本發(fā)明涉及阻燃聚丙烯材料技術(shù)領(lǐng)域，具體來(lái)講是一種可提高沖擊強(qiáng)度的無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯（pp）是一種綜合性能優(yōu)良的通用塑料，廣泛應(yīng)用于家用電器、電子、建筑材料、汽車(chē)工業(yè)及包裝材料等方面。但是，聚丙烯也存在一些缺點(diǎn)，如其氧指數(shù)僅為17-18%，屬于易燃材料；燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的熔滴，火災(zāi)危險(xiǎn)性較大等，限制了聚丙烯在有阻燃要求場(chǎng)合的使用。隨著聚丙烯的廣泛應(yīng)用，其防火安全問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，因此，非常有必要對(duì)聚丙烯進(jìn)行阻燃改性。
工業(yè)上較為常用且經(jīng)濟(jì)的方法是直接添加阻燃劑。常用于聚丙烯的阻燃劑可分為三大類(lèi)，分別是含鹵阻燃劑（尤其是含溴阻燃劑）、金屬氫氧化物和膨脹型阻燃劑。
含鹵阻燃劑具有良好的阻燃效果，尤其是溴系阻燃劑（如十溴二苯乙烷等）與三氧化二銻（sb2o3）的復(fù)配體系，對(duì)多種聚合物均有較好的阻燃性能，因此，被廣泛應(yīng)用于各種聚合物的阻燃產(chǎn)品；但是，該類(lèi)阻燃劑在燃燒時(shí)會(huì)釋放出大量的有毒有害的氣體，嚴(yán)重危害生命安全和環(huán)境安全。
金屬氫氧化物在燃燒過(guò)程中釋放出水蒸氣，起到稀釋可燃性氣體，生成的金屬氧化物覆蓋在材料表面，起到阻隔作用，具有無(wú)毒、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)；但是它們的阻燃效率低，通常需要添加50-60%wt才能達(dá)到所需的阻燃等級(jí)，并且其與聚合物基材的相容性差，對(duì)材料的力學(xué)性能損害很大，從而限制了其在材料中的應(yīng)用。因此，開(kāi)發(fā)適合于高分子材料的環(huán)保、高效、無(wú)鹵、低毒、低煙的阻燃劑。
膨脹型阻燃劑（ifr）被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的環(huán)保型阻燃劑，它以磷-氮為主要阻燃元素，在燃燒時(shí)能形成膨脹致密的炭層，阻隔空氣、可燃性物質(zhì)和熱量的傳遞，從而實(shí)現(xiàn)揮阻燃作用。最早發(fā)現(xiàn)的膨脹型阻燃劑由多聚磷酸銨（app）、季戊四醇（per）和三聚氰胺（mel）三者復(fù)合而成，對(duì)聚烯烴具有良好的阻燃效果。專(zhuān)利cn01128575介紹了用季戊四醇磷酸酯和三聚氰胺磷酸鹽復(fù)配制備聚烯烴無(wú)鹵膨脹型阻燃劑。專(zhuān)利cn02124783也采用了三聚氰胺聚磷酸鹽與季戊四醇和其酯，或雙季戊四醇和其酯或三季戊四醇及其酯作為膨脹型阻燃劑。對(duì)比季戊四醇，季戊四醇磷酸酯的水溶性已經(jīng)有明顯的下降，與多聚磷酸銨或多聚磷酸密胺復(fù)配有良好的阻燃效果，但其屬于小分子，在聚合物中存在易滲出等問(wèn)題。因此，開(kāi)發(fā)難溶于水，分子量大的成炭劑成為了研究的熱點(diǎn)。
專(zhuān)利cn1446844a公開(kāi)了一種新型的膨脹型阻燃劑，對(duì)聚烯烴有良好的阻燃性能。專(zhuān)利cn101225187a公開(kāi)了一種新型的三嗪類(lèi)膨脹型阻燃劑，與多聚磷酸銨（app）復(fù)配應(yīng)用于pp中具有良好的阻燃性能，但是所報(bào)道的成炭劑中極性基團(tuán)較多，導(dǎo)致產(chǎn)品的吸濕較大。
專(zhuān)利102161763b公開(kāi)了一類(lèi)新型膨脹型成炭劑及其的制備方法，該成炭劑具有較高的耐熱溫度，耐水性佳。專(zhuān)利102134352b公開(kāi)了膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料的制備，該類(lèi)阻燃聚丙烯復(fù)合材料具有良好的阻燃性能。
目前，使用的膨脹型阻燃劑還存在下述缺點(diǎn)：1、添加量較大，通常需要添加30%的阻燃劑；2、與基材的相容性較差，對(duì)基材的力學(xué)性能損害較大。基于上述原因，膨脹型阻燃劑在聚丙烯復(fù)合材料中的應(yīng)用范圍大大縮小。因此，本發(fā)明旨在改善阻燃劑的耐熱性、耐水性的同時(shí)，通過(guò)成炭劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與調(diào)整，使成炭劑具備一定的β晶成核作用，從而在聚丙烯復(fù)合材料形成一定的β晶，提高復(fù)合材料的沖擊和彎曲性能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足而提供一種無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料及其制備方法，改善阻燃劑的耐熱性、耐水性的同時(shí)，通過(guò)成炭劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與調(diào)整，使成炭劑具備一定的β晶成核作用，從而在聚丙烯復(fù)合材料形成一定的β晶，提高復(fù)合材料的沖擊和彎曲性能，水溶性能低、不易遷移。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一種膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料是這樣實(shí)現(xiàn)的，其包括60-85%的聚丙烯、15-35%的膨脹型阻燃劑、0.1-0.5%的抗氧劑及0-5%的潤(rùn)滑劑，它們?yōu)橘|(zhì)量百分比。
在本技術(shù)方案中，所述膨脹型阻燃劑包括多聚磷酸銨或多聚磷酸密胺及新型三嗪類(lèi)成炭劑，多聚磷酸銨或多聚磷酸密胺與新型三嗪類(lèi)成炭劑的質(zhì)量比例為5:1~1:1；其中：
所述多聚磷酸酸銨是高聚合度結(jié)晶ⅱ型聚磷酸銨，結(jié)構(gòu)式為：
式中：y是nh、o或s；z是nh或o；m是苯基或環(huán)己基；r是含1-18個(gè)碳的直鏈或支鏈烷基或含有氧、氮元素直鏈或支鏈烷基或苯基或二苯甲烷基或二苯酮基或二苯硫醚基或二苯二硫醚基或碳酸二苯酯基或磷酸二苯酯基或其衍生物基。
在本技術(shù)方案中，所述潤(rùn)滑劑是聚丙烯蠟、聚乙烯蠟和n,n-乙撐雙硬脂酸酰胺中的一種或兩種以上混合。
在本技術(shù)方案中，膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料的制備方法，其特征在于制備的步驟為：先將60-85%的聚丙烯及0-5%的潤(rùn)滑劑投入到高速混合機(jī)中高速分散2-5分鐘，得到混合物；然后將混合物與15-35%的膨脹型阻燃劑及0.1-0.5%的抗氧劑混合5-20分鐘，得到膨脹型阻燃混合物；再將膨脹型阻燃混合物用雙螺桿擠出機(jī)擠出造?；蛴秒p輥混煉機(jī)混合均勻即可得到膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)為：改善阻燃劑的耐熱性、耐水性的同時(shí)，通過(guò)成炭劑的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與調(diào)整，使成炭劑具備一定的β晶成核作用，從而在聚丙烯復(fù)合材料形成一定的β晶，提高復(fù)合材料的沖擊和彎曲性能，水溶性能低、不易遷移。
附圖說(shuō)明
圖1是添加不同比例ifr（app與cfa1的質(zhì)量比為2:1）的無(wú)鹵阻燃聚丙烯復(fù)合材料的xrd譜圖。
具體實(shí)施方式
下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。在此需要說(shuō)明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說(shuō)明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以互相結(jié)合。
在以下各實(shí)施例中，新型三嗪類(lèi)成炭劑分別采用以下結(jié)構(gòu)式的物質(zhì)：
實(shí)施例一
將3.345kg的聚丙烯粒料和0.15kg的聚丙烯蠟加入在高速分散劑中預(yù)混2分鐘，再分別準(zhǔn)確稱(chēng)取1.0kg的多聚磷酸銨（app）、0.5kg的三嗪類(lèi)成炭劑（cfa1）及0.005kg的抗氧劑（1010）加入到上述混合機(jī)中混合15分鐘，得到膨脹型阻燃混合物，最后將得到的膨脹型阻燃混合物放在雙螺桿擠出機(jī)中擠出、冷卻、造粒，即可得到膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料。其中，雙螺桿擠出機(jī)各區(qū)的溫度設(shè)置在150-200℃之間。所得膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料的氧指數(shù)為35.6%，ul-94測(cè)試達(dá)到v-0級(jí)（3.2mm）。添加成炭劑后，復(fù)合材料形成了一定的β晶，經(jīng)xrd測(cè)試后，有明顯的β晶，kβ值為0.12。該復(fù)合材料懸臂梁沖擊強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別為9.36kj/m2和48.4mpa，而純的聚丙烯復(fù)合材料的沖擊強(qiáng)度為8.36kj/m2和46.6mpa，分別提高了12%和9%；對(duì)比傳統(tǒng)的膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料，沖擊強(qiáng)度通常下降20-30%，因此，本發(fā)明對(duì)力學(xué)性能的改善效果更為明顯，如圖1所示。
實(shí)施例二
先將3.39kg的聚丙烯粒料和0.10k的n,n-乙撐雙硬脂酸酰胺（ebs）加入高速混合機(jī)中預(yù)混5分鐘，再分別準(zhǔn)確稱(chēng)取1.0kg的多聚磷酸銨（app）、0.5kg的三嗪類(lèi)成炭劑（cfa2）及0.010kg的抗氧劑（168），加入到高速混合機(jī)中預(yù)混10分鐘，得到膨脹型阻燃混合物，最后將膨脹型阻燃混合物用雙螺桿擠出機(jī)中擠出、冷卻、造粒，即可得到膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料。其中，雙螺桿擠出機(jī)各區(qū)的溫度150-200℃之間。聚丙烯復(fù)合材料的氧指數(shù)為33.6%，ul-94測(cè)試達(dá)到v-0級(jí)。添加成炭劑后，復(fù)合材料形成了一定的β晶，經(jīng)xrd測(cè)試后，有明顯的β晶，kβ值為0.08，如圖1所示。
實(shí)施例三
先將3.44kg的聚丙烯粉料和0.05kg的硬脂酸鈣加入高速分散機(jī)中預(yù)混4分鐘；再分別準(zhǔn)確稱(chēng)取0.75kg的多聚磷酸銨（app）、0.75kg的三嗪類(lèi)成炭劑（cfa3）及0.01kg的抗氧劑264，加入到上述高速混合機(jī)中預(yù)混8分鐘，得到膨脹型阻燃混合物，最后在雙螺桿擠出機(jī)中擠出、冷卻、造粒，即可得到膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料。其中，雙螺桿擠出機(jī)各區(qū)的溫度設(shè)置在150-200℃之間。聚丙烯復(fù)合材料的氧指數(shù)為31.1%，ul-94測(cè)試達(dá)到v-0級(jí)。添加成炭劑后，復(fù)合材料形成了一定的β晶，經(jīng)xrd測(cè)試后，有明顯的β晶，kβ值為0.05，如圖1所示。
實(shí)施例四
先將3.335kg的聚丙烯粒料和0.15kg的硬脂酸加入高速分散機(jī)中，預(yù)混6分鐘；再分別準(zhǔn)確稱(chēng)取1.125kg的多聚磷酸銨（app）、0.375kg的三嗪類(lèi)成炭劑（cfa4）及0.015kg的抗氧劑（168和1098的混合物），加入到上述高速混合機(jī)中預(yù)混8分鐘，得到膨脹型阻燃混合物，最后在雙螺桿擠出機(jī)中擠出、冷卻、造粒，即可得到膨脹型阻燃聚丙烯復(fù)合材料。其中，雙螺桿擠出機(jī)各區(qū)的溫度設(shè)置在150-200℃之間。聚丙烯復(fù)合材料的氧指數(shù)為35.4%，ul-94測(cè)試達(dá)到v-0級(jí)。添加成炭劑后，復(fù)合材料形成了一定的β晶，經(jīng)xrd測(cè)試后，有明顯的β晶，kβ值為0.06，如圖1所示。
以上是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作出詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換及變形仍落入在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。