CN104004270A - 一种低卤聚丙烯阻燃材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低卤聚丙烯阻燃材料及其制备方法，它是由均聚聚丙烯，复配型阻燃剂，润滑剂，抗氧剂和无机填料均匀混合后，经双螺杆挤出机挤出造粒得到的；其中复配型阻燃剂是由含磷阻燃剂苯基次磷酸铝、含溴阻燃剂三聚氰胺氢溴酸盐或三(2,3-二溴丙基)异三聚氰酸酯和阻燃协效剂2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷混合而成；抗氧剂是由受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168混合而成。本发明以苯基次膦酸铝为基础，与溴系阻燃剂复配，通过P-Br协同作用，用总添加量不大于2wt％的阻燃剂，获得了综合性能均衡，满足环保要求，阻燃性达到美国UL941.6mm V2，力学性能、电学性能优良的阻燃PP。

Description

一种低卤聚丙烯阻燃材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及聚丙烯(PP)阻燃领域，特别是涉及苯基次膦酸盐与溴系阻燃剂复配阻燃PP的技术领域。
背景技术
PP分子式(C3H6)n，是由丙烯配位聚合制备的一种通用型热塑性树脂。无毒、质轻、力学性能优异、电绝缘性良好、耐化学腐蚀性好。又因为它价格低廉，成型加工容易，所以广泛应用于电子电器、通讯器材、家用电器、汽车、建筑材料等领域。但PP氧指数仅为17.4，耐燃性差，容易燃烧，而且燃烧发热量大，极易产生大量熔融滴落，引发火灾。因此PP的阻燃研究就变得很重要。
对PP阻燃应用较多的一类方法就是使用氢氧化镁(MDH)或氢氧化铝(ATH)这类水合金属化合物阻燃剂。例如US5583172、WO9810432分别采用对ATH、MDH进行表面处理，来提高其阻燃效率；Park,D.H等研究了将ATH、MDH混合使用，并研究了ATH与MDH之间可能存在的协同阻燃作用，缺点是这些水合金属化合物阻燃剂的添加量大，阻燃剂与基体材料的相容性差，严重影响了树脂的加工性能以及最终的阻燃PP制品的物理和机械性能。
卤锑协同阻燃体系是PP阻燃的一种有效方法，阻燃效率较高，缺点是含卤阻燃剂会与一些受阻胺类稳定剂反应，产生毒烟，污染环境。加工过程中还会产生酸性气体腐蚀设备，增加加工难度；最后的制品还会出现起霜的问题；这都要求对卤-锑协同阻燃PP体系进行改进。
近年来还兴起了采用膨胀型阻燃剂阻燃PP的研究。膨胀型阻燃剂(IFR)由炭源、酸源和气源组成,在燃烧时酸源会放出无机酸,使炭源的多元醇酯化,进而脱水炭化,黏稠的炭化产物在气源释放的惰性气体、反应产生的水蒸气及聚合物降解产生的小分子挥发物的作用下膨胀,形成微孔结构的炭层。该炭层具有隔热、隔氧、无熔滴并使火焰自熄的作用。例如US5204392、5204393、5484830显示以APP做酸源和气源，选用二氯代季戊四醇二亚磷酸酯、脲醛树脂或密胺树脂作为成炭剂，用这种膨胀体系阻燃PP，在himont、clariant已经有产品面市。US6921783显示选用三聚氰胺磷酸酯(MP)做酸源与气源，用季戊四醇及其衍生物作为成炭剂来阻燃PP，也起到了膨胀阻燃的作用。EP1516907则显示以哌嗪多聚磷酸酯或三聚氰胺多聚磷酸酯(MPP)与多元醇及其衍生物类的成炭剂、SiO2或金属氧化物配合形成膨胀型阻燃体系阻燃PP，也取得了预期的阻燃效果。US6632442则采用MPP与季戊四醇双螺环磷酸酯(PEPA)另加少量的有机蒙脱土进行阻燃复配，添加量19wt％，0.8wt％蒙脱土就能达到阻燃PP UL-94V0.
膨胀型阻燃剂从源头上排除了卤素的加入，减少了燃烧过程中可能产生的腐蚀性毒气，适应了近年来对阻燃剂无卤化的要求；但是上面的例子中阻燃剂的添加量都是20wt％到35wt％之间，而且加工困难，制品的力学性能也受到影响，阻燃剂加入到PP中还有不耐迁移，易析出材料表面的问题，APP系列的膨胀阻燃体系还会引发吸潮问题，这都要求进一步改进膨胀型阻燃体系的配方设计甚至开发新型成炭剂。
发明内容
为了克服水合金属化合物阻燃PP以及膨胀型阻燃剂阻燃PP时添加量大，严重影响PP制品的加工性能和物理性能的缺点，以及保留卤锑协同阻燃体系因含卤阻燃剂污染环境的缺陷。本发明提供一种低卤聚丙烯阻燃材料。
为达到上述目的，本发明采取的技术方案是：
一种低卤聚丙烯阻燃材料，其特征在于，它是由均聚聚丙烯(简称均聚PP)97-99wt％，复配型阻燃剂0.8-2wt％，润滑剂0.1-0.3wt％，抗氧剂0.1-0.4wt％，无机填料0-0.3wt％，均匀混合后，经双螺杆挤出机挤出造粒得到。
所述的PP为市售PP。
所述的复配型阻燃剂主要由三种组分混合而成，主要成分是含磷阻燃剂苯基次磷酸铝(FR006)，含溴阻燃剂三聚氰胺氢溴酸盐或三(2,3-二溴丙基)异三聚氰酸酯，阻燃协效剂2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷(DMDPB)；三种成分按重量比苯基次磷酸铝：含溴阻燃剂：DMDPB＝1:0.1-2：0.05-0.25。
所述润滑剂为EBS，化学名称：亚乙基双硬脂酰胺。
所述的抗氧剂由受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168，按重量比1010：168＝1:1-1:2混合而成；1010化学名称为：四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯；168化学名称为：三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯；
所述的无机填料是二氧化钛或者氢氧化镁。
本发明的低卤聚丙烯阻燃材料制备方法是，按所述的重量百分数称取原料，将各组分在高速混合机中搅拌，混合均匀后，经双螺杆挤出机在温度区间190-220℃，螺杆转速300-400rpm条件下挤出造粒得到阻燃PP材料。
本发明公布了以苯基次膦酸铝为基础，与溴系阻燃剂复配，通过P-Br协同作用，用总添加量不大于2wt％的阻燃剂，获得了综合性能均衡，满足环保要求，阻燃性达到美国UL941.6mm V2，力学性能、电学性能优良的阻燃PP；该材料可以部分替代阻燃ABS、PC、PBT等材料。并降低阻燃剂的添加量，减少因为阻燃剂的加入对PP加工过程的影响。
具体实施方式
下面结合16个实施例对本发明作进一步描述，下面的具体实施例只是为了更好的表述本发明所采用的配方技术和加工工艺，但不限制本发明的保护范围，因此采用本专利的设计思路、改换类似的替代物来达到PP阻燃效果的实施例同样在本专利的保护范围内。
其中在下述各个实施例中，
PP树脂为ExxonMobil PP1013H1，由LyondellBasell提供，MIF(熔融指数)7.5g/10min(230℃/2.16kg,ISO1133)。
FROO6(苯基次磷酸铝)青岛富斯林化工科技有限公司制备，平均粒径(D50％)为3m，D98％的粒径小于10m。
TBC(三(2,3-二溴丙基)异三聚氰酸酯):中国山东淄博晟裕塑料有限公司，熔点(MP):105—115℃,溴含量至少65％。
MHB(三聚氰胺氢溴酸盐):由中国什邡太丰阻燃新型阻燃剂有限公司提供，白色粉末,平均粒径(D50％)为5m。
DMDPB(2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷)：由菏泽三和源化工有限公司提供。
润滑剂EBS(N,N'-乙撑双硬脂酰胺)由山一塑化有限公司提供。
抗氧剂为三(2,4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯(简称抗氧剂168)，密度1.02-1.04g/cm3，PH值5-7。
受阻酚类抗氧剂四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(简称抗氧剂1010),密度1.15，熔点110-125℃。
二氧化钛(TiO2)和氢氧化镁(MH)从中国济南金盈泰化工有限责任公司购买。
实施例1-8
实施例1-8是FR-006与MHB复配阻燃PP的阻燃效果。各原料配比见表一。实验过程通法：按所述的重量百分数称取原料，将各组分在高速混合机中搅拌，混合均匀后，经双螺杆挤出机在温度区间190-220℃，螺杆转速300-400rpm条件下挤出造粒得到阻燃PP材料。
表一
从表一数据分析可以看出：实施例1-8保持DMDPB添加量0.1wt％不变，探讨FR-006、MHB(三聚氰胺氢溴酸盐)、DMDPB(2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷)三者复配对PP的阻燃作用。因为DMDPB在PP阻燃中用作自由基引发剂，它促进PP分子链断裂，进而促进熔滴滴落；而溴则可促使熔滴不燃，达到促进滴落，达到阻燃的作用；其中实施例1：FR-006、MHB、DMDPB总添加量为1.1wt％就能达到UL－941.6mm V2级。实施例5-8分别研究了无机填料氢氧化镁(MH)与二氧化钛(TiO2)与复合阻燃剂的联用阻燃作用，结果表明无机填料添加量在0.1-0.2wt％之间，阻燃PP也能达到UL－941.6mm V2级。
实施例9-16
实施例9-16是FR-006与TBC复配阻燃PP的阻燃效果，各原料配比见表二，制备过程与表一实施例相同。
表二
从表二数据分析可以看出，实施例9-16保持DMDPB添加量0.1wt％不变，研究FR-006、三(2,3-二溴丙基)异三聚氰酸酯(TBC)、DMDPB三者复配对PP的阻燃作用。DMDPB(2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷)在PP阻燃中的作用是作为自由基引发剂的作用存在的。其中实施例15:FR-006、TBC、DMDPB总添加量为0.8wt％就能达到UL941.6mm V2级；在实施例13-14中维持TBC0.3wt％的添加量时，加入无机粒子氢氧化镁(MH),MH在0.1-0.2wt％时阻燃PP能达到UL941.6mm V2级，实施例15-16中苯基次磷酸铝(FR006)添加0.5wt％，加入0.1—0.2wt％的无机粒子TiO2，TiO2与复配型阻燃剂总添加量为1—1.2wt％时，阻燃PP达到了UL941.6mm V-2级。

Claims (2)

1.一种低卤聚丙烯阻燃材料，其特征在于，它是由均聚聚丙烯97-99wt％，复配型阻燃剂0.8-2wt％，润滑剂0.1-0.3wt％，抗氧剂0.1-0.4wt％，无机填料0-0.3wt％，均匀混合后，经双螺杆挤出机挤出造粒得到的；
所述的复配型阻燃剂是由含磷阻燃剂苯基次磷酸铝、含溴阻燃剂三聚氰胺氢溴酸盐或三(2,3-二溴丙基)异三聚氰酸酯和阻燃协效剂2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷混合而成，混合比例为：按重量比，苯基次磷酸铝：含溴阻燃剂：阻燃协效剂＝1:(0.1-2)：(0.05-0.25)；
所述润滑剂为亚乙基双硬脂酰胺；
所述的抗氧剂由受阻酚类抗氧剂1010和亚磷酸酯类抗氧剂168，按重量比1010：168＝1:1—1:2混合而成；
所述的无机填料是二氧化钛或者氢氧化镁。
2.一种如权利要求1所述的低卤聚丙烯阻燃材料的制备方法，其特征在于，按所述的重量百分数称取原料，将各组分在高速混合机中搅拌，混合均匀后，经双螺杆挤出机在温度区间190-220℃，螺杆转速300-400rpm条件下挤出造粒得到低卤聚丙烯阻燃材料。
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