CN105111583B - 一种无卤阻燃聚丙烯微发泡材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚丙烯材料及其制备方法，尤其是一种无卤阻燃聚丙烯微发泡材料及其制备方法，属于高分子材料技术领域。本发明的原料由以下重量份的组分组成：聚丙烯50‑70份，相容剂1‑5份，填充剂5‑20份，发泡剂母粒 0.5‑5份，有机硅阻燃剂2‑8份，膨胀型阻燃剂15‑25份，抗氧剂0.2‑2份。其有益效果是：采用有机硅与膨胀型阻燃剂复配协效阻燃技术，改善了膨胀型阻燃剂在复合材料加工过程中的热稳定性，采用相容剂改善了阻燃剂在聚丙烯基体中的分散和界面结合；通过采用注射微发泡技术获得了具有轻量化特征的无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，阻燃级别达到UL94‑V0级，拓宽了聚丙烯微发泡材料应用范围。此材料可用于比如电动工具、电子电器、汽车、建筑、包装、造船等领域。

Description

一种无卤阻燃聚丙烯微发泡材料及其制备方法
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种聚丙烯复合材料及其制备方法，尤其是一种无卤阻燃聚丙烯微发泡材料及其制备方法，。
背景技术
聚丙烯微发泡材料因其密度小、刚性好、耐化学腐蚀、耐温性高等优点正在成为继聚乙烯发泡、聚苯乙烯发泡材料之后的新一代发泡材料，市场需求量极大，主要应用于汽车、包装、体育器材等领域。但聚丙烯微发泡材料也有不足之处，例如，极限氧指数只有17，极易燃烧，燃烧速度快、发热量大、易熔融滴落，。这一特点限制了聚丙烯微发泡材料在电子电器、家电、汽车电器等领域应用。满足阻燃性要求，成为这些行业对聚丙烯微发泡材料提出的最直接要求。由于聚丙烯单体中没有活性基团，反应型阻燃剂对它不适用，只能采用添加型阻燃剂。而传统添加型阻燃剂是含卤阻燃剂（如十溴二苯醚），但以这类含卤阻燃剂制成的阻燃聚丙烯复合材料，通常在燃烧发挥阻燃效能的同时，会放出污染环境且对人体有害的腐蚀性气体，这种阻燃改性方法在日益注重安全和环保的今天越来越不符合人们的要求。因此，研制无卤环保型阻燃聚丙烯微发泡材料对拓宽其应用有十分重要的现实意义。
发明内容
为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明通过采用有机硅与膨胀型阻燃剂复配协效阻燃技术，提高了膨胀型阻燃剂在聚丙烯复合材料加工过程中的热稳定性，同时在复合材料体系燃烧过程中起到了有效的隔绝氧气、抑烟作用；通过采用注射微发泡技术获得了具有轻量化特征的无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，阻燃级别达到UL94-V0级，拓宽了聚丙烯微发泡材料应用范围。另外，本发明提供该材料的制备方法，工艺简单，生产成本低，效率高、易于实现工业化。
本发明通过以下技术方案解决技术问题：
一种无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，原料由以下重量份的组分组成：
聚丙烯50-70份
相容剂1-5份
填充剂5-20份
发泡剂母粒 0.5-5份
抗氧剂0.2-2份
有机硅阻燃剂2-8份
膨胀型阻燃剂15-25份。
更进一步，所述的聚丙烯的熔融指数为3-60g/10min。
更进一步，所述的相容剂马来酸酐接枝聚烯烃类共聚物，优选马来酸酐接枝聚丙烯共聚物。
更进一步，所述的填充剂为滑石粉、碳酸钙、玻璃纤维、云母中的一种。
更进一步，所述的发泡剂母粒有效成分为碳酸氢铵、碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、甲苯磺酞氨基崛、偶氮二碳酸胺中的一种。
更进一步，所述的有机硅阻燃剂为硅油、硅树脂、聚硅氧烷中的一种，优选硅树脂；
所述的膨胀型阻燃剂由碳源、酸源和气源三部分组成，酸源为磷酸三苯酯、硼酸、磷酸铵盐中的一种，炭源为淀粉、季戊四醇中的一种，气源为三聚氰胺、双氰胺中的一种，优选为聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺组合。
更进一步，所述的抗氧剂分为主抗氧剂和辅抗氧剂，按照2：3的重量比例添加，所述主抗氧剂选自受阻酚类和硫酯类抗氧剂中的一种，优选主抗氧化剂为抗氧剂1010；辅抗氧剂剂选自亚磷酸盐类和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种，优选辅抗氧化剂为抗氧剂168。
一种无卤阻燃聚丙烯微发泡材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将聚丙烯50-70份、相容剂1-5份、填充剂5-20份、抗氧剂0.2-2份、膨胀型阻燃剂15-25份放入高速混合机中混合3-6min，得到以上组分混合物；
(2)将步骤（1）中所得到的组分混合物通过主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，进行塑化；同时，将2-8份有机硅阻燃剂使用液体泵在侧喂料口注入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到无卤阻燃聚丙烯材料；
(3)将上述步骤（2）中得到的无卤阻燃聚丙烯材料95-99.5份与发泡剂母粒0.5-5份放入混合机，混合均匀；
(4)取步骤（3）所得混合物加入到注塑机中，注塑成型得到无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，注塑机料筒温度180-200℃，注射压力为30-60MPa，注射速度为50-70mm/s，冷却时间为15-35s。
更进一步，所述的步骤（2）中，双螺杆挤出机料筒温度为I区：160-170℃、II区：175-185℃、III区：175-185℃、IV区：180-185℃、V区：180-185℃、VI区：170-180℃、VII区:170-180℃、VIII区: 170-180℃、IX区165-175℃，螺杆转速300r/min。
有益效果
与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：
1、本发明通过采用有机硅与膨胀型阻燃剂复配协效阻燃技术，提高了膨胀型阻燃剂在聚丙烯复合材料加工过程中的热稳定性，同时二者在复合材料体系燃烧过程中起到了有效的隔绝氧气、抑烟作用；通过采用注射微发泡技术获得了具有轻量化特征的无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，阻燃级别达到UL94-V0级，拓宽了聚丙烯微发泡材料应用范围。本发明的产品不但可以应用于电动工具、家电外壳、汽车电子电器等；也可用于其它领域，比如建筑材料、包装材料、体育器材、造船等，应用领域广泛。
2、本发明将无卤阻燃技术与注塑微发泡技术相结合，获得了具有轻量化特征的新型无卤阻燃环保聚丙烯微发泡材料，满足了电子电器、家用电器、体育用品、建筑材料、包装材料等领域对聚丙烯微发泡材料的阻燃要求，拓展了聚丙烯微发泡材料的应用；
3、有机硅阻燃剂在赋予聚合物优异阻燃抑烟性的同时,还能改善聚合物的加工性能及提高聚合物的机械强度。采用有机硅与膨胀型阻燃剂复配协效阻燃技术，有效提高了膨胀型阻燃剂在聚丙烯复合材料加工过程中的热稳定性；二者协效作用能够让两种阻燃剂在复合材料体系燃烧过程中发挥更有效的隔绝氧气、加速成炭作用，迅速熄火；
4、本发明采用的发泡母粒，有效解决了粉状发泡剂制备发泡材料时易于飞散，影响计量精度，工作环境卫生差以及难于在树脂中均匀分散的问题。
5、本发明的制备方法工艺简单，效率高，加工周期明显缩短，显著降低生产成本，且而且适合现有设备，不需另行改进生产线路易于实现工业化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
将熔融指数为30g/10min的聚丙烯50份、马来酸酐接枝聚丙烯1份、滑石粉20份、抗氧剂1010 0.6份、抗氧剂168 0.9份、膨胀型阻燃剂25份（其中，聚磷酸铵10份；季戊四醇10份，三聚氰胺5份）放入高速混合机中混合3min，得到以上诸组分混合物；将所得到的混合物通过主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，进行塑化；同时，将2份硅油通过液体泵在侧喂料口注入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到无卤阻燃聚丙烯材料；其中，双螺杆挤出机料筒温度为I区：160℃、II区：175℃、III区：175℃、IV区：180℃、V区：180℃、VI区：170℃、VII区:170℃、VIII区: 170℃、IX区165℃，螺杆转速300r/min。将上述得到的无卤阻燃聚丙烯材料99.5份与发泡剂母粒0.5份（主要成分碳酸氢铵）放入混合机，混合后加入到注塑机中，注塑成型得到具有轻量化特征的无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，注塑机料筒温度180-200℃，注射压力为30MPa，注射速度为50mm/s，冷却时间为15s；获得具有轻量化特征的无卤阻燃聚丙烯微发泡材料。
实施例2
将熔融指数为20g/10min的聚丙烯70份、马来酸酐接枝聚乙烯2份、碳酸钙5份、抗氧剂1010 0.8份、抗氧剂168 1.2份、膨胀型阻燃剂15份（其中，磷酸三苯酯5份、淀粉5份、三聚氰胺5份）放入高速混合机中混合5min，得到以上诸组分混合物；将所得到的混合物通过主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，进行塑化；同时，将5份硅树脂使用液体泵在侧喂料口注入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到无卤阻燃聚丙烯材料；其中，双螺杆挤出机料筒温度为I区： 170℃、II区： 185℃、III区： 185℃、IV区： 185℃、V区： 185℃、VI区： 180℃、VII区: 180℃、VIII区: 180℃、IX区175℃，螺杆转速300r/min。将上述得到的无卤阻燃聚丙烯材料99份与发泡剂母粒1份（主要成分碳酸氢钠）放入混合机，混合后加入到注塑机中，注塑成型得到具有轻量化特征的无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，注塑机料筒温度180-200℃，注射压力为60MPa，注射速度为70mm/s，冷却时间为35s；获得具有轻量化特征的无卤阻燃聚丙烯微发泡材料。
实施例3
将熔融指数为3g/10min的聚丙烯55份、马来酸酐接枝聚乙烯1.8份、玻璃纤维10份、抗氧剂1010 0.08份、抗氧剂1680.12份、膨胀型阻燃剂20份（其中，聚磷酸铵10份，季戊四醇5份，双氰胺5份）放入高速混合机中混合6min，得到以上诸组分混合物；将所得到的混合物通过主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，进行塑化；同时，将8份硅树脂使用液体泵在侧喂料口注入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到无卤阻燃聚丙烯材料；其中，双螺杆挤出机料筒温度为I区：160℃、II区：175℃、III区：175℃、IV区：180℃、V区： 185℃、VI区： 180℃、VII区: 180℃、VIII区: 170℃、IX区165℃，螺杆转速300r/min。将上述得到的无卤阻燃聚丙烯材料95份与发泡剂母粒5份（主要成分偶氮二甲酰胺）放入混合机，混合后加入到注塑机中，注塑成型得到具有轻量化特征的无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，注塑机料筒温度180-200℃，注射压力为50MPa，注射速度为60mm/s，冷却时间为25s；获得具有轻量化特征的无卤阻燃聚丙烯微发泡材料。
实施例4
将熔融指数为60g/10min的聚丙烯53份、马来酸酐接枝聚丙烯5份、云母15份、抗氧剂1010 0.4份、抗氧剂168 0.6份、膨胀型阻燃剂18份（其中，硼酸10份，淀粉4份，三聚氰胺4份）放入高速混合机中混合4min，得到以上诸组分混合物；将所得到的混合物通过主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，进行塑化；同时，将5份聚硅氧烷使用液体泵在侧喂料口注入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到无卤阻燃聚丙烯材料；其中，双螺杆挤出机料筒温度为I区：170℃、II区：175℃、III区：175℃、IV区：180℃、V区：180℃、VI区： 180℃、VII区: 175℃、VIII区: 170℃、IX区170℃，螺杆转速300r/min。将上述得到的无卤阻燃聚丙烯材料97份与发泡剂母粒3份（主要成分甲苯磺酞氨基崛）放入混合机，混合后加入到注塑机中，注塑成型得到具有轻量化特征的无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，注塑机料筒温度180-200℃，注射压力为50MPa，注射速度为70mm/s，冷却时间为20s；获得具有轻量化特征的无卤阻燃聚丙烯微发泡材料。
本产品可通过普通注塑工艺实现，操作简单，实用性强。产品可用于电动工具、汽车电器、建筑材料、包装材料等行业领域。
以上所述仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，其特征在于，原料包括以下重量份的组分：
聚丙烯50-70份
相容剂1-5份
填充剂5-20份
发泡剂母粒 0.5-5份
抗氧剂0.2-2份
有机硅阻燃剂2-8份
膨胀型阻燃剂15-25份。
2.根据权利要求1所述无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述聚丙烯的熔融指数为3-60g/10min。
3.根据权利要求1所述无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述相容剂为马来酸酐接枝聚烯烃类共聚物。
4.根据权利要求1所述无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述发泡剂母粒有效成分为碳酸氢铵、碳酸氢钠、偶氮二甲酰胺、甲苯磺酞氨基崛、偶氮二碳酸胺中的一种。
5.根据权利要求1所述无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述填充剂为滑石粉、碳酸钙、玻璃纤维、云母中的一种。
6.根据权利要求1所述无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述有机硅阻燃剂为硅油、硅树脂、聚硅氧烷中的一种；
所述膨胀型阻燃剂由碳源、酸源和气源三部分组成，酸源为磷酸三苯酯、硼酸、磷酸铵盐中的一种，炭源为淀粉、季戊四醇中的一种，气源为三聚氰胺、双氰胺中的一种。
7.根据权利要求6所述无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述有机硅阻燃剂为硅树脂；所述膨胀型阻燃剂由聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺组成。
8.根据权利要求1所述无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，其特征在于：所述抗氧剂分为主抗氧剂和辅抗氧剂，按照2：3的重量比例添加，所述主抗氧剂选自受阻酚类和硫酯类抗氧剂中的一种，所述辅抗氧剂剂选自亚磷酸盐类和亚磷酸酯类抗氧剂中的一种。
9.根据权利要求1-8任一项所述无卤阻燃聚丙烯微发泡材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将聚丙烯50-70份、相容剂1-5份、填充剂5-20份、抗氧剂0.2-2份、膨胀型阻燃剂15-25份放入高速混合机中混合3-6min，得到以上组分混合物；
（2）将步骤（1）中所得到的组分混合物通过主喂料料斗加入到双螺杆挤出机中，进行塑化；同时，将2-8份有机硅阻燃剂使用液体泵在侧喂料口注入双螺杆挤出机中，挤出造粒，得到无卤阻燃聚丙烯材料；
（3）将上述步骤（2）中得到的无卤阻燃聚丙烯材料95-99.5份与发泡剂母粒0.5-5份放入混合机，混合均匀；
（4）取步骤（3）所得混合物加入到注塑机中，注塑成型得到无卤阻燃聚丙烯微发泡材料，注塑机料筒温度180-200℃，注射压力为30-60MPa，注射速度为50-70mm/s，冷却时间为15-35s。
10.根据权利要求9所述无卤阻燃聚丙烯微发泡材料的制备方法，其特征在于：所述步骤（2）中，双螺杆挤出机料筒温度条件为I区：160-170℃、II区：175-185℃、III区：175-185℃、IV区：180-185℃、V区：180-185℃、VI区：170-180℃、VII区: 170-180℃、VIII区: 170-180℃、IX区165-175℃，螺杆转速300r/min。
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