一种纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法。按重量份数计，该复合材料的配方组成为：纳米二氧化硅1‑5份、膨胀阻燃剂20‑30份、硅烷偶联剂0.1‑1.0份、聚丙烯50‑70份、三元乙丙橡胶5‑15份、氧化聚乙烯蜡0.1‑0.2份；制备时，用硅烷偶联剂表面改性纳米二氧化硅与膨胀型阻燃剂。将表面改性的协效阻燃剂与聚丙烯/三元乙丙橡胶等混合，利用三螺杆挤出机混炼造粒，制备出纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料。本发明专利技术所提供的纳米二氧化硅不仅可明显提高膨胀阻燃剂对于聚丙烯/三元乙丙橡胶合金的阻燃效率，而且对膨胀阻燃复合材料的力学性能也有较大提升。

Nano silicon dioxide and intumescent flame retardant synergistic flame retardant polypropylene / three yuan ethylene propylene rubber composite material and preparation method thereof

The invention discloses a synergistic flame retardant polypropylene / three yuan ethylene propylene rubber composite material of nano silicon dioxide and intumescent flame retardant and a preparation method thereof. By weight, the formula of composite materials is composed of 1 nano silica 5, flame retardant 20 30 silane coupling agent 0.1 1 copies, 70 copies, three PP 50 EPDM 5 15 copies, 0.2 copies of 0.1 oxidized polyethylene wax; preparation. Using silane coupling agent surface modified nano silica and intumescent flame retardant. The surface modification of the synergistic flame retardant PP / EPDM and three mixing, mixing and granulating extruder with three screw, preparation of nano silica and intumescent flame retardant synergistic flame retardant PP / EPDM composites three. Nano silica provided by the invention not only can significantly improve the efficiency of flame retardant flame retardant for PP / EPDM three alloy, but also has greatly improved the mechanical properties of the intumescent flame retardant composites.

【技术实现步骤摘要】
一种纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法
本专利技术涉及一种膨胀阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料；特别是涉及一种协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法；具体涉及一种纳米二氧化硅与膨胀阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法；属于聚合物材料改性

技术介绍
聚丙烯是一种重要的通用塑料，具有优异的综合性能和加工性能，但由于其成型收缩率大、低温缺口冲击强度较低，较大晶粒导致其脆性大、限制其推广和应用。三元乙丙橡胶是乙烯、丙烯以及非共轭二烯烃的三元共聚物。作为橡胶类，其高弹性与良好的低温性能对聚丙烯的增韧十分有益。从其化学组成来看均含有丙基，有利于与聚丙烯的相容，与聚丙烯共混后可改善聚丙烯的冲击性能及低温脆性。在一定范围内随着用量增加，使聚丙烯的韧性迅速提高，冲击强度近似线性增大。然而，聚丙烯/三元乙丙橡胶合金的易燃性限制了其应用范围，因此研究阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶合金具有重要意义。膨胀阻燃剂因其隔热、隔氧、抑烟、防滴、低毒等阻燃功效成为位国内外最为活跃的添加型环保聚合物阻燃剂之一，但膨胀阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料在加工混炼时相容性差、易团聚、分散性差，导致添加量较大，且使材料的力学性能下降较快。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有的技术问题，提供一种可显著提高膨胀阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料阻燃性能的同时，不影响该合金的力学性能的阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法。本专利技术采用纳米二氧化硅协同复配膨胀阻燃剂，既显著提高膨胀阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料的阻燃性能，还保持甚至提高膨胀阻燃复合材料的力学性能。本专利技术的目标可通过如下技术方案实现：一种纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法，其特征在于，按重量份数计，该复合材料的配方组成为：纳米二氧化硅1-5份、膨胀阻燃剂20-30份、硅烷偶联剂0.1-1.0份、聚丙烯50-70份、三元乙丙橡胶5-15份、氧化聚乙烯蜡0.1-0.2份。所述膨胀阻燃剂由聚磷酸铵、双季戊四醇、三聚氰胺以40-60：10-15：15-20的质量比例配置而成；其中，聚磷酸铵选用高聚合度Ⅱ型，聚合度n≥1000；双季戊四醇为工业级，净含量≥90%；三聚氰胺为工业级，净含量≥90%。制备时，先将高聚磷酸铵、双季戊四醇和三聚氰胺按比例配置成膨胀阻燃剂，与纳米二氧化硅一同置于120℃的烘箱中干燥2小时，按比例收集后置于高速混合机内；然后将硅烷偶联剂溶于其10倍体积的无水甲醇制成偶联剂/甲醇溶液，将其喷洒于膨胀阻燃剂与纳米二氧化硅的表面，在高速混合机中混合改性10分钟，置于120℃的烘箱中干燥2小时，最后将表面改性后的膨胀阻燃剂、纳米二氧化硅、聚丙烯、三元乙丙橡胶、氧化聚乙烯蜡按比例在三螺杆挤出机中挤出造粒，制备出纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料。其中，所述的纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法，其特征在于：所述纳米二氧化硅为化学气相沉积法制备，其平均粒径为10-50nm。所述的纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法，其特征在于：所述纳米二氧化硅的平均粒径为20nm。所述的纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法，其特征在于：所述三螺杆挤出机从进料口到挤出机头的温度依次分别为：160℃、175℃、185℃、185℃、185℃、185℃、185℃、185℃。所述的纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法，其特征在于：所述三螺杆挤出机的螺杆转速为：25~60rpm/min。一种纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料，由上述的制备方法制得。本专利技术提供的膨胀阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料，利用纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃，改善复合材料的阻燃及力学性能。本专利技术所述的硅烷偶联剂为乙烯基三（β-甲氧基乙氧基）硅烷，型号为A-172，净含量≥97%，可以改善纳米二氧化硅、膨胀阻燃剂等与聚丙烯/三元乙丙橡胶合金的界面粘结性，改善其相容性，提升阻燃性能、加工流动性，以维持力学性能不变或者甚至提升。相对于现有技术，本专利技术具有如下优点：本专利技术拟采用引入纳米二氧化硅复配膨胀阻燃剂的方法，利用二氧化硅的纳米效应与多孔介质阻隔效应，不仅可有效提高膨胀阻燃剂的阻燃效率，而且可以改善膨胀阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料的力学性能，扩大了材料的使用范围；本专利技术得到的复合材料，阻燃性能优异，均符合UL-94标准的最佳阻燃级别V-0，极限氧指数在30.4%到35.3%之间，水平垂直燃烧没有熔滴，不会引燃棉花，热释放速率峰值均远低于膨胀阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料的263.57kW/m2，以及热释放速率总量的86.4×103kW/m2。本专利技术得到的复合材料力学性能良好，复合材料拉伸强度从15.11MPa提升至16.19MPa，提高了7%；冲击强度从3.81kJ/m2提升至4.40kJ/m2，提升了15%。为更好的理解本专利技术，下面结合实施方式对本专利技术做进一步说明，但本专利技术实施方式不限于此。实施例1-5表1实施例1-5的配比以质量份数计，实施例1-5按表1所示称取原料。三元乙丙橡胶作为聚丙烯的增韧剂。膨胀阻燃剂由高聚磷酸铵、双季戊四醇、三聚氰胺以40-60：10-15：15-20的质量比例配置而成；其中，聚磷酸铵选用高聚合度Ⅱ型，聚合度n≥1000；双季戊四醇为工业级，净含量≥90%；三聚氰胺为工业级，净含量≥90%。制备时，先将高聚磷酸铵、双季戊四醇和三聚氰胺按比例配置成膨胀阻燃剂，与纳米二氧化硅一同置于120℃的烘箱中干燥2小时，按比例收集后置于高速混合机内；然后将硅烷偶联剂溶于其10倍体积的无水甲醇制成偶联剂/甲醇溶液，将其喷洒于膨胀阻燃剂与纳米二氧化硅的表面，在高速混合机中混合改性10分钟，制得表面改性的膨胀阻燃剂和纳米二氧化硅，置于120℃的烘箱中干燥2小时以除去无水甲醇，最后将表面改性后的膨胀阻燃剂、纳米二氧化硅、聚丙烯、三元乙丙橡胶、氧化聚乙烯蜡按比例在三螺杆挤出机中挤出造粒，三螺杆挤出机转速为25~60rpm/min，制备出纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料。实施例1的制备方法一种纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料的制备方法，包括如下步骤：（1）将高聚磷酸铵、双季戊四醇、三聚氰胺按比例配置成膨胀型阻燃剂，与纳米二氧化硅一起置于120℃烘箱中干燥2小时，备用。（2）将硅烷偶联剂溶于其10倍体积的无水甲醇制成偶联剂/甲醇溶液，将其喷洒于膨胀阻燃剂与纳米二氧化硅的表面，在高速混合机中混合改性10分钟，取出，再将其置于120℃烘箱中干燥2小时，制得表面改性的膨胀阻燃剂和纳米二氧化硅（干法表面改性）。（3）按表1的配比，将表面改性的纳米二氧化硅/膨胀阻燃剂与聚丙烯、三元乙丙橡胶、氧化聚乙烯蜡混合后加入高速混合机中混合，然后利用三螺杆挤出机挤出纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料并造粒，制备出纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料颗本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法，其特征在于，按重量份数计，该纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料的原料组成为：纳米二氧化硅（Nano‑SiO2）1‑5份、膨胀阻燃剂（IFR）20‑30份、硅烷偶联剂（SCA）0.1‑1.0份、聚丙烯（PP）50‑70份、三元乙丙橡胶（EPDM）5‑15份、氧化聚乙烯蜡（PE‑Wax）0.1‑0.2份；所述膨胀阻燃剂由聚磷酸铵、双季戊四醇、三聚氰胺以40‑60：10‑15：15‑20的质量比例配置而成；其中，聚磷酸铵选用高聚合度Ⅱ型，聚合度n≥1000；双季戊四醇为工业级，净含量≥90%；三聚氰胺为工业级，净含量≥90%；制备时，先将高聚磷酸铵、双季戊四醇和三聚氰胺按比例配置成膨胀阻燃剂，与纳米二氧化硅一同置于120℃的烘箱中干燥2小时，按比例收集后置于高速混合机内；然后将硅烷偶联剂溶于其10倍体积的无水甲醇制成偶联剂/甲醇溶液，将其喷洒于膨胀阻燃剂与纳米二氧化硅的表面，在高速混合机中混合改性10分钟，置于120℃的烘箱中干燥2小时，最后将表面改性后的膨胀阻燃剂、纳米二氧化硅、聚丙烯、三元乙丙橡胶、氧化聚乙烯蜡按比例在三螺杆挤出机中挤出造粒，制备出纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料。...

【技术特征摘要】
1.一种纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料及其制备方法，其特征在于，按重量份数计，该纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料的原料组成为：纳米二氧化硅（Nano-SiO2）1-5份、膨胀阻燃剂（IFR）20-30份、硅烷偶联剂（SCA）0.1-1.0份、聚丙烯（PP）50-70份、三元乙丙橡胶（EPDM）5-15份、氧化聚乙烯蜡（PE-Wax）0.1-0.2份；所述膨胀阻燃剂由聚磷酸铵、双季戊四醇、三聚氰胺以40-60：10-15：15-20的质量比例配置而成；其中，聚磷酸铵选用高聚合度Ⅱ型，聚合度n≥1000；双季戊四醇为工业级，净含量≥90%；三聚氰胺为工业级，净含量≥90%；制备时，先将高聚磷酸铵、双季戊四醇和三聚氰胺按比例配置成膨胀阻燃剂，与纳米二氧化硅一同置于120℃的烘箱中干燥2小时，按比例收集后置于高速混合机内；然后将硅烷偶联剂溶于其10倍体积的无水甲醇制成偶联剂/甲醇溶液，将其喷洒于膨胀阻燃剂与纳米二氧化硅的表面，在高速混合机中混合改性10分钟，置于120℃的烘箱中干燥2小时，最后将表面改性后的膨胀阻燃剂、纳米二氧化硅、聚丙烯、三元乙丙橡胶、氧化聚乙烯蜡按比例在三螺杆挤出机中挤出造粒，制备出纳米二氧化硅与膨胀阻燃剂协效阻燃聚丙烯/三元乙丙橡胶复合材料。2.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴正环，王权，范其香，蔡玉俊，
申请(专利权)人：天津职业技术师范大学，
类型：发明
国别省市：天津,12