CN102367312A - 一种阻燃低发泡聚丙烯材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃低发泡聚丙烯材料及其制备方法，由以下组分按质量百分比所组成：聚丙烯10～90％，热分解无机物5～30％，无卤阻燃剂3～40％，热塑性弹性体1～20％，抗氧剂0.1～1％，润滑剂0.1～3％，功能助剂0～5％。本发明在聚丙烯树脂中添加一种具有较低热分解温度的无机物做为发泡剂，利用其分解时产生的水蒸气来形成泡孔，同时加入无卤阻燃剂使其具备一定的阻燃性，以扩大其使用范围。将此混合物经挤出机共混熔融挤出造粒得此预发泡聚丙烯材料，然后利用注塑或模压等成型设备生产各种发泡制品。

Description

一种阻燃低发泡聚丙烯材料及其制备方法
 
技术领域
本发明涉及高分子复合材料的改性技术领域，具体地说，涉及一种阻燃低发泡聚丙烯材料及其制备方法。
 
背景技术
泡沫塑料主要品种有聚氨酯（PU）、聚苯乙烯（PS）和聚烯烃泡沫塑料三大类。发泡PU在发泡过程中存在对人体有害的残留物，而且无法回收利用；PS泡沫在105℃以上使用时发生软化和变形，聚乙烯PE泡沫也很少在100℃以上使用，而聚丙烯PP泡沫的热变形温度比较高（110℃以上），可以在高温环境中使用；PP泡沫的静态载荷能力优于PE，而无定形PS在室温下处于玻璃态，冲击性能较差，而且由于PP泡沫易于回收利用，其环境友好性优于其他发泡材料。正是基于上述优点，PP发泡材料在许多工业领域的应用尤其是在汽车工业和食品包装工业的应用极具竞争力，可以替代现有的PS和PE泡沫，前景非常广阔。
虽然PP发泡材料具有上述优异的特性，但是由于PP氧指数很低，极易燃烧，特别是发泡成型制品与非发泡成型制品相比燃烧性更高，所以普通PP发泡材料具有容易燃烧的缺点。近年来对于汽车构件、建筑材料和电气制品部件都要求具有阻燃性或自熄灭性，因此赋予PP发泡材料一定的阻燃性就显得十分重要。
发明专利CN1302828A公开了一种阻燃性聚烯烃发泡体组合物及其制造方法，该体系是由聚烯烃和橡胶混合，再混合无机系和氯系阻燃剂、发泡剂、硫化剂和其他添加剂，该组合物采用卤素阻燃剂，燃烧时产生有毒气体对人体有害，不利于环境安全，而且主要采用氯化聚乙烯和聚氯乙烯，这类材料加工时易于热分解，对加工条件要求较严。
发明专利CN1665866A公开了一种开孔聚丙烯泡沫颗粒的制备方法，其中发泡剂是沸点为-5℃至150℃的有机化合物，或是无机气体，选用有机化合物发泡时挥发的有机气体对人体健康会造成伤害，选用无机气体发泡时泡孔尺寸难于控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种工艺简单，环保安全，性能优异的无卤阻燃低发泡聚丙烯材料及其制备方法。 
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种阻燃低发泡聚丙烯材料，由以下组分按质量百分比所组成：
聚丙烯10～90％
热分解无机物（发泡剂）5～30％
无卤阻燃剂3～40％
热塑性弹性体1～20％
抗氧剂0.1～1％
润滑剂0.1～3％
其它功能助剂0～5％；
其中，所述聚丙烯包括各种粒状、粉状、块状的回收聚丙烯或原生共聚、均聚聚丙烯及其共混物；
所述热分解无机物是一种在较低温度下可分解产生水蒸气的金属氢氧化物，优选220℃时即可分解的氢氧化铝Al(OH)3，粉末粒径为0.5～2um。热分解无机物是一种无机金属氢氧化物，受热可分解产生水蒸气，在材料内部形成泡孔，在本发明中主要起发泡剂的作用；另外，此金属氢氧化物在聚丙烯的加工温度范围内并不能完全分解，所以产生的泡孔尺寸较小，材料仍具有一定的机械强度，未分解的部分在燃烧时可起到阻燃剂的作用。
所述无卤阻燃剂包括红磷、聚磷酸铵、磷酸酯、硼酸锌中的一种或几种。体系中的无卤阻燃剂可提供发泡体优异的阻燃性能，本发明中主要选择无机系阻燃剂，此类阻燃剂受热不挥发，而分解释放出难燃性气体覆盖在塑料的表面上起隔绝氧气的作用，同时在材料的表面上，通过分解吸热反应可降低材料表面的温度。
所述热塑性弹性体包括三元乙丙橡胶，乙烯-辛烯共聚物，聚烯烃热塑性弹性体，二元乙丙橡胶，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或两种。热塑性弹性体可以提高聚丙烯树脂的熔体强度和材料的冲击韧性，防止气泡增长过程中泡孔壁因承受过大的拉伸应力导致气泡发生塌陷和破裂的现象，使材料获得均衡的物理力学性能。
所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂DLTP中的一种或几种；抗氧剂的作用是提高聚丙烯的受热稳定性，避免聚丙烯受热过程中与氧气等强氧化物质作用，发生氧化降解。
所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸、白油、乙撑双硬脂酰胺EBS中的一种或几种；加入合适的润滑剂将有效改善材料在加工过程中与机器设备的摩擦，降低能耗。
其他功能助剂包括抗紫外线吸收剂、色粉或色母粒等。其它颜料和紫外吸收剂等助剂可根据需求选择添加。
上述阻燃低发泡聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
（1）将各组分按照配比称量，然后加入到搅拌机中搅拌5～30分钟；
（2）将搅拌均匀的上述物料加入到双螺杆挤出机中，控制挤出机各加热段的温度在100～180℃之间，主机的螺杆转速为250～330r/min，料斗进料螺杆的转速为24～35r/min，进而将物料共混熔融挤出；
（3）上述粒条经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，即可得阻燃低发泡聚丙烯材料。
利用上述阻燃低发泡聚丙烯材料制备阻燃发泡制品的方法，包括如下步骤：将阻燃低发泡聚丙烯材料经过注塑或模压成型的加工方式，控制成型温度220～230℃，即可制备不同形状的阻燃发泡制品。
与现有技术相比，本发明具有如下积极效果：（1）采用可在低温条件下热分解产生水蒸气的金属氢氧化物为发泡剂，工艺简单，生产过程无环境污染，产品安全、卫生，目前尚无发现以此为发泡剂的研究报道；（2）采用热塑性弹性体一方面可以改善基体树脂的熔融粘度，提高聚丙烯树脂的熔体强度，防止气泡增长过程中泡孔壁所承受拉伸应力过大导致气泡发生塌陷和破裂的现象，另一方面可以改善材料的冲击韧性；（3）体系中加入无卤阻燃剂提高了发泡体的阻燃性能，改变了现有的传统使用效果最好的卤素阻燃体系，解决了使用卤素阻燃体系带来的环境问题，而且提高了材料的阻燃性能。（4）此发明制备的发泡体具有广泛的环境适应性、稳定性和阻燃性，具有保温、防护、减震等作用，可应用于建筑材料、汽车部件、体育用品、包装行业和其他工业领域。
具体实施方式
实施例1
按以下质量百分比组成进行配比：共聚聚丙烯（MI：7.5g/10min）45.6％，氢氧化铝（粒径1.5um）35％，红磷10％，乙烯-辛烯共聚物8％，抗氧剂1010和抗氧剂168各0.1％，硬脂酸锌0.2％，色母粒1％。将上述物料加入到高速搅拌机中搅拌10min，然后将搅拌均匀的上述物料加入到长径比L/D为38:1,螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为（共六区）：150℃，160℃，170℃，170℃，175℃，180℃，主机的螺杆转速为300r/min，料斗进料螺杆的转速为28r/min，进而将物料共混熔融挤出； 上述粒条经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，即可得阻燃低发泡聚丙烯材料。取部分样品进行物理发泡和阻燃性能测试，结果见表1。
 
实施例2
按以下质量百分比组成进行配比：共聚聚丙烯（MI：7.5g/10min）48.6％，氢氧化铝（粒径1.5um）25％，红磷（微胶囊包覆红磷）15%，乙烯-辛烯共聚物10％，抗氧剂1010和抗氧剂168各0.1％，硬脂酸钙0.2％，色母粒1％。将上述物料加入到高速搅拌机中搅拌10min，然后将搅拌均匀的上述物料加入到长径比L/D为38:1,螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为（共六区）：150℃，160℃，170℃，170℃，180℃，180℃，主机的螺杆转速为300r/min，料斗进料螺杆的转速为28r/min，进而将物料共混熔融挤出； 上述粒条经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，即可得阻燃低发泡聚丙烯材料。取部分样品进行物理发泡和阻燃性能测试，结果见表1。
 
实施例3
按以下质量百分比组成进行配比：回收聚丙烯再生粒（MI：5.3g/10min）58.6％，氢氧化铝（粒径0.7um）15％，磷酸三苯酯20%，乙烯-辛烯共聚物5％，抗氧剂1010和抗氧剂168各0.1％，硬脂酸钙0.2％，色母粒1％。将上述物料加入到高速搅拌机中搅拌10min，然后将搅拌均匀的上述物料加入到长径比L/D为38:1,螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为（共六区）：150℃，160℃，170℃，170℃，180℃，180℃，主机的螺杆转速为280r/min，料斗进料螺杆的转速为27r/min，进而将物料共混熔融挤出； 上述粒条经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，即可得阻燃低发泡聚丙烯材料。取部分样品进行物理发泡和阻燃性能测试，结果见表1。
 
实施例4
按以下质量百分比组成进行配比：回收聚丙烯再生粒（MI：5.3g/10min）63.6％，氢氧化铝（粒径0.7um）20％，红磷5%，磷酸三苯酯5%，三元乙丙橡胶 5％，抗氧剂1010和抗氧剂168各0.1％，硬脂酸钙0.2％，色母粒1％。将上述物料加入到高速搅拌机中搅拌10min，然后将搅拌均匀的上述物料加入到长径比L/D为38:1,螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为（共六区）：150℃，160℃，170℃，170℃，180℃，180℃，主机的螺杆转速为280r/min，料斗进料螺杆的转速为27r/min，进而将物料共混熔融挤出；上述粒条经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，即可得阻燃低发泡聚丙烯材料。取部分样品进行物理发泡和阻燃性能测试，结果见表1。
 
实施例5
按以下质量百分比组成进行配比：均聚聚丙烯（MI：10.3g/10min）63.6％，氢氧化铝（粒径1.8um）25％，红磷5%，三元乙丙橡胶 5％，抗氧剂1010和抗氧剂168各0.1％，硬脂酸钙0.2％，色母粒1％。将上述物料加入到高速搅拌机中搅拌10min，然后将搅拌均匀的上述物料加入到长径比L/D为38:1,螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为（共六区）：150℃，160℃，170℃，170℃，180℃，180℃，主机的螺杆转速为300r/min，料斗进料螺杆的转速为27r/min，进而将物料共混熔融挤出；上述粒条经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，即可得阻燃低发泡聚丙烯材料。取部分样品进行物理发泡和阻燃性能测试，结果见表1。
 
对比例1
按以下质量百分比组成进行配比：低密度聚乙烯LDPE  63.6％，氢氧化铝（粒径1.8um）25％，红磷5%，三元乙丙橡胶 5％，抗氧剂1010和抗氧剂168各0.1％，硬脂酸钙0.2％，色母粒1％。将上述物料加入到高速搅拌机中搅拌10min，然后将搅拌均匀的上述物料加入到长径比L/D为38:1,螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为（共六区）：150℃，160℃，170℃，170℃，180℃，180℃，主机的螺杆转速为300r/min，料斗进料螺杆的转速为27r/min，进而将物料共混熔融挤出；上述粒条经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，即可得阻燃低发泡聚丙烯材料。取部分样品进行物理发泡和阻燃性能测试，结果见表1。
 
对比例2
按以下质量百分比组成进行配比：聚苯乙烯PS  63.6％，氢氧化铝（粒径1.8um）25％，红磷5%，三元乙丙橡胶 5％，抗氧剂1010和抗氧剂168各0.1％，硬脂酸钙0.2％，色母粒1％。将上述物料加入到高速搅拌机中搅拌10min，然后将搅拌均匀的上述物料加入到长径比L/D为38:1,螺杆直径为30mm的平行双螺杆挤出机的料斗中，设定挤出机从料斗到模头的各段温度分别为（共六区）：150℃，160℃，170℃，170℃，180℃，180℃，主机的螺杆转速为300r/min，料斗进料螺杆的转速为27r/min，进而将物料共混熔融挤出；上述粒条经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，即可得阻燃低发泡聚丙烯材料。取部分样品进行物理发泡和阻燃性能测试，结果见表1。
 
上述实施例中所得材料的性能指标如表1所示：
                                  表1

Claims (10)

1.一种聚丙烯材料，其特征在于由以下组分按质量百分比所组成：
聚丙烯10～90％
热分解无机物5～30％
无卤阻燃剂3～40％
热塑性弹性体1～20％
抗氧剂0.1～1％
润滑剂0.1～3％
功能助剂0～5％。
2.如权利要求1所述的聚丙烯材料，其特征在于，所述热分解无机物是一种在较低温度下可分解产生水蒸气的金属氢氧化物。
3.如权利要求2所述的聚丙烯材料，其特征在于，所述热分解无机物为氢氧化铝Al(OH)3。
4.如权利要求1所述的聚丙烯材料，其特征在于，所述无卤阻燃剂为红磷、聚磷酸铵、磷酸酯、硼酸锌中的一种或几种。
5.如权利要求1所述的聚丙烯材料，其特征在于，所述热塑性弹性体为三元乙丙橡胶、乙烯-辛烯共聚物、聚烯烃热塑性弹性体、二元乙丙橡胶、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或两种。
6.如权利要求1所述的聚丙烯材料，其特征在于，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂DLTP中的一种或几种。
7.如权利要求1所述的聚丙烯材料，其特征在于，所述润滑剂为硬脂酸钙、硬脂酸锌、硬脂酸、白油、乙撑双硬脂酰胺EBS中的一种或几种混合。
8.如权利要求1所述的聚丙烯材料，其特征在于，所述功能助剂包括抗紫外线吸收剂、色粉或色母粒。
9.权利要求1所述聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将各组分按照配比称量，然后加入到搅拌机中搅拌5～30分钟；
（3）将搅拌均匀的上述物料加入到双螺杆挤出机中，控制挤出机各加热段的温度在100～180℃之间，主机的螺杆转速为250～330r/min，料斗进料螺杆的转速为24～35r/min，进而将物料共混熔融挤出；
（4）上述粒条经过水槽冷却，风干后进入切粒机进行切粒，即可得阻燃低发泡聚丙烯材料。
10.利用权利要求1所述聚丙烯材料制备阻燃发泡制品的方法，其特征在于包括如下步骤：将阻燃低发泡聚丙烯材料经过注塑或模压成型的加工方式，控制成型温度220～230℃，即可制备不同形状的阻燃发泡制品。
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