CN108102213B - 一种阻燃聚丙烯组合物及其制备方法和应用 - Google Patents

一种阻燃聚丙烯组合物及其制备方法和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种阻燃聚丙烯组合物及其制备方法和应用，包括组分：聚丙烯树脂60份‑80份；环保溴系阻燃剂10份‑25份；阻燃协效剂2份‑10份；热稳定改性剂2份‑10份；其中，所述阻燃协效剂为锑系阻燃协效剂和无机粉体的复配物，基于阻燃协效剂的总重量，锑系阻燃协效剂的重量百分含量为45‑55%。本发明通过在阻燃聚丙烯组合物中添加热稳定改性剂和阻燃协效剂，二者协效作用，制备得到的阻燃聚丙烯组合物不仅热稳定性显著提高，而且还保留了良好的流动性，可广泛应用于蓄电池、电源、排插、灯饰、电饭煲、电磁炉等多种需要阻燃耐热的制件及产品。

Description

一种阻燃聚丙烯组合物及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种阻燃聚丙烯组合物及其制备方法和应用。
背景技术
众所周知，聚丙烯因其氧指数仅仅只有17%-18%，属于易燃物质，在很多小家电领域的使用上阻燃性能是其应用的前提。但是对于某些长期受热的、结构复杂的产品，例如：电饭煲、马桶盖、微波炉、插线板、电磁炉等电器外壳或零部件，除了要求材料具有阻燃性能的同时，还要求材料具有高流动性和高耐热性。
聚丙烯的阻燃改性主要通过在聚丙烯树脂中加入阻燃剂使其在燃烧过程中发生特定的物理化学反应达到阻燃的目的。适用于聚丙烯的阻燃剂主要有溴系阻燃系列和无卤阻燃系列。溴系阻燃系列主要包含八溴醚、八溴S醚、十溴二苯乙烷、溴代三嗪、聚丙烯酸五溴卞酯、溴化环氧、溴化聚苯乙烯等。其中八溴类阻燃剂，主要是指八溴醚和八溴S醚，因其高效阻燃性能广泛应用于聚丙烯阻燃产品中，一般可以满足UL94标准样品为127mm×12.7mm×1.6mm 的V-0等级标准。因此，需要这样的一款材料，样条127mm×12.7mm×0.6mm参照UL94的测试方法检测达到V-0等级的阻燃效果，来满足市场需求。但是由于八溴类阻燃剂自身分解温度较低，在加工过程中，分子结构上的溴原子易与邻近的氢原子发射溴化氢消除反应，并进一步催化其他碳溴键的断裂，导致八溴类阻燃剂的热稳定性降低，使得添加八溴类阻燃剂的聚丙烯材料在加工过程中容易过热降解变色，严重限制了其在需要一定耐热性的领域的应用。
为了提高八溴类阻燃聚丙烯材料的热稳定性，专利CN100398503C公开了通过在八溴醚的制备过程中加入离子型乳化剂、非离子型乳化剂或两性表面活性剂、及山梨醇糖、异氰脲酸缩水甘油酯、1,4-丁二醇双(β-氨基丁烯酸)酯来提高八溴醚的热分解温度。合肥工业大学学报第32卷第6期第837-840页报道了一种采用氨基树脂预聚物包覆处理八溴醚的方法来提高八溴醚的热分解温度，包覆后八溴醚的初始分解温度由160℃提高到了240℃以上。专利CN102250382A公开了一种通过添加特定比例的硬脂酸锌/硬脂酸钡或硬脂酸锌/硬脂酸钙复合热稳定助剂，特定用量和特定比例的复合抗氧剂，以及特定品种的偶联剂来提高八溴醚热稳定性的方法。
上述方法对于提高八溴醚阻燃剂的热稳定性方面均有不同程度的效果，但工艺复杂且成本较高。
发明内容
为了解决上述阻燃聚丙烯组合物热稳定性差的问题，本发明的目的在于提供一种阻燃聚丙烯组合物，阻燃聚丙烯组合物不仅热稳定性显著提高，而且还保留了良好的流动性。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种阻燃聚丙烯组合物，按重量份数计，包括以下组分：
聚丙烯树脂 60份-80份；
环保溴系阻燃剂 10份-25份；
阻燃协效剂 2份-10份；
热稳定改性剂 2份-10份；
复合抗氧剂 0.1份-2份；
其中，所述阻燃协效剂为锑系阻燃协效剂和无机粉体的复配物，基于阻燃协效剂的总重量，
锑系阻燃协效剂的重量百分含量为45-55%。由于锑系阻燃协效剂会加速环保溴系阻燃剂的分解，降低其热分解温度，本发明将锑系阻燃协效剂和其他无机粉体复配组成阻燃协效体系，由于三氧化二锑含量将对降低，故对耐热性的损伤降低，同时也可保证达到阻燃要求的协效效率。
所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯。
所述锑系阻燃协效剂为三氧化二锑、锑酸钠、磷酸锑或亚磷酸锑中的一种或几种的混合物。
所述无机粉体为蒙脱土、硅灰石、碳酸钙、二氧化硅、玻璃微珠、碳纳米管或石墨烯中的
一种或几种的混合物。
所述环保溴系阻燃剂为八溴醚、八溴S醚、聚丙烯酸五溴卞酯、十溴二苯乙烷或溴代三嗪中的一种或几种的混合物。
所述热稳定改性剂为钙锌类热稳定剂、钡锌类热稳定剂或有机锡类热稳定剂中的一种或几种的混合物，优选有机锡类热稳定剂与钡锌类热稳定剂按重量比为1:1的复配物。
所述复合抗氧剂为阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂按重量比1:5-5:1的复配物。
根据实际性能需要，本发明上述的阻燃聚丙烯组合物，按重量份数计，还包括0.1-1份润滑剂，所述润滑剂为硬脂酰胺类润滑剂、酯类润滑剂或白矿油中的一种或几种的混合物。。
本发明还提供了上述的阻燃聚丙烯组合物的制备方法，包括如下步骤：
(a)将各组分原料按配比在高速混合机中充分混合5-30分钟；
(b)将上述混合物输送到双螺杆挤出机中，挤出机的各段螺杆温度控制在160-220℃之间，喂料转速为100-600转/分钟，双螺杆挤出机的螺杆长径比为25-40，螺杆转速为200-600转/分钟，在螺杆的剪切、混料和输送下，物料得以充分熔融、塑化、共混，再经过挤出造粒，干燥得到阻燃聚丙烯组合物。
本发明还提供了上述的阻燃聚丙烯组合物在电源、排插、卫浴、蓄电池、灯饰、电饭煲或电磁炉中的应用。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明通过在阻燃聚丙烯组合物中添加阻燃协效剂，并采用热稳定改性剂和复合抗氧剂联用，制备得到的阻燃聚丙烯组合物不仅热稳定性显著提高，而且还保留了良好的流动性，可广泛应用于蓄电池、电源、排插、灯饰、电饭煲、电磁炉等多种需要阻燃耐热的制件及产品。
（2）本发明采用简单共混的方法即可制备得到高流动性、高热稳定性的阻燃聚丙烯组合物，避免了现有技术提到的先制备较高热稳定性的八溴类阻燃剂，再利用其制备阻燃聚丙烯材料的复杂的工艺和方法，简化了制备流程，具有制备效率高、操作简单等特点。
具体实施方式
下面给出实施例以对本发明进行具体的描述，但不限于此。
现对实施例及对比例所用的原材料做如下说明，但不限于这些材料：
聚丙烯树脂：中海壳牌型号为PP HP500N的均聚聚丙烯；
环保溴系阻燃剂：连云港海水化工的八溴醚，丹霞化工的八溴S醚；泰州百力化学有限公司的十溴二苯乙烷，以色列化工的溴代三嗪；
锑系协阻燃效剂：常德辰州锑品有限责任公司的三氧化二锑，深圳京桥科技有限公司的磷酸锑和亚磷酸锑；
无机粉体：江西伟普科技有限公司的蒙脱土，大连毅达精细矿物有限公司的硅灰石，东莞梅立泰化工有限公司的碳酸钙，广州卓钒化工有限公司的二氧化硅，3M（中国）有限公司的玻璃微珠，深圳市特力新材科技有限公司的碳纳米管，苏州碳丰石墨烯科技有限公司的石墨烯；
热稳定改性剂：湖北犇星化工有限责任公司的有机锡类热稳定剂，艾迪科上海贸易有限公司的钡锌类热稳定剂；
润滑剂：硬脂酰胺类润滑剂；
复合抗氧剂：气巴精化的阻酚类主抗氧剂168和亚磷酸酯类辅抗氧剂1010按质量比为1：2-1：4的复配物。
性能测试方法：
熔融指数：采用塑料融体流动速率测试仪，测试温度为230℃，砝码重量为2.16kg。
初始分解温度：采用热失重分析仪，测试温度范围为30-700℃，升温速率为10℃/min，取5wt%热失重所对应的温度为初始分解温度。
实施例1-8和对比例1-5：
按表1所示重量份数称取组分，将各组分原料按配比在高速混合机中充分混合5-30分钟；将上述混合物输送到双螺杆挤出机中，挤出机的各段螺杆温度控制在160-220℃之间，喂料转速为100-600转/分钟，双螺杆挤出机的螺杆长径比为25-40，螺杆转速为200-600转/分钟，在螺杆的剪切、混料和输送下，物料得以充分熔融、塑化、共混，再经过挤出造粒，干燥得到阻燃聚丙烯组合物。按标准制成相应的测试样条，并测定其性能，具体数值列于表1。
表1 阻燃聚丙烯复合物组成及性能
Figure DEST_PATH_IMAGE001
由各实施例与对比例的测试结果可以看出，本发明通过在阻燃聚丙烯组合物中添加特定复配的阻燃协效剂，并通过热稳定改性剂和复合抗氧剂的联用，制备得到的阻燃聚丙烯组合物不仅热稳定性显著提高，而且还保留了良好的流动性。

Claims (8)

1.一种阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，按重量份数计，包括以下组分：
聚丙烯树脂 60份-80份；
环保溴系阻燃剂 10份-25份；
阻燃协效剂 2份-10份；
热稳定改性剂 2份-10份；
复合抗氧剂 0.1份-2份；
其中，所述阻燃协效剂为锑系阻燃协效剂和无机粉体的复配物，基于阻燃协效剂的总重量，锑系阻燃协效剂的重量百分含量为45-55%；
所述无机粉体为蒙脱土、二氧化硅、玻璃微珠、碳纳米管或石墨烯中至少四种的混合物；
所述热稳定改性剂为钙锌类热稳定剂、钡锌类热稳定剂或有机锡类热稳定剂中的一种或几种的混合物；
所述复合抗氧剂为阻酚类主抗氧剂和亚磷酸酯类辅抗氧剂按重量比1:5-5:1的复配物。
2.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，所述聚丙烯树脂为均聚聚丙烯。
3.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，所述锑系阻燃协效剂为三氧化二锑、锑酸钠、磷酸锑或亚磷酸锑中的一种或几种的混合物。
4.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，所述环保溴系阻燃剂为八溴醚、八溴S醚、聚丙烯酸五溴卞酯、十溴二苯乙烷或溴代三嗪中的一种或几种的混合物。
5.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，所述热稳定改性剂为有机锡类热稳定剂和钡锌类热稳定剂按重量比为1:1的复配物。
6.根据权利要求1-5任一项所述的阻燃聚丙烯组合物，其特征在于，按重量份数计，还包括0.1-1份润滑剂，所述润滑剂为硬脂酰胺类润滑剂、酯类润滑剂或白矿油中的一种或几种的混合物。
7.根据权利要求1-6任一项所述的阻燃聚丙烯组合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)将各组分原料按配比在高速混合机中充分混合5-30分钟；
(b)将上述混合物输送到双螺杆挤出机中，挤出机的各段螺杆温度控制在160-220℃之间，喂料转速为100-600转/分钟，双螺杆挤出机的螺杆长径比为25-40，螺杆转速为200-600转/分钟，在螺杆的剪切、混料和输送下，物料得以充分熔融、塑化、共混，再经过挤出造粒，干燥得到阻燃聚丙烯组合物。
8.根据权利要求1-6任一项所述的阻燃聚丙烯组合物在电源、排插、卫浴、蓄电池、灯饰、电饭煲或电磁炉中的应用。
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