CN102108155A - 一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，该材料包括以下组分和重量百分含量：聚丙烯(PP)50-85％，相容剂1-10％，阻燃剂10-35％，水滑石1-10％，抗氧剂0.1-1％，润滑分散剂0.1-0.5％。按重量配比称取原料，将聚丙烯、相容剂、阻燃剂、水滑石、抗氧剂、润滑分散剂依次放入高混机中混合2-7分钟，出料，将混合好的原料放入双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度在170-210℃，螺杆转速在160-600转/分钟。与现有技术相比，本发明产品阻燃效果好并且稳定，光泽度好，低比重和良好的机械性能，产品加工工艺简单，广泛应用，具有经济价值。

Description

一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于聚丙烯改性技术领域，尤其是涉及一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯(PP)价廉、质轻，耐腐蚀、具有良好的加工性、力学均衡性好、应用范围广，在通用树脂中有良好的耐热性。聚丙烯在家用电器和汽车工业上有着广泛的应用，工程化倾向十分明显。但普通的阻燃聚丙烯材料的光泽度较低，并且阻燃性能不稳定，限制了它在表面美观要求较高的家用电器外壳上的应用。

目前市场上，一般采用添加滑石粉用来加强阻燃聚丙烯的阻燃稳定性，但添加量一般在10份以上，虽说添加量越大，阻燃聚丙烯阻燃性越好、越稳定，但随着添加份数的增多，制品的光泽度会大大降低，比重会提高，影响了阻燃聚丙烯在一些要求较高家电的外观件上的应用。水滑石目前主要作为材料催化剂和吸附剂使用，在农用薄膜如EVA，LDPE材料上有较好的应用，而把水滑石做为阻燃聚丙烯的阻燃稳定剂则基本没有。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种加工工艺简单、产品质量好的水滑石阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，该材料包括以下组分和重量百分含量：聚丙烯(PP)50-85％，相容剂1-10％，阻燃剂10-35％，水滑石1-10％，抗氧剂0.1-1％，润滑分散剂0.1-0.5％。

所述的聚丙烯(PP)为均聚聚丙烯；所述的相容剂为聚丙烯接枝不饱和酸或者酸酐的接枝聚合的低聚物，其熔融指数为40-150g/10min，接枝率为0.5-2％。

所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。

所述的阻燃剂为溴锑复合型阻燃体系，该阻燃体系为环保型溴类阻燃剂和氧化锑类阻燃剂的混合物；所述的水滑石为复合材料的阻燃稳定剂，其化学组成为[M II 1-xMIIIx(OH)₂]x+(An^-)_x/n·mH₂O，其中MII为二价金属阳离子；MIII为三价金属阳离子；An-为阴离子、无机和有机离子以及络合离子，x为0.22-0.3，n为2-4，m为4-10。

所述的阻燃体系为重量比为2∶1的十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物；所述的MII为Mg²⁺，Ni²⁺，Co²⁺，Zn²⁺或Cu²⁺；MIII为Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺或Sc³⁺；An-为CO₃ ^2-，NO^3-，Cl^-，OH^-，SO₂ ^4-，PO₃ ^4-或C₆H₄(COO)₂ ^2-。

所述的抗氧剂为一种受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的复配体系

所述的复配体系为重量比为1∶1的抗氧剂1010/抗氧剂168，抗氧剂1010为四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，抗氧剂168为(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯。

所述的润滑分散剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钡或硬脂酸镁。

一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)把按重量百分比称取原料：聚丙烯(PP)50-85％，相容剂1-10％，阻燃剂10-35％，水滑石1-10％，抗氧剂0.1-1％，润滑分散剂0.1-0.5％；

(2)将聚丙烯、相容剂、阻燃剂、水滑石、抗氧剂、润滑分散剂依次放入高混机中混合2-7分钟；

(3)出料；

(4)将混合好的原料放入双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度在170-210℃，螺杆转速在160-600转/分钟。

本发明采用的原料聚丙烯(PP)价廉、质轻，耐腐蚀、具有良好的加工性、力学均衡性好、应用范围广，在通用树脂中有最好的耐热性，广泛应用于家用电器和汽车部件。

溴锑复合型阻燃体系在阻燃聚丙烯中是一类应用广泛的阻燃体系，卤素阻燃剂和无机阻燃剂复合使用，具有很好的阻燃协效作用，其中有代表性的为溴系阻燃剂和氧化锑类阻燃剂。出于对环境和人类健康的负责，本发明选用的均为环保型的阻燃剂。聚丙烯接枝不饱和酸或者酸酐的接枝聚合的低聚物，具有超高的流动性，作为相容剂，可以提高茂金属聚烯烃在聚丙烯树脂中的分散性，提高二者的粘结能力，进而提高与其他组分的相容性。抗氧剂为一种受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的复配体系，可提高组合物在加工过程的抗氧化性能和使用过程中的抗老化性能。脂肪酸金属皂类作为润滑剂，提高材料加工流动性，降低摩擦系数，提高滑爽性，改善表面光泽。

本发明通过添加水滑石，凭借它的特殊层状结构，在受热时，其结构水合层板羟基及层间离子以水和CO₂的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度，阻隔O₂的阻燃作用；水滑石结构中的结构水，层板羟基以及层间离子在不同的温度内脱离层板，从而可在较低的温度范围内(220～800℃)释放阻燃物质，在阻燃过程中，吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温；从而增强了阻燃聚丙烯的阻燃稳定性，保持了材料的低比重。同时，由于其特殊结构，对光线的吸收具有选择性(在可见光的范围之外)，在材料中均匀分散后，赋予材料良好的色泽饱和度，大大提高了材料的关泽度；同时粉粒大小为纳米级，提高了聚丙烯的结晶能力，不但对材料的光泽起到改善作用，同时也提高了材料的刚性和耐热性能，并且加工工艺较简单。

与现有技术相比，本发明的优点是：

1.把水滑石应用到阻燃聚丙烯材料中，并且取得了很好的效果，聚丙烯的阻燃效果好并且稳定，同时保持了聚丙烯的光泽度，低比重和良好的机械性能。

2.该产品加工工艺简单，适合生产加工，可以在工厂中广泛推广，具有生产可行性。

3.该产品满足表面美观要求较高的家用电器外壳要求，可以广泛应用，具有经济价值。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步说明，但所用的实施例只是用于说明本发明而不是限制本发明。

实施例1-5：

聚丙烯采用韩国进口的均聚聚丙烯；相容剂用市售的马来酸酐接枝聚丙烯，阻燃剂为市售的十溴二苯乙烷和三氧化二锑，抗氧剂为CIBA公司的168和1010，润滑分散剂采用硬脂酸钙。

产品配比1-5表一

原料名称	实施例1(wt％)	实施例2(wt％)	实施例3(wt％)	实施例4(wt％)	实施例5(wt％)	空白试验
							均聚聚丙烯	65	64	66	63	60	69
相容剂	3	3	3	6	6	3
							十溴二苯乙烷	16	18	18	16	18	18
三氧化二锑	8	9	9	8	9	9
							水滑石	7	5	3	6	6	0
1010/168(1∶1)	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5
							硬脂酸钙	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5	0.5

将上述组分按比例放入高混机中混合2-7分钟，出料，然后用双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度在170-210℃，螺杆转速在160-600转/分钟。

加工区间	1区	2区	3区	4区	5区	6区	7区	8区	9区
										加工温度℃	180	190	195	195	200	200	200	195	190

根据实施例1-5制得的样品1-5，进行性能测试对比，采用ASTM标准，阻燃采用UL-94标准。

测试性能对比表二

实施例6

一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)把按重量百分比称取原料：聚丙烯(PP)74kg，熔融指数为100g/10min，接枝率为1％的马来酸酐接枝聚丙烯5kg，重量比为2∶1的十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物10kg，水滑石10kg，抗氧剂(1010)0.25kg、抗氧剂(168)0.25kg、硬脂酸钡0.5kg；

所述的水滑石为复合材料的阻燃稳定剂，其化学组成为[MII 1-xMIIIx(OH)₂]x+(An^-)_x/n·mH₂O，其中MII为二价金属阳离子Mg²⁺；MIII为三价金属阳离子Al³⁺；An-为阴离子CO₃ ^2-，x为0.22，n为4，m为4。

(2)将聚丙烯、相容剂、阻燃剂、水滑石、抗氧剂、润滑分散剂依次放入高混机中混合5分钟；

(3)出料；

(4)将混合好的原料放入双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度在190℃，螺杆转速在300转/分钟。

实施例7

一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)把按重量百分比称取原料：聚丙烯(PP)85％，熔融指数为150g/10min，接枝率为2％的马来酸酐接枝聚丙烯1kg，重量比为2∶1的十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物12.8kg，水滑石1kg，抗氧剂(1010)0.05kg、抗氧剂(168)0.05kg，硬脂酸锌0.1kg；

所述的水滑石为复合材料的阻燃稳定剂，其化学组成为[M II 1-xMIIIx(OH)₂]x+(An^-)_x/n·mH₂O，其中M II为二价金属阳离子Ni²⁺；MIII为三价金属阳离子Cr³⁺；An-为阴离子OH^-，x为0.3，n为3，m为8。

(2)将聚丙烯、相容剂、阻燃剂、水滑石、抗氧剂、润滑分散剂依次放入高混机中混合7分钟；

(3)出料；

(4)将混合好的原料放入双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度在210℃，螺杆转速在160转/分钟。

实施例8

一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤：

(1)把按重量百分比称取原料：聚丙烯(PP)50kg，熔融指数为40g/10min，接枝率为0.5％的马来酸酐接枝聚丙烯10kg，重量比为2∶1的十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物35kg，水滑石1kg，抗氧剂(1010)0.5kg、抗氧剂(168)0.5kg，硬脂酸镁0.5kg；

所述的水滑石为复合材料的阻燃稳定剂，其化学组成为[M II 1-xMIIIx(OH)₂]x+(An^-)_x/n·mH₂O，其中M II为二价金属阳离子Cu²⁺；MIII为三价金属阳离子Sc³⁺；An-为阴离子C₆H₄(COO)₂ ^2-，x为0.33，n为4，，m为10。

(2)将聚丙烯、相容剂、阻燃剂、水滑石、抗氧剂、润滑分散剂依次放入高混机中混合2分钟；

(3)出料；

(4)将混合好的原料放入双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度在170℃，螺杆转速在600转/分钟。

Claims (9)

1.一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，该材料包括以下组分和重量百分含量：聚丙烯(PP)50-85％，相容剂1-10％，阻燃剂10-35％，水滑石1-10％，抗氧剂0.1-1％，润滑分散剂0.1-0.5％。

2.根据权利要求1所述的一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的聚丙烯(PP)为均聚聚丙烯；所述的相容剂为聚丙烯接枝不饱和酸或者酸酐的接枝聚合的低聚物，其熔融指数为40-150g/10min，接枝率为0.5-2％。

3.根据权利要求2所述的一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。

4.根据权利要求1所述的一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的阻燃剂为溴锑复合型阻燃体系，该阻燃体系为环保型溴类阻燃剂和氧化锑类阻燃剂的混合物；所述的水滑石为复合材料的阻燃稳定剂，其化学组成为[MII1-xMIIIx(OH)₂]x+(An^-)_x/n·mH₂O，其中MII为二价金属阳离子；MIII为三价金属阳离子；An-为阴离子、无机和有机离子以及络合离子，x为0.22-0.3，n为2-4，m为4-10。

5.根据权利要求4所述的一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的阻燃体系为重量比为2∶1的十溴二苯乙烷和三氧化二锑的混合物；所述的MII为Mg²⁺，Ni²⁺，Co²⁺，Zn²⁺或Cu²⁺；MIII为Al³⁺，Cr³⁺，Fe³⁺或Sc³⁺；An-为CO₃ ^2-，NO^3-，Cl^-，OH^-，SO₂ ^4-，PO₃ ^4-或C₆H₄(COO)₂ ^2-。

6.根据权利要求1所述的一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的抗氧剂为一种受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的复配体系

7.根据权利要求6所述的一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的复配体系为重量比为1∶1的抗氧剂1010/抗氧剂168，抗氧剂1010为四[β-(3’，5’-二叔丁基-4’-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯，抗氧剂168为(2，4二叔丁基苯基)亚磷酸三酯。

8.根据权利要求1所述的一种水滑石阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的润滑分散剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸钡或硬脂酸镁。

9.一种根据权利要求1所述的水滑石阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

(1)把按重量百分比称取原料：聚丙烯(PP)50-85％，相容剂1-10％，阻燃剂10-35％，水滑石1-10％，抗氧剂0.1-1％，润滑分散剂0.1-0.5％；

(2)将聚丙烯、相容剂、阻燃剂、水滑石、抗氧剂、润滑分散剂依次放入高混机中混合2-7分钟；

(3)出料；

(4)将混合好的原料放入双螺杆挤出机挤出造粒，加工温度在170-210℃，螺杆转速在160-600转/分钟。