一種阻燃型聚丙烯復合材料及其制備方法技術

本發明專利技術提供了一種阻燃型聚丙烯復合材料及其制備方法，由于向材料中添加阻燃劑時，聚丙烯復合材料的力學性能會受到較大影響，因此需要在阻燃配方中加入一些協效劑。現有技術中添加協效劑時，為避免協效劑在聚合物基體中的分散不良，需要事先使用表面活性劑，對協效劑進行預處理，過程繁瑣，成本高，而本發明專利技術采用埃洛石作為協效劑，而不需要對埃洛石進行預處理，操作簡便，節約了成本，有效地保證了材料的使用性能。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種聚丙烯復合材料及其制備方法，特別是。
技術介紹
聚丙烯(PP)是全球產量最大的樹脂之一，它們被廣泛用于包裝、紡織品、建材、汽車、電子及日用品等很多行業。當PP應用于室內建材、汽車內飾材料、電子電器材料時，需要進行阻燃改性。目前工業上所用的阻燃劑分為無鹵和有鹵阻燃劑。膨脹型阻燃劑是無鹵阻燃劑中最有發展前途的一種。在PP中添加膨脹型阻燃劑可以降低PP熱裂或燃燒時生成的煙和腐蝕性氣體及有毒產物量，對環境友好。單純使用此類阻燃劑，由于其添加量較大，復合材料 的力學性能會受到較大影響，因此可以在阻燃配方中加入一些協效劑以提高阻燃效率，降低阻燃劑用量。一般協效劑添加份量都比主阻燃劑要少得多，因此，協效劑本身對提高阻燃性能和力學性能的貢獻并不大，但是在整個阻燃配伍體系中，起到協調物理性能，提高阻燃效果的配合作用。少量天然粘土加入到膨脹型阻燃體系中可以提高膨脹炭層的耐熱性和致密程度，提高阻燃效果，因此是一種良好的協效劑。同時，如果粘土在聚合物基體中可形成納米級分散，還可以有效提高聚合物的力學性能。具有天然納米結構的粘土包括蒙脫土、凹凸棒土是研究最廣泛的品種。章馳天在文獻《凹凸棒土 /IFR阻燃PP復合材料的制備與性能研究》(南京航空航天大學碩士學位論文，2010)中，報道了采用凹凸棒土與膨脹型阻燃劑協同作用可以更為有效地阻燃聚丙烯，同時保證復合材料的力學性能。關于蒙脫土協同阻燃的研究報道也已經很豐富(Kiliaris P, Papaspyrides⑶· Polymer/layered silicate (clay)nanocomposites:An overviewof flame retardancy. Prog PolymSci. 2010, 35(7) :902-958).但凹凸棒土和蒙脫土有一個共同的問題，就是納米棒或片層間等結構單元間以強離子鍵結合，在應用時需要克服離子鍵作用才能促進其在聚合物基體中的分散，如蒙脫土在使用前需要使用季銨鹽等陽離子表面活性劑進行插層處理，過程繁瑣，成本高。
技術實現思路
本專利技術所要解決的問題是現有技術中，在阻燃型材料中添加協效劑時，為避免協效劑在聚合物基體中的分散不良，需要事先使用表面活性劑，對協效劑進行預處理，過程繁瑣，成本高。為解決這一問題，本專利技術提供的技術方案是本專利技術提供了一種阻燃型聚丙烯復合材料，包括以下組分，各組分質量含量為聚丙烯100份膨脹型阻燃劑20 30份埃洛石I 7份相容劑5 10份其中，埃洛石為協效劑，埃洛石納米材料在聚合物中易分散，而不需要對埃洛石進行預處理，埃洛石納米材料的添加量較少，其本身對提高阻燃性能和力學性能的貢獻并不大，但是埃洛石納米管在整個阻燃配伍體系中，起到協調物理性能和阻燃效果的配合作用，保證了材料的使用性倉泛，作為優選聚丙烯為均聚或共聚聚丙烯，熔融指數為I. 5 10g/10min ；作為優選膨脹型阻燃劑含酸源、氣源和碳源，以成炭、膨脹機理起到阻燃作用； 作為優選埃洛石為未經處理的天然埃洛石粉，粒度為325 500目；本專利技術中使用的埃洛石，也被稱為埃洛石納米管(HNTs)，是一類硅鋁酸鹽，化學式可表示為Al2Si2O5 · ηΗ20，多為多壁管狀結構，管外徑約為l(T50nm，內徑約為5 20nm，長度約為2 40μπι，具有短纖維的增強作用。HNTs含有兩種羥基，一種是位于外表面的硅羥基，一種是位于內表面的鋁羥基。作為納米填料，埃洛石相對于凹凸棒土等硅酸鹽的最大優點是其易于在基體樹脂中分散，這是由于凹凸棒土結構單元之間是以離子鍵等主價鍵結合，而HNTs的結構單元之間是以氫鍵和范德華力等次價鍵結合。另外，埃洛石的中空管內外的活性基團可以捕捉聚合物燃燒過程中產生的自由基，延緩聚合物的燃燒。作為優選相容劑為接枝率為O. 5^1%的聚丙烯接枝馬來酸酐。本專利技術還提供了上述阻燃型聚丙烯復合材料的制備方法，一種方法為使用密煉機為生產設備，按各組分質量比，將物料均勻混合，在密煉機中熔融共混后，得到阻燃聚丙烯復合材料，作為優選設定密煉機溫度為180°C 200°C，轉速為5(T200r/min，熔融共混時間為5 10分鐘，另一種方法為使用雙螺桿擠出機為生產設備，擠出產品，作為優選雙螺桿擠出機為平行同向雙螺桿擠出機，作為優選設定一區溫度為17(Tl80°C，二區溫度為18(T200°C，三區溫度為19(T210°C，四區溫度為19(T200°C，螺桿轉速為20(T300r/min，喂料頻率為18 25Hz。本專利技術的有益效果是(I)利用天然的廉價埃洛石為協效劑，可以降低主阻燃劑用量，降低成本；埃洛石納米管在整個阻燃配伍體系中，起到協調物理性能和阻燃效果的配合作用，保證了材料的使用性能。(2)結構單元間以氫鍵和范德華力等次價鍵結合的管狀埃洛石，作為填料使用時，不經過表面處理就可以實現埃洛石在聚丙烯基體中的納米級分散，克服了現有納米填料不易分散和表面處理復雜的缺點，使得膨脹型阻燃劑阻燃聚丙烯材料的拉伸和沖擊性能有明顯提聞。附圖說明圖lHNTs/PP復合材料斷面SEM照片圖2埃洛石TEM照片具體實施例方式下面的實施例是對本專利技術的進一步說明，而不是限制本專利技術的范圍。以下實施例所采用的聚丙烯為鎮海煉化的T30S，熔融指數3. 8g/10min，聚丙烯接枝馬來酸酐為上海日之升的CMG9801，接枝率為1%，膨脹型阻燃劑為普塞呋(清遠)磷化學有限公司所產的EPFR-100D，埃洛石為湖南省汨羅市湘瑩礦業有限公司的粉末，粒度為325目，所用的密煉機為哈克Rheomix密煉機，所使用的雙螺桿擠出機為南京廣達橡塑機械廠的SHJ-35同向平行雙螺桿擠出機，長徑比40/1。實施例1-5 按照表I的配方將各組分混合均勻后投入密煉機中，在190°C下，以100轉/分，熔融共混10分鐘，得到阻燃聚丙烯材料。如圖1、2所示，掃描和透射電鏡分析表示，埃洛石在所得阻燃聚丙烯材料中達到了納米級分散。性能測試結果見表2。 實施例6 按照表I的配方將各組分混合均勻后，將混合物料加入平行同向雙螺桿擠出機中，共混擠出造粒得到阻燃聚丙烯材料，其擠出工藝為一區180°C，二區190°C，三區200°C，四區195°C，螺桿轉速260r/min，喂料頻率20Hz。掃描和透射電鏡分析表示，埃洛石在所得阻燃聚丙烯材料中達到了納米級分散。所得測試結果見表2所示。實施例7 采用粒度為150目的埃洛石作為協效劑阻燃聚丙烯。按照表I的配方將各組分混合均勻后，在密煉機中于190°C，100轉/分，熔融共混10分鐘后出料，得到阻燃聚丙烯材料。所得材料的性能測試結果見表2所示。對比例I :僅采用膨脹型阻燃劑制備阻燃聚丙烯材料。按照表I的配方將各組分混合均勻后，在密煉機中于190°C，100轉/分，熔融共混10分鐘后出料，得到阻燃聚丙烯材料。所得材料的性能測試結果見表2所示。對比例2 僅采用埃洛石制備阻燃聚丙烯材料。按照表I的配方將各組分混合均勻后，在密煉機中于190°C，100轉/分，熔融共混10分鐘后出料，得到阻燃聚丙烯材料。所得材料的性能測試結果見表2所示。對比例3 采用預處理過的凹凸棒土，作為填料協效劑的膨脹型阻燃劑阻燃聚丙烯。按照表I的配方將各組分混合均勻后，在密煉機中于190°C，100轉/本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種阻燃型聚丙烯復合材料，其特征在于：所述的復合材料包括以下組分，各組分質量含量為：聚丙烯100份膨脹型阻燃劑20～30份埃洛石1～7份相容劑5～10份其中，埃洛石為協效劑。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：任強，劉石，李錦春，鄒國享，宋艷，
申請(專利權)人：常州大學，
類型：發明
國別省市：