好的阻燃效果，高填充量將嚴(yán)重影響材料的物理機(jī)械性能；磷系阻燃劑主要用于含氧高聚物，有較大的局限，且磷系阻燃劑中的紅磷由于顏色較重，所以不適合對(duì)顏色要求高的產(chǎn)品中；有機(jī)硅系阻燃劑由于價(jià)格太高也未得到廣泛使用，所以開發(fā)新的無(wú)鹵阻燃體系成為阻燃領(lǐng)域的一大課題。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有的阻燃聚丙烯不足，本發(fā)明提供一種納米無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是一種納米無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料，其組分及重量份數(shù)為-聚丙烯5080PP-MA/蒙脫土插層復(fù)合母粒110抗氧劑10100.10.4抗氧劑1680.10.4三(2-羥乙基)異氰尿酸酯315聚磷酸銨825三聚氰胺315其中PP-MA/蒙脫土插層復(fù)合母粒馬來(lái)酸酑接枝聚丙烯(PP-g-MAH)和聚合物級(jí)納米蒙脫土組成，聚合物級(jí)納米蒙脫土按重量計(jì)含量為3060%。作為優(yōu)化，三(2-羥乙基)異氰尿酸酯聚磷酸銨三聚氰胺=315:823:315。作為優(yōu)化，聚合物級(jí)納米蒙脫土母粒用馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)與聚合物級(jí)納米蒙脫土混合，雙螺桿熔融擠出制得聚合物級(jí)納米蒙脫土含量3060%的PP-MA/蒙脫土插層復(fù)合母粒。作為優(yōu)化，聚磷酸銨平均聚合度大于200。作為優(yōu)化，所說(shuō)的聚合物級(jí)納米蒙脫土，徑/厚比^200;層厚度小于25nm。作為優(yōu)化，馬來(lái)酸酐接技聚丙烯的接枝率為0.5%3%。制備上述納米無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料的方法，其特征是包括以下步驟按照比例將聚丙烯、PP-MA/蒙脫土插層復(fù)合母粒、抗氧劑IOIO、抗氧劑168、三(2-羥乙基)異氰尿酸酯、聚磷酸銨、三聚氰胺預(yù)混后，經(jīng)過(guò)擠出機(jī)進(jìn)行混合塑化并造粒，擠出混煉溫度為1S0215。C。其中聚合物級(jí)納米蒙脫土母粒用馬來(lái)酸酑接枝聚丙烯(PP-g-MAH)與聚合物級(jí)納米蒙脫土混合，雙螺桿熔融擠出制得聚合物級(jí)納米蒙脫土含量3060%的PP-MA/蒙脫土插層復(fù)合母粒。本發(fā)明采用三(2-羥乙基)異氰尿酸酯、聚磷酸銨、三聚氰胺以合理的比例組成膨脹型阻燃劑(IFR)，達(dá)到了優(yōu)異的阻燃效果，而且燃燒時(shí)不會(huì)放出有毒氣體。本阻燃劑的阻燃機(jī)理可描述如下IFR主要由酸源(促進(jìn)劑)，碳源(成炭劑)和氣源(發(fā)泡劑)組成。通過(guò)形成多孔泡沫炭層而在凝聚相起阻然作用。此炭層經(jīng)由以下幾步形成(1)在較低溫度下，由酸源放出能酯化多元醇和可作為脫水劑的無(wú)機(jī)酸；(2)在稍高于放出酸的溫度下，無(wú)機(jī)酸與多元醇進(jìn)行酯化反應(yīng)，而體系中的胺則作為此酯化反應(yīng)的催化劑；(3)體系在酯化過(guò)程中熔化；(4)反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的水蒸氣和由氣源產(chǎn)生的不燃性氣體使己處于熔融狀態(tài)的體系膨脹發(fā)泡；與此同時(shí)，多元醇和酯脫水炭化，形成無(wú)機(jī)物和炭殘余物，且體系進(jìn)一步發(fā)泡；(5)反應(yīng)接近完成時(shí)，體系膠化和固化，最后形成多孔泡沫碳層。這層多孔碳層作為屏障阻止了熱量的傳遞和氧氣的擴(kuò)散，有效地阻止和延緩了聚合物的熱降解，防止了揮發(fā)性可燃成分的產(chǎn)生，從而達(dá)到中斷聚合物燃燒的目的。正由于膨脹成碳，減少了可燃?xì)怏w和煙霧的釋放，而且還有效的阻止了聚合物產(chǎn)生的熔融滴落行為，從而防止了火焰的傳播。所以這些優(yōu)點(diǎn)賦予IFR較一般阻燃劑更廣闊的發(fā)展前景。另夕卜，組成IFR的磷-氮-碳體系遇熱可能產(chǎn)生N0及NH3，而極少量的N0及NH3也能使燃燒賴以進(jìn)行的自由基化合物導(dǎo)致鏈反應(yīng)終止。同時(shí)自由基也可能碰撞在組成泡沫的微粒上，而相互化合成穩(wěn)定的分子，致使鏈反應(yīng)中斷。所以IFR也可能在氣相發(fā)揮阻燃作用。但是為了達(dá)到一定的阻燃效果，需要加入IFR阻燃劑的量比較大，一般添加量在30%以上才能取得明顯的效果。IFR阻燃劑是極性物質(zhì)，和非極性的聚丙烯樹脂相容性差，在聚丙烯中大量添加IFR阻燃劑必然會(huì)造成材料力學(xué)性能的大幅度下降，在阻燃聚丙烯體系中引入聚合物級(jí)納米蒙脫，能使復(fù)合材料的沖擊和彎曲強(qiáng)度得到提高。這是因?yàn)槊擅撏辆哂歇?dú)特的層狀一維納米結(jié)構(gòu)特征，層間具有可設(shè)計(jì)的反應(yīng)性，超大的比表面積和高達(dá)200以上的徑/厚比。這種納米結(jié)構(gòu)和形態(tài)特征不同于其他二維，三維無(wú)機(jī)納米粒子，從而賦予聚合物/蒙脫土復(fù)合材料以一些優(yōu)異的機(jī)械性能。由于PP分子極性低，較難直接插入蒙脫土層間，需要通過(guò)一些極性的橋聯(lián)，提高相容性，才能得到較好的插層剝離；而PP-g-MAH起到了這樣的橋聯(lián)作用。本發(fā)明的有益效果是，由聚丙烯、PP-MA/蒙脫土插層復(fù)合母粒、抗氧劑1010、抗氧劑168、三(2-羥乙基)異氰尿酸酯、聚磷酸銨、三聚氰胺以合理的比例組成膨脹型阻燃劑(IFR)，達(dá)到了優(yōu)異的阻燃效果，而且燃燒時(shí)不會(huì)放出有毒氣體。具體實(shí)施方式實(shí)例一將65份聚丙烯、6份三(2-羥乙基)異氰尿酸酯、20份聚磷酸銨、9份三聚氰胺、0.15份抗氧劑1010、0.15份抗氧劑168預(yù)混合，將上述原料預(yù)混后在長(zhǎng)徑比為32,分六區(qū)控溫的雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出造粒，一至六區(qū)加工溫度依次為200°C,195'C，190°C，195°C，200°C，205°C，機(jī)頭溫度210°C。實(shí)例二.將59份聚丙烯、6份三(2-羥乙基)異氰尿酸酯、20份聚磷酸銨、9份三聚氰胺、0.15份抗氧劑1010、0.15份抗氧劑168、6份PP-g-MAH預(yù)'混合，將上述原料預(yù)混后在長(zhǎng)徑比為32，分六區(qū)控溫的雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出造粒，一至六區(qū)加工溫度依次為200°C，195°C，190°C，195°C，200°C，205°C，機(jī)頭溫度210。C。實(shí)例三.將59份聚丙烯、6份三(2-羥乙基)異氰尿酸酯、20份聚磷酸銨、9份三聚氰胺、0.15份抗氧劑1010、0.15份抗氧劑168、6份PP-MA/蒙脫土插層復(fù)合母粒預(yù)混合，將上述原料預(yù)混后在長(zhǎng)徑比為32，分六區(qū)控溫的雙螺桿擠出機(jī)中進(jìn)行擠出這粒，一至六區(qū)加工溫度依次為180°C，185°C，190°C，195。C，195°C，205°C，機(jī)頭溫度210。C。實(shí)例的性能測(cè)試數(shù)據(jù)依次如下表所示:實(shí)例序號(hào)拉伸強(qiáng)度(Mpa)斷裂伸長(zhǎng)率(％)彎曲強(qiáng)度(Mpa)彎曲模量(Mpa)簡(jiǎn)支梁口擊強(qiáng)度(KJ/m2)表面水紋UL-94<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>由實(shí)例(1)可知由于加入了阻燃劑，材料的斷裂伸長(zhǎng)率，沖擊強(qiáng)度都比較低，較難滿足一般產(chǎn)品的性能需求。因此需要采用適當(dāng)?shù)脑鲰g方法提高沖擊強(qiáng)度。由于IFR阻燃劑是極性物質(zhì)，和非極性的聚丙烯樹脂相容性差，此時(shí)引入能夠在它們兩者搭建鏈橋的助劑是最理想的改性方法。而PP-g-MAH可以充當(dāng)這樣的角色，賦予聚丙烯極性和可粘接性。由實(shí)例(2)當(dāng)加入馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)達(dá)到6份時(shí)，發(fā)現(xiàn)沖擊強(qiáng)度只增加了16.2%，但拉伸強(qiáng)度，彎曲強(qiáng)度及彎曲模量飛平曲卡同時(shí)也下降了約20%，最終的綜合改性結(jié)果并沒(méi)有達(dá)到滿意的效果。由實(shí)例(3)當(dāng)加入PP-MA/蒙脫土插層復(fù)合母粒時(shí)，拉伸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度及彎曲模量都有一定程度的增加，且沖擊強(qiáng)度增加將近60%,同時(shí)表面水紋也有很大的改善，而且總的成本與同類產(chǎn)品相比較低，滿足了生產(chǎn)實(shí)際需要和環(huán)境保護(hù)的需求。權(quán)利要求1.一種納米無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料，其組分及重量份數(shù)為聚丙烯50～80PP-MA/蒙脫土插層復(fù)合母粒1～10抗氧劑10100.1～0.4抗氧劑1680.1～0.4三(2-羥乙基)異氰尿酸酯3～15聚磷酸銨8～25三聚氰胺3～15其中PP-MA/蒙脫土插層復(fù)合母粒由馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)和聚合物級(jí)納米蒙脫土制得，聚合物級(jí)納米蒙脫土按重量計(jì)含量為30％～60％。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料，其特征是三(2-羥乙基)異氰尿酸酯聚磷酸銨三聚氰胺=315:823:315。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料，其特征是聚磷酸銨平均聚合度大于200。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料，其特征是所說(shuō)的聚合物級(jí)納米蒙脫土，徑/厚比》200;層厚度小于25rnn。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料，其特征是馬來(lái)酸酐接技聚丙烯的接枝率為0.5%3%。6.制備權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的納米無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料的方法，其特征是包括以下步驟按照比例將聚丙烯、PP-MA/蒙脫土插層復(fù)合母粒、抗氧劑1010、抗氧劑168、三(2-羥乙基)異氰尿酸酯、聚磷酸銨、三聚氰胺預(yù)混后，經(jīng)過(guò)擠出機(jī)進(jìn)行混合塑化并造粒，擠出混煉溫度為180215°C。其中聚合物級(jí)納米蒙脫土母粒用馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)與聚合物級(jí)納米蒙脫土混合，雙螺桿熔融擠出制得聚合物級(jí)納米蒙脫土含量30%60%的PP-MA/蒙脫土插層復(fù)合母粒。全文摘要本發(fā)明涉及涉及一種納米無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料，由聚丙烯、PP-MA/蒙脫土插層復(fù)合母粒、抗氧劑1010、抗氧劑168三(2-羥乙基)異氰尿酸酯、聚磷酸銨、三聚氰胺以合理的比例組成膨脹型阻燃劑(IFR)，達(dá)到了優(yōu)異的阻燃效果，而且燃燒時(shí)不會(huì)放出有毒氣體。文檔編號(hào)C08L23/00GK101148527SQ200610122229公開日2008年3月26日申請(qǐng)日期2006年9月19日優(yōu)先權(quán)日2006年9月19日發(fā)明者斌曾,霍慧君申請(qǐng)人:佛山市順德區(qū)高怡新塑料有限公司