CN102367317A - 一种阻燃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聚丙烯材料及其制备方法。阻燃聚丙烯材料按重量百分比由以下组分组成：PP树脂50-60％；阻燃剂20-30％；填料10-30％；耐刮擦剂0.2-5％；抗氧剂0.1-0.5％；润滑剂0.5-1.0％；其中，所述的PP树脂为均聚PP；所述的阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑复配；所述的耐刮擦剂为硅酮和硅氧烷复配；润滑剂是硬脂酸盐类润滑剂。本发明阻燃聚丙烯材料表面耐刮擦性能好，机械性能优良且环保阻燃，能够满足家用电器和电子仪表对阻燃和耐刮擦性能的要求。

Description

一种阻燃聚丙烯材料及其制备方法
[技术领域]
本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种阻燃聚丙烯材料及其制备方法。
[背景技术]
聚丙烯(PP)是五大通用塑料之一，密度0.90g/cm3，是现有树脂第二轻的高分子材料(仅大于聚甲基戊烯，密度0.85g/cm3)。因其具有性能好、比重小、易于成型加工等特点，而广泛应用于汽车工业、家用电器、电子仪表工业、纺织工业中。
然而，由于PP树脂的极限氧指数很低，只有18，属于易燃材料，无法满足特定材料防火领域的使用要求，使其在应用于家用电器、电子仪表等领域时受到一定程度的限制。随着人们环保意识的不断增加，还要求PP材料能达到环保阻燃。而各种家用电器和电子仪表用阻燃聚丙烯的耐刮擦性能较差，解决PP材料的阻燃及耐刮擦性能是PP改性的主要发展方向之一。
[发明内容]
本发明要解决的技术问题是提供一种耐刮擦性能优良的阻燃聚丙烯材料和制备方法，以满足家用电器和电子仪表零件对阻燃聚丙烯材料耐刮擦性能的要求。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种阻燃聚丙烯材料，按重量百分比由以下组分组成：
PP树脂        50-60％；
阻燃剂        20-30％；
填料        10-30％；
耐刮擦剂    0.2-5％；
抗氧剂      0.1-0.5％；
润滑剂      0.5-1.0％；
其中，所述的PP树脂为共聚PP；所述的阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑复配；所述的耐刮擦剂为硅酮和硅氧烷复配；润滑剂是硬脂酸盐类润滑剂。
所述的阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑按重量比3∶1至4∶1复配而成。
所述的耐刮擦剂为硅酮和硅氧烷按重量比1∶1至2∶1复配而成。
所述的硅氧烷为双官能团的梳型结构的反应型高聚硅氧烷。
所述的填料为滑石粉、碳酸钙、玻璃纤维中的一种或多种。
所述的抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂按重量比2∶1复配而成。
所述的硬脂酸盐类润滑剂为硬脂酸锌和/或硬脂酸钙。
以上所述阻燃聚丙烯材料，按重量百分比最好由以下组分组成：
PP树脂             53-54％；
十溴二苯乙烷       16-18％；
三氧化二锑         4.5-5.5％；
填料               15-25％；
硅酮               1.5-2％；
硅氧烷             0.8-1.2％；
抗氧剂             0.1-0.5％；
润滑剂                    0.5-1.0％。
以上所述阻燃聚丙烯材料制备方法的技术方案，包括以下步骤：
(1)按上述的重量百分比称取原料；
(2)按重量百分比称取原料，将PP树脂、阻燃剂、耐刮擦剂、填料、抗氧剂、润滑剂在高速混合机中混合3-5分钟；
(3)将混好的物料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒。
以上所述的制备方法，平行双螺杆挤出机的挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
本发明阻燃聚丙烯材料表面耐刮擦性能好，机械性能优良且环保阻燃，能够满足家用电器和电子仪表对阻燃和耐刮擦性能的要求。
[具体实施方式]
下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明：
在以下实施例中，PP树脂为中石化K9928，属于高抗冲的共聚树脂；阻燃剂选用山东海王的十溴二苯乙烷和辰州的三氧化二锑；抗氧剂优选为受阻酚与亚磷酸酯类抗氧剂的复配，在一定的湿度和氧的条件下辐照，酚类抗氧剂会发生偶合反应产生具有共轭双键结构的醌类物质，这类物质受光照后的分解的产物可吸收可见光中的长波部分而显黄色，因此往往选用一些具有空间阻碍的酚类化合物，受阻酚类氧化剂可以为四[甲基-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)，亚磷酸酯类氧化剂可以为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯(抗氧剂168)，受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂按重量比1∶2复配。耐刮擦剂为硅酮和反应型高聚硅氧烷复配而成。反应型高聚硅氧烷为双官能团的梳型结构，在塑料挤出的过程中，由于高温诱发其与塑料表面的活性集团交联，不会迁移到制品表面，并且由于充分分散，其聚硅氧烷的耐刮擦性能也能达到充分发挥，反应型高聚硅氧烷选用江西海多化工有限公司的DH-40。。虽然在以下实施例中的填料仅以滑石粉为例，但在实际应用中，填料可以是滑石粉、碳酸钙、玻璃纤维中的一种或多种。
实施例1
按重量百分比将PP树脂57％，十溴二苯乙烷15％，三氧化二锑5％，硅酮1％，反应型高聚硅氧烷1％，滑石粉20％，抗氧剂0.3％、润滑剂0.7％，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例2
按重量百分比将PP树脂56％，十溴二苯乙烷16％，三氧化二锑5％，硅酮1％，反应型高聚硅氧烷1％，滑石粉20％，抗氧剂0.3％、润滑剂0.7％，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例3
按重量百分比将PP树脂55％，十溴二苯乙烷17％，三氧化二锑5％，硅酮1％，反应型高聚硅氧烷1％，滑石粉20％，抗氧剂0.3％、润滑剂0.7，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例4
按重量百分比将PP树脂56％，十溴二苯乙烷15％，三氧化二锑5％，硅酮物2％，反应型高聚硅氧烷1％，滑石粉20％，抗氧剂0.3％、润滑剂0.7％，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例5
按重量百分比将PP树脂55％，十溴二苯乙烷16％，三氧化二锑5％，硅酮2％，反应型高聚硅氧烷1％，滑石粉20％，抗氧剂0.3％、润滑剂0.7％，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
实施例6
按重量百分比将PP树脂54％，十溴二苯乙烷17％，三氧化二锑5％，硅酮2％，硅反应型高聚硅氧烷1％，滑石粉20％，抗氧剂0.3％、润滑剂0.7％，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
对比例1
按重量百分比将PP树脂56％，十溴二苯乙烷18％，三氧化二锑5％，滑石粉20％，抗氧剂0.3％、润滑剂0.7％，在高速混合机中混合3-5分钟，高速混合机转速为800转/分；然后将混好的原料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒，其挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
将按上述方法完成造粒的粒子材料事先在80-90℃的烘箱下干燥2小时，然后将干燥好的粒子材料在注塑成型机上注塑出标准测试样条。
拉伸强度按ASTM D-638标准进行检验。试样类型为I型，样条尺寸(mm)：(176±2)(长)×(12.6±0.2)(端部宽度)×(3.05±0.2)(厚度)，拉伸速度为50mm/min；
弯曲强度和弯曲模量按ASTM D-790标准进行检验。试样类型为试样尺寸(mm)：(128±2)×(12.67±0.2)×(3.11±0.2)，弯曲速度为20mm/min；
悬臂梁缺口冲击强度按ASTM D-256标准进行检验。试样类型为I型，试样尺寸(mm)：(63±2)×(12.45±0.2)×(3.1±0.2)；缺口类型为A类，缺口剩余厚度为1.9mm；
阻燃性测试按UL-94标准进行检验，试样尺寸为(128±2)×(12.67±0.2)×(3.11±0.2)(1/8in)和(128±2)×(12.67±0.2)×(1.62±0.2)(1/16in)；
耐刮擦试验按PV3952进行检验，负荷为10N，通过测定刮擦试样表面的ΔL值(即黑白颜色的变化标志)来评判其耐刮擦性能，ΔL的数值越小，表示材料的耐刮擦性能越好。
材料的综合性能通过测试所得的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、弯曲模量、IZOD缺口冲击强度、阻燃性能和耐刮擦性能进行评判。
表(一)：对比例1和实施例1-6的配方及材料物性表
Figure BDA0000071138990000071
从表(一)中可以看出，在抗氧剂、润滑剂和填料相同的情况下，保持耐刮擦剂的配比(硅酮∶硅氧烷＝1∶1)不变，材料的阻燃性能随着十溴二苯乙烷的增加由V1到V0，而在相同阻燃剂的用量下，耐刮擦剂的配比由1∶1变化为2∶1，材料阻燃性能不变，ΔL减小，耐刮擦性能提高，综合考虑材料阻燃性能、耐刮擦性能和成本，实施例6是家用电器和电子仪表用材料的最佳选择。

Claims (10)

1.一种阻燃聚丙烯材料，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：
PP树脂             50-60％；
阻燃剂             20-30％；
填料               10-30％；
耐刮擦剂           0.2-5％；
抗氧剂             0.1-0.5％；
润滑剂             0.5-1.0％；
其中，所述的PP树脂为共聚PP；所述的阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑复配；所述的耐刮擦剂为硅酮和硅氧烷复配；润滑剂是硬脂酸盐类润滑剂。
2.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述的阻燃剂为十溴二苯乙烷和三氧化二锑按重量比3∶1至4∶1复配而成。
3.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述的耐刮擦剂为硅酮和硅氧烷按重量比1∶1至2∶1复配而成。
4.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述的硅氧烷为双官能团的梳型结构的反应型高聚硅氧烷。
5.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述的填料为滑石粉、碳酸钙、玻璃纤维中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述的抗氧剂为亚磷酸酯类抗氧剂和受阻酚类抗氧剂按重量比2∶1复配而成。
7.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于，所述的硬脂酸盐类润滑剂为硬脂酸锌和/或硬脂酸钙。
8.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于，按重量百分比由以下组分组成：
PP树脂             53-54％；
十溴二苯乙烷       16-18％；
三氧化二锑         4.5-5.5％；
填料               15-25％；
硅酮               1.5-2％；
硅氧烷             0.8-1.2％；
抗氧剂             0.1-0.5％；
润滑剂             0.5-1.0％。
9.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按权利要求1所述的重量百分比称取原料；
(2)按重量百分比称取原料，将PP树脂、阻燃剂、耐刮擦剂、填料、抗氧剂、润滑剂在高速混合机中混合3-5分钟；
(3)将混好的物料置于平行双螺杆挤出机中经熔融挤、造粒。
10.根据权利要求9所述的阻燃聚丙烯材料的制备方法，其特征在于，平行双螺杆挤出机的挤出工艺为：一区170-180℃、二区180-190℃、三区180-190℃、四区175-185℃，螺杆转速350-400r/min，喂料频率20-25Hz，熔体压力3.0-4.0MPa，真空度-0.03～-0.06MPa。
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