一种黑色高阻燃聚丙烯发泡珠粒及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种黑色高阻燃聚丙烯发泡珠粒，包括聚丙烯树脂100phr，炭黑0.5‑3phr，硼砂5‑15phr，三氧化二锑5‑8phr，红磷0.3‑2phr，其余发泡助剂0.1‑5phr。本发明专利技术采用纳米级炭黑，协同特定的阻燃剂配方，匹配超临界二氧化碳釜压发泡工艺，来实现黑色EPP材料的氧指数达到35％左右，突破了现有技术中的黑色EPP阻燃性差的技术瓶颈，从而进一步拓宽超临界釜压发泡法生产的EPP珠粒的应用领域。同时，25mm粒径的炭黑表面的微孔可显著改善与基体、阻燃剂之间的相容性，使得体系内部分子链联系的更加紧密，提高体系内分子链的规整度，改善阻燃效果，提升综合力学性能，起到一定的增强、增韧作用。

【技术实现步骤摘要】
一种黑色高阻燃聚丙烯发泡珠粒及其制备方法
本专利技术涉及聚丙烯发泡珠粒的制备
，具体为一种黑色高阻燃聚丙烯发泡珠粒及其制备方法。
技术介绍
聚丙烯发泡材料(EPP)是由一颗颗EPP发泡珠粒通过蒸汽成型，使珠粒间相互熔结，制备出各种不同形状的异型件制品。由于EPP生产工艺非常独特，单纯地通过在配方中加入助剂来提升其某一方面的性能效果很不理想。其中，提高阻燃性就是EPP的技术难题。氧指数表示材料容易燃烧的程度，一般认为氧指数＜22％属于易燃材料，氧指数在22～27％之间属可燃材料，氧指数＞27％属难燃材料。参照专利“一种灰色高阻燃聚丙烯发泡珠粒的制备方法”(专利号CN107857935A)，EPP并不能采用加大阻燃剂的用量的方法，来实现氧指数达到30％以上。另外，虽然已有文献记载炭黑与氢氧化镁等无机阻燃剂可协同阻燃，但对EPP产品来说，由于珠粒内部的泡孔含有大量的空气，普通的炭黑在EPP体系内部将是一种有效的助燃剂，对改善产品的阻燃性能相当不利。综合以上种种因素，本专利技术将基于以上现有技术的技术瓶颈，不断试验匹配各种阻燃剂，在保证稳定发泡、成型的基础上，尽量压缩阻燃剂的添加量，加以复配，将各阻燃剂的阻燃作用发挥到极致。同时选用着色力更强的纳米级炭黑，在一定程度上减少炭黑的用量，使得最终的黑色高阻燃EPP产品的氧指数达到30％以上。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术中黑色的聚丙烯发泡珠粒的阻燃性能差的缺陷，提供一种氧指数达到30％以上的黑色EPP及其制备方法，从而进一步拓宽超临界釜压发泡法生产的EPP珠粒的应用领域。为了解决上述技术问题，本专利技术提供了如下的技术方案：一种黑色高阻燃聚丙烯发泡珠粒，包括聚丙烯树脂100phr，炭黑0.5-3phr，硼砂(Na2B4O7·10H2O)5-15phr，三氧化二锑5-8phr，红磷0.3-2phr，其余发泡助剂0.1-5phr。优选的，所述的炭黑色粉粒径为10-25nm范围内，主要基于两方面的考虑。一方面，炭黑作聚丙烯着色时，黑度主要基于对光的吸收，对于特定浓度的炭黑，炭黑越细小，则光吸收程度越高。换言之，在达到同样黑度时，炭黑的添加量可显著降低，而炭黑作为一种助燃剂，可以在一定程度上提高材料的阻燃性能；另一方面，粒径小于25nm的炭黑表面存在许多微孔，微孔的存在使得炭黑的比表面积大幅提升，从而增强炭黑与阻燃剂、炭黑与聚丙烯基材的附着力。虽然粒径小于10mm的炭黑粉末着色效率更高、比表面积更大，但过申请人发现细的炭黑粉末不仅提高了生产成本，同时也不易于炭黑粉末在聚丙烯树脂基体内部的分散。进一步的，所述聚丙烯树脂为丙烯-乙烯嵌段或无规共聚物、均聚聚丙烯中的一种或多种复配，其中丙烯含量≥80％摩尔。进一步的，所述的配方体系中，复配阻燃剂包括硼砂(Na2B4O7·10H2O)、红磷、三氧化二锑。硼砂阻燃剂(Na2B4O7·10H2O)在燃烧受热时,要释放出10个结晶水，吸收大量热量，使燃烧温度难以上升,从而产生阻燃效果。其次，本专利技术EPP产品是由改性后的微粒通过超临界二氧化碳釜压发泡工艺发泡而成，珠粒内部为无数个独立的泡孔，而水对二氧化碳有一定的溶解作用，故硼砂中的结晶水的存在可更好的有助于二氧化碳停留在珠粒内部，二氧化碳与水协同作用，将有效抑制产品的燃烧性能；红磷作为一种高效阻燃剂，不含卤素、成本低廉，在受热过程中生成聚偏磷酸，而聚偏磷酸是不易挥发的稳定化合物，在聚合物表合物与空气隔绝，且具有强脱水性。而硼砂阻燃剂吸热释放出的结晶水一方面可以吸收热量气化，另一方面可以由聚偏磷酸吸收大量的热脱水挥发，二者具有紧密的协同阻燃效果。三氧化二锑作为一种协同阻燃剂，熔点为655℃，在燃烧火焰较旺后，熔融在EPP表面形成保护膜隔绝空气，通过内部吸热反应，降低燃烧温度，同时高温状态下三氧化二锑被气化，稀释了空气中氧浓度，从而起到很好的协同阻燃作用，进一步提升阻燃效率。该阻燃体系避免过量使用有机小分子阻燃剂，也不单单使用简单的增加无机阻燃剂用量，在控制阻燃剂用量以及保证产品发泡工艺稳定的前提下，选取高效复配阻燃剂，协同超临界二氧化碳釜压发泡工艺，已达到理想的阻燃效果。进一步的，配方中还包括成核助剂、稳定剂、抗氧剂、润滑剂、防静电剂等助剂适量。上述黑色高阻燃聚丙烯发泡珠粒的制备方法，包括以下步骤：步骤一、将各组分高速混合均匀后，经挤出机混炼、挤出、拉丝，再利用切粒设备切粒后形成改性聚丙烯微粒；步骤二、将上述聚丙烯微粒投入反应釜，然后通入二氧化碳，加热加压，在高温高压下产生向外膨胀的内部压力，并在瞬间释放至大气压，从而得到一定倍率的发泡聚丙烯珠粒。进一步的，所述步骤一中改性聚丙烯微粒挤出共混过程中熔体温度需保持在180℃以内，以保证阻燃体系不受挤出过程中温度的影响而发生化学反应或分解，但发泡专用聚丙烯熔体强度较大，且熔融指数均在6-8g/10min范围内，流动性较差，故挤出过程中需采用高扭矩双螺杆挤出造粒，以保证混炼均匀，优选的，扭矩应在95N.m以上。本专利技术所达到的有益效果是：本专利技术通过降低炭黑添加量、完善阻燃体系，以实现黑色EPP材料的氧指数达到35％左右。另外，纳米级粒径的炭黑可以改善黑色EPP产品表面的颜色均匀性，减少颗粒感，增加美观度。同时该阻燃体系的整体添加量并不高，可协同炭黑粉末，提高产品的光稳定性，增强耐候性。且炭黑表面的微孔可显著改善与基体、阻燃剂之间的相容性，使得体系内部分子链联系的更加紧密，提高体系内分子链的规整度，改善阻燃效果，提升综合力学性能，起到一定的增强、增韧作用。经过内部的拉伸测试，本专利技术产品的拉伸强度提升30％，断裂伸长率提升12％。当然，该产品突破了现有技术中的黑色EPP产品阻燃性差的技术瓶颈，在不影响EPP超临界二氧化碳发泡工艺的基础上，从而进一步拓宽超临界釜压发泡法生产的EPP珠粒的应用领域。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。在附图中：图1是本专利技术的黑色高阻燃聚丙烯发泡珠粒典型的双熔融峰曲线；图2是实施例A的高阻燃聚丙烯发泡珠粒SEM图(EPP珠粒的断面扫描电镜图)。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施案例氧指数测试：将模塑成型的板材(46cm×35cm×6cm)裁切为10mm×10mm×150mm的标准样条。将标准样条竖直地固定在氧指数仪的玻璃燃烧筒中，其底座与可产生氮氧混合气流的装置相连。点燃试样的顶端，混合气流中的氧浓度将会持续下降，直至火焰熄灭。比较A、B两个案例，可以发现配方中将硼砂阻燃剂去除，其余组分添加量均不变，氧指数从36％降至26％，阻燃性能下降很明显，这是因为硼砂在复配阻燃剂体系中起主导作用。当硼砂含量降低时，硼砂中的结合水分子减少，一方面减少了珠粒内部泡孔对二氧化碳的保留，另一方面受热后释放出的结合水也减少，即吸收燃烧的热量减少，故硼砂阻燃剂对整个EPP体系的阻燃性能影响较大。比较A、C两个案例，配方中将三氧化二锑阻燃剂去除，氧指数由36％降至29％。三氧化二锑的熔点为655℃以上，在燃烧初期阻燃作用并不明显。但在火本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黑色高阻燃聚丙烯发泡珠粒，其特征在于，包括聚丙烯树脂100phr，炭黑0.5‑3phr，硼砂5‑15phr，三氧化二锑5‑8phr，红磷0.3‑2phr，其余发泡助剂0.1‑5phr。

【技术特征摘要】
1.一种黑色高阻燃聚丙烯发泡珠粒，其特征在于，包括聚丙烯树脂100phr，炭黑0.5-3phr，硼砂5-15phr，三氧化二锑5-8phr，红磷0.3-2phr，其余发泡助剂0.1-5phr。2.如权利要求1所述的黑色高阻燃聚丙烯发泡珠粒，其特征在于，所述聚丙烯树脂为丙烯-乙烯嵌段或无规共聚物、均聚聚丙烯中的一种或多种复配，其中丙烯含量≥80％摩尔。3.如权利要求1所述的黑色高阻燃聚丙烯发泡珠粒，其特征在于，所述的炭黑色粉粒径为10-25nm范围内。4.如权利要求1所述的黑色高阻燃聚丙烯发泡珠粒，其特征在于，发泡助剂包括成核助剂、稳定剂、抗氧剂、润滑剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶明，何若虚，刘缓缓，杨亮炯，熊业志，路骐豪，曾佳，贾志文，吴艳，
申请(专利权)人：无锡会通轻质材料股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32