一种阻燃增强型聚丙烯复合材料及其制备方法技术

一种阻燃增强型聚丙烯复合材料及其制备方法，由聚丙烯基体、碳纳米管改性母粒、钛酸钾晶须、复配阻燃剂、改性填料、相容剂和抗氧化剂制成，其中所述的碳纳米管改性母粒由重量比为10‑15:1的聚丙烯基体和多壁碳纳米管混熔而成，所述的复配阻燃剂为氮磷复配型阻燃剂，氮磷阻燃剂与多壁碳纳米管相互作用使聚丙烯复合材料的燃烧分解产物生成致密连续稳定的炭层，再者为充分将多壁碳纳米管在聚丙烯基体中分散，对多壁碳纳米管采用两次机械熔融共混，本发明专利技术操作工艺简单，添加的填料均不会对环境造成污染，具有环保性。

Flame retardant reinforced polypropylene composite material and preparation method thereof

Flame retardant reinforced polypropylene composite material and preparation method thereof, composed of polypropylene matrix, carbon nanotube modified masterbatch, potassium titanate whisker, composite flame retardant, modified filler, compatibilizer and antioxidant material, wherein the carbon nanotubes modified masterbatch by weight ratio of polypropylene matrix 10 15:1 and multi walled carbon nanotubes mixed melting into the flame retardants for nitrogen and phosphorus compound flame retardant, nitrogen and phosphorus flame retardant and multi walled carbon nanotubes interaction with polypropylene composite combustion decomposition product of dense carbon layer is continuous and stable, then the full multi wall carbon nanotubes dispersed in the PP matrix, on the wall carbon nanotubes with two mechanical blending, the invention has the advantages of simple operation process, adding filler does not pollute the environment, has the advantages of environmental protection.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于聚合物复合材料领域，具体说的是一种阻燃增强型聚丙烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚丙烯作为通用型热塑性塑料，由丙烯单体聚合而成，因其具有密度小、易加工、无毒，有良好的机械性能、耐疲劳屈服性和耐应力龟裂性，并且可以回收再次利用，因而在汽车工业、电器工业、日用品及包装工业等方面具有广泛的应用。但是聚丙烯收缩率大、表面易划伤、易老化、遇火易燃烧，燃烧过程带火焰低落并释放出大量黑烟，并且其分子链含有甲基，增大了整个分子链刚性，降低其冲击性能，从而限制了聚丙烯材料在特殊领域的用途，因此为扩大聚丙烯材料的使用领域范围，需要对聚丙烯进行改性处理。目前对聚丙烯的改性研究已经做了大量工作，如申请号为201310596578.3，名称为一种增强改性聚丙烯材料；申请号为201310342693.8，名称为阻燃增强聚苯醚/聚丙烯合金材料及其制备方法；申请号为201510664437.X，名称为无卤阻燃长玻纤增强聚丙烯复合材料；申请号为201510354325.4，名称为一种木粉和多壁碳纳米管增强聚丙烯树脂及其制备方法等，通过以上研究发现聚丙烯的复合材料的阻燃和增强同时得到提升效率不高，这主要是因为使聚丙烯复合材料达到规定的阻燃效果必须添加一定量的阻燃剂，而一定量阻燃剂的添加又会降低复合材料的力学性能，阻燃性能和力学性能的提升相互矛盾，给阻燃和增强双功能聚丙烯复合材料的研究带来一定的难度。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中聚丙烯复合材料阻燃和增强效率低，或者不能同时兼具阻燃和增强双功能特性的问题，提供一种通过改性填料、碳纳米管、添加剂和阻燃剂的复配协同作用，进而提出一种阻燃增强型聚丙烯复合材料及其制备方法。本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案为：一种阻燃增强型聚丙烯复合材料，由聚丙烯基体、碳纳米管改性母粒、钛酸钾晶须、复配阻燃剂、改性填料、相容剂和抗氧化剂制成，按重量比，聚丙烯基体50-65份、碳纳米管改性母粒15-20份、钛酸钾晶须8-12份、复配阻燃剂10-16份、改性填料10-15份、相容剂3-5份和抗氧化剂1-2份；所述的改性填料由重量比5:2的改性玻璃纤维和改性纳米二氧化硅混合而成；所述的复配阻燃剂为氮磷复配型阻燃剂，粒径为5-10微米；所述的碳纳米管改性母粒由重量比为10-15:1的聚丙烯基体和多壁碳纳米管混熔而成，混熔前多壁碳纳米管经过其重量10-15％表面改性剂混合处理，所述的表面改性剂由KH550和DOPO按照重量比1-2:5-6的比例混合而成；所述改性纳米二氧化硅为市售纳米二氧化硅与其重量3-4％的表面处理剂混合得到，所述表面处理剂由氢氧化钡、氯化钠和KH550按照重量比3-4:1-2:30的比例混合而成，所述改性玻璃纤维为长度3mm-5mm市售玻璃纤维与KH560、钛酸酯偶联剂、玻璃粉按照重量比100:3:2:8-10混合而成。所述的氮磷复配型阻燃剂，其中氮含量为18-20％,磷含量为27-30％。所述的改性填料中还加入有1-3份炭黑。上述阻燃增强型聚丙烯复合材料的制备方法，首先按照上述比例称取原料并对原料进行改性处理，然后制备碳纳米管改性母粒，最后将碳纳米管改性母粒与聚丙烯基体与其他原料按比例进行熔融混合制得产品，其特征在于：所述对原料进行处理是指市售纳米二氧化硅与其重量3-4％的表面处理剂混合得到，所述表面处理剂由氢氧化钡、氯化钠和KH550按照重量比3-4:1-2:30的比例混合而成；长度3mm-5mm市售玻璃纤维与KH560、钛酸酯偶联剂、玻璃粉按照重量比100:3:2:8-10混合而成改性玻璃纤维。所述碳纳米管改性母粒制备，首先对多壁碳纳米管进行改性，其步骤为：(1)称取的多壁碳纳米管放入烧杯中，然后加入100ml体积比为2:1的浓硫酸和浓硝酸混合酸浸泡24h，浸泡结束后用去离子水洗涤过滤，再连续洗涤至中性，烘干备用；(2)将DOPO烘干并研磨，然后将其与KH560按照重量比1:1于油浴180℃进行混合搅拌，搅拌速度600-800r/min，搅拌6h，然后用去离子水洗涤3-5次，再加入适量去离子水于50℃水浴下水解1-1.5h，最后将水解产物抽滤，并干燥，备用；(3)将(2)中的产物用无水乙醇溶解，配制成质量分数为10-15％的乙醇溶液，然后按照上述比例加入多壁碳纳米管，超声30min，然后与80℃条件下反应4-4.5h，最后将反应产物用无水乙醇洗涤数次，抽滤并烘干，得到接枝改性的多壁碳纳米管；然后将接枝改性过的多壁碳纳米管与聚丙烯基体按上述比例加入造粒机中造粒，造粒机机筒温度：一区160-170℃、二区170-175℃、三区175-180℃、四区180-185℃，模具温度为190℃。按上述比例，首先将聚丙烯基体、碳纳米管改性母粒、钛酸钾晶须、复配阻燃剂、改性填料、相容剂和抗氧化剂加入混料机中，混合0.5h，然后将混合均匀的混合料加入双螺杆挤出机，螺杆转速为40～50r/min，挤出机机筒内温度设置为：一区155-160℃、二区165-170℃、三区175-180℃、四区180-185℃，混合料经挤出机挤出，制得阻燃增强型聚丙烯复合材料。所述的混料过程中，在混料机中还加入1-3份羟基硅油。本专利技术中，所述的多壁碳纳米管外径30-50nm，内径5-12nm，长度0.5-2μm；所述的钛酸钾晶须为四钛酸钾晶须或六钛酸钾晶须平均长度10-20μm；所述的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯接枝率为0.8-1.2％；所述的抗氧化剂为亚磷酸类抗氧化剂。本专利技术中在对制得阻燃增强型聚丙烯复合材料燃烧过程中，多壁碳纳米管可以在聚丙烯基体中相互穿插桥连成三维网络结构，使复合材料在燃烧时呈现“类固体”行为，该网络结构的存在一方面能一直聚合物分子链的热运动，提高复合体系粘度；再者能有效地阻止聚合物讲解形成的可燃性气体的逸出以及外界热量和氧气的进入，从而有效的保护基体，通过实验发现：氮磷复配型阻燃剂中氮含量为18-20％,磷含量为27-30％时，燃烧时多壁碳纳米管与复配阻燃剂相互作用使聚合物的分解产物生成的炭层致密，并且炭层骨架强度更大。现有技术中也有将碳纳米管与阻燃剂混合对复合材料进行阻燃，但是在复合材料内部阻燃剂和多壁碳纳米管有一定的间隔距离，二者之间的协同阻燃作用不能充分发挥，本专利技术中直接将DOPO阻燃剂接枝到多壁碳纳米管，燃烧过程中阻燃剂与多壁碳纳米管直接相互作用；再者，复合材料表面的多壁碳纳米管和填料在燃烧初期对氮磷复配阻燃剂具有一定的催化作用，使阻燃剂提前分解对复合材料进行保护，在燃烧过程中由于多壁碳纳米管和填料作用提高了复合材料的导热速度，使表面的热量快速传递到内部，降低材料表层热量延缓表层聚合物的分解，对复合材料整体的阻燃性能是有利的。填料和多壁碳纳米管经过改性，改善了它们与聚合物基体的相容性，大尺寸的玻璃纤维、中尺寸的多壁碳纳米管和晶须与小尺寸的纳米粒子在聚合物内部形成三维立体网状结构，在复合材料受到外界应力时，应力通过三维网路快速传递到复合材料内部并被玻璃纤维、多壁碳纳米管、晶须和纳米粒子等填充料吸收，再者多壁碳纳米管、晶须和小尺寸纳米粒子可以提高聚丙烯的结晶度，进一步提高复合材料的综合力学性能。本专利技术中对多壁碳纳米管进行接枝改性处理，其在复合材料中分散性有所提高，为进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻燃增强型聚丙烯复合材料，其特征在于：由聚丙烯基体、碳纳米管改性母粒、钛酸钾晶须、复配阻燃剂、改性填料、相容剂和抗氧化剂制成，按重量比，聚丙烯基体50‑65份、碳纳米管改性母粒15‑20份、钛酸钾晶须8‑12份、复配阻燃剂10‑16份、改性填料10‑15份、相容剂3‑5份和抗氧化剂1‑2份；所述的改性填料由重量比5:2的改性玻璃纤维和改性纳米二氧化硅混合而成；所述的复配阻燃剂为氮磷复配型阻燃剂，粒径为5‑10微米；所述的碳纳米管改性母粒由重量比为10‑15:1的聚丙烯基体和多壁碳纳米管混熔而成，混熔前多壁碳纳米管与其重量10‑15%表面改性剂混合处理，所述的表面改性剂由KH550和DOPO按照重量比1‑2:5‑6的比例混合而成；所述改性纳米二氧化硅为市售纳米二氧化硅与其重量3‑4%的表面处理剂混合得到，所述表面处理剂由苯酚和KH550按照重量比1‑2:30的比例混合而成，所述改性玻璃纤维为长度3mm‑5mm市售玻璃纤维与KH560、钛酸酯偶联剂、玻璃粉按照重量比100:3:2:8‑10混合而成。

【技术特征摘要】
1.一种阻燃增强型聚丙烯复合材料，其特征在于：由聚丙烯基体、碳纳米管改性母粒、钛酸钾晶须、复配阻燃剂、改性填料、相容剂和抗氧化剂制成，按重量比，聚丙烯基体50-65份、碳纳米管改性母粒15-20份、钛酸钾晶须8-12份、复配阻燃剂10-16份、改性填料10-15份、相容剂3-5份和抗氧化剂1-2份；所述的改性填料由重量比5:2的改性玻璃纤维和改性纳米二氧化硅混合而成；所述的复配阻燃剂为氮磷复配型阻燃剂，粒径为5-10微米；所述的碳纳米管改性母粒由重量比为10-15:1的聚丙烯基体和多壁碳纳米管混熔而成，混熔前多壁碳纳米管与其重量10-15%表面改性剂混合处理，所述的表面改性剂由KH550和DOPO按照重量比1-2:5-6的比例混合而成；所述改性纳米二氧化硅为市售纳米二氧化硅与其重量3-4%的表面处理剂混合得到，所述表面处理剂由苯酚和KH550按照重量比1-2:30的比例混合而成，所述改性玻璃纤维为长度3mm-5mm市售玻璃纤维与KH560、钛酸酯偶联剂、玻璃粉按照重量比100:3:2:8-10混合而成。2.根据权利要求1所述的一种阻燃增强型聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的氮磷复配型阻燃剂，其中氮含量为18-20%,磷含量为27-30%。3.根据权利要求1所述的一种阻燃增强型聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的改性填料中还加入有1-3份炭黑。4.根据权利要求1所述的一种阻燃增强型聚丙烯复合材料的制备方法，首先按照上述比例称取原料并对原料进行改性处理，然后制备碳纳米管改性母粒，最后将碳纳米管改性母粒与聚丙烯基体与其他原料按比例进行熔融混合制得产品，其特征在于：所述对原料进行处理是指市售纳米二氧化硅与其重量3-4%的表面处理剂混合得到，所述表面处理剂由氢氧化钡、氯化钠和KH550按照重量比3-4:1-2:30的比例混合而成；长度3mm-5mm市售玻璃纤维与KH560、钛酸酯偶联剂、玻璃...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峻岭，张茂荣，文周，
申请(专利权)人：东莞职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44