一种挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料及其制备方法，涉及高分子阻燃材料制备领域，该复合材料由如下重量份的组分组成：PP:65‑75份、阻燃剂：20‑30份、阻燃协效剂：5‑8份、成碳剂：0.5‑5份、纳米无机材料：1‑5份、抗氧化剂：0.5‑1.0份、润滑剂：0.3‑1.0份、抗滴落剂：0.1‑0.5份以及硅烷类偶联剂：0.1‑0.5份，本发明专利技术采用含溴阻燃剂、协效剂、成碳剂及纳米材料复合阻燃体系与PP熔融共混挤出工艺，制得高阻燃性、高延展性阻燃PP复合材料，其阻燃等级达到0.4mm,V‑O级(UL94),伸长率达30％，材料加工性完全满足熔融挤出片材工艺技术。

【技术实现步骤摘要】
一种挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料及其制备方法
本专利技术涉及高分子阻燃材料制备领域，具体涉及一种挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚丙烯(PP)具有比重轻，易加工，耐化学药品等诸多优点，应用十分广泛，其氧指数为18％，可通过添加阻燃剂提高PP的耐燃性，但与与其他聚合物相比，要提高PP的耐燃性需要添加更大量的阻燃剂，可选择的阻燃剂种类较少，上世纪大部分通过添加阻燃效果好的八溴联苯醚。2004年欧盟推出Rosh指令后，禁止使用八溴联苯醚与十溴联苯醚。近几年，业内推出多种无卤阻燃剂用于PP阻燃材料，如：无机类阻燃剂体系：Mg(OH)2、AL(OH)3。但是这类阻燃体系中阻燃剂的用量高达60％，所制备的阻燃PP比重大、脆性大；膨胀型无卤阻燃体系，虽然所制备的阻燃PP天然环保，比重轻，但存在表面析出问题。这些无卤阻燃PP仅可用于注塑成型，很难用于挤出成型，尤其不宜薄片的挤出成型，而且，无法制备高阻燃性PP复合材料。因此，如何提高PP的阻燃效果，又能保持材料的力学性能，是业内一大课题。
技术实现思路
本专利技术提供一种挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料及其制备方法，以解决上述现有技术挤出成型难、无法制备高阻燃性PP复合材料的问题。为解决上述问题，本专利技术采用的技术方案如下：一种挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料，其特征在于，该复合材料由如下重量份的组分组成：PP:65-75份阻燃剂：20-30份阻燃协效剂：5-8份成碳剂：0.5-5份纳米无机材料：1-5份抗氧化剂：0.5-1.0份润滑剂：0.3-1.0份抗滴落剂：0.1-0.5份硅烷类偶联剂：0.1-0.5份。优选地，所述PP为分子量为100000-150000的均聚PP和/或共聚PP。优选地，所述阻燃剂为溴化聚苯稀、溴化环氧树脂、十溴二苯乙烷的一种或多种。优选地，所述阻燃协效剂为三氧化二锑、五氧化二锑、硼酸锌的一种或多种，细度为500～1500目。优选地，所述成碳剂为嗪类化合物和/或含苯环聚合物。优选地，所述纳米无机材料为纳米蒙脱土、纳米ZnO、纳米MgO、纳米硅灰石、纳米滑石粉、碳纳米管以及纳米海泡石的一种或多种。优选地，所述抗氧化剂包括主抗氧化剂和辅抗氧化剂，所述主抗氧化剂为2.6—二溴丁醛-4-甲酚和/或季戊四醇酯，所述辅抗氧化剂为硫酸脂类化合物。优选地，所述润滑剂为N’N-乙撑双碳酯酰胺(EBS)、硅酮粉、季戊四醇硬酸酯的一种或多种。优选地，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯微粉，粒径为10—50um。一种挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)先将纳米无机材料与硅烷类偶联剂混合，在40～80℃下高速搅拌3～10min，使得其中的硅烷类偶联剂对纳米无机材料进行表面活化处理；(2)将阻燃剂、阻燃协效剂、成碳剂、抗氧化剂、润滑剂、抗滴落剂以及经表面活化处理的纳米无机材料按比例混合得到阻燃助剂混合料备用；(3)PP和阻燃助剂混合料分别计量进入双螺杆，熔融共混挤出造粒，即得到阻燃PP纳米复合材料。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：(1)本专利技术采用含溴阻燃剂、协效剂、成碳剂及纳米材料复合阻燃体系与PP熔融共混挤出工艺，制得高阻燃性、高延展性阻燃PP复合材料，其阻燃等级达到0.4mm,V-O级(UL94),伸长率达30％，材料加工性完全满足熔融挤出片材工艺技术。(2)本专利技术采用高分子量的均聚PP或共聚PP，其熔融指数为0.5-3.0g╱10min，由于高分子量PP具有较的强度，尤其是高分子量共聚PP具有很高的断裂伸长率，所以即使添加较多的填充物时，仍可保持较高的伸长率。(3)本专利技术采用溴系阻燃剂作主阻燃剂，其阻燃效率高，其中，选用高纯度十溴二苯乙烷、中高分子量溴化聚苯乙烯及溴化环氧树脂作阻燃剂，均可制备出达到UL94-V-O级阻燃PP，三种阻燃剂可以单独使用，十溴二苯乙烷与溴化苯乙烯，或溴化环氧树脂可以复合使用，均有较好的阻燃效果与力学性能，其用量为20-30份，最佳用量可在24-28份，阻燃剂用量太大时，严重降低材料的力学性能，尤其是伸长率大幅下降，加入量太小，则达不到阻燃效果。(4)本专利技术采用阻燃协效剂可有效提高阻燃效力，可单独使用三氧化二锑，同时，也可将三氧化二锑与硼酸锌复合使用，可减少三氧化二锑的用量，其配比为3：2，其中，阻燃剂与阻燃协效剂的重量比为4.5:1达到最佳。(5)本专利技术采用成碳剂可提高阻燃效力，减少阻燃剂使用量，降低材料的燃烧速度，其作用是在材料燃烧过程中，成碳剂分解形成碳层，覆盖于材料表面，起到隔氧作用，从而达到减缓材料的燃烧速度，提高阻燃效力之目的；本专利技术采用嗪类有机化合物，或含有苯环结构的聚合物作成炭剂，分子中具有环状结构的化合物在燃烧过程中可分解成炭，尤其加入少量的含苯环结构聚合物，由于含苯环结构聚合物分解温度高，可延缓材料的燃烧速度并具有明显的成碳作用，也可以将嗪类化合物与PS、PPS含苯环含硫结构的聚合物结合使用，这些聚合物除有成碳作用外，分子链中的硫元素具有阻燃作用；成碳剂另一作用是抑烟作用，添加成炭剂可有效减少PP燃烧过程中的发烟量，同时，还具有一定的抗滴落作用,其用量在0.5～5份，最佳用量为：1.0～1.5份，加入量大时，由于其与PP相容性差，会降低PP材料的力学性能。(6)本专利技术在阻燃体系中加入防滴落剂，防滴落剂为聚四氟乙烯微粉(PTFE)其粒径在10—50um，最好是20-30um，防滴剂颗粒太大，可能分散不均影响材料力学性能与阻燃性，颗粒太小，则微粉易团聚，难以分散；其用量在0.1—0.5份，最好为0.2—0.3份，加入量大时，PTFE与PP不相容而导致材料力学性能下降，加入量太少，则可能导致分散不均，起不到作用。(7)本专利技术采用硅烷类偶联剂活化处理纳米无机材料，作为阻燃剂体系的组成部分，其作用在于纳米材料对PP具有成核结晶的作用；纳米材料的加入可促进PP的结晶细化，结晶完全规整的PP在燃烧过程中吸收的热量比结晶不完善的PP大，从而，在一定程设上延缓了材料的燃烧速度，起到阻燃增效的作用。，对纳米无机粒子进行偶联化处理，有利于纳米无机粒子与PP的结合与分散，有利于提高材料的力学性，一般来讲，纳米无机材料用量为1—5份，最好是1-2份，硅烷类偶联剂用量为0.1-0.5份，最好是0.2-0.3份。(8)本专利技术在体系中加入一定量的抗氧剂，PP在熔融加工过程中易受热氧化降解，降解的低分子量PP将更容易燃烧，从而降低阻燃效力，因此，抗氧剂可有效地缓解PP受热时的氧化降解，抗氧剂具有一定的捕捉自由基的功能，具有抗老化的作用；采用主抗氧化剂和辅抗氧化剂搭配使用，既有抗老化功能，又可抑制PP受热分解；受阻酚类主抗氧剂用量为：0.1—0.4份，最佳用量为0.2-0.3份，硫酸脂类辅抗氧剂用量为0.3—0.6份，最好是0.4—0.5份。(9)本专利技术在阻燃PP体系中应用润滑剂，PP属于易燃材料，低分子润滑剂的加入在提高复合材料的流动性的同时，在一定程度上影响阻燃性，所以选择合适的润滑剂，既保证材料表面光泽性，又不降低材料的阻燃性，润滑剂在本体系中应起到两个作用；一是促进阻燃剂及其他助剂在PP中的分散性，二是提高挤出片材的表面光泽性，本专利技术选择的EBS、硅酮粉PE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料，其特征在于，该复合材料由如下重量份的组分组成：PP:65‑75份阻燃剂：20‑30份阻燃协效剂：5‑8份成碳剂：0.5‑5份纳米无机材料：1‑5份抗氧化剂：0.5‑1.0份润滑剂：0.3‑1.0份抗滴落剂：0.1‑0.5份硅烷类偶联剂：0.1‑0.5份。

【技术特征摘要】
1.一种挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料，其特征在于，该复合材料由如下重量份的组分组成：PP:65-75份阻燃剂：20-30份阻燃协效剂：5-8份成碳剂：0.5-5份纳米无机材料：1-5份抗氧化剂：0.5-1.0份润滑剂：0.3-1.0份抗滴落剂：0.1-0.5份硅烷类偶联剂：0.1-0.5份。2.如权利要求1所述的挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：所述PP为分子量为100000-150000的均聚PP和/或共聚PP。3.如权利要求1所述的挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：所述阻燃剂为溴化聚苯稀、溴化环氧树脂、十溴二苯乙烷的一种或多种。4.如权利要求1所述的挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：所述阻燃协效剂为三氧化二锑、五氧化二锑、硼酸锌的一种或多种，细度为500～1500目。5.如权利要求1所述的挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：所述成碳剂为嗪类化合物和/或含苯环聚合物。6.如权利要求1所述的挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料，其特征在于：所述纳米无机材料为纳米蒙脱土、纳米ZnO、纳米MgO、纳米硅灰石、...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓凯桓，谭江梅，
申请(专利权)人：四川光亚塑胶电子有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51