一种增强阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份数计，由以下原料组成：聚丙烯75‑80份、纳米二硼化钛8‑10份、聚氨基环三磷腈3‑5份、三（2‑羟乙基）异氰尿酸酯3‑5份、白炭黑1‑2份、相容剂2‑4份、增韧剂5‑7份、抗氧化剂0.5‑1.5份、偶联剂1‑3份；其中相容剂是一种特制的烷基化改性壳聚糖，其中O‑烷基化反应取代度为0.45‑0.62。本发明专利技术制备的增强阻燃聚丙烯复合材料极限氧指数值达到34.5‑35.8%，垂直燃烧性能达到FV‑0级，具有优异的阻燃性能，同时拉伸强度达到34.2‑35.5MPa，聚丙烯复合材料具有较高的刚性。

A reinforced flame retardant polypropylene composite and its preparation method

The invention provides a reinforced flame-retardant polypropylene composite material, which is characterized in that, according to the weight parts, it is composed of the following raw materials: Polypropylene 75 \u2011 80 parts, nano titanium diboride 8 \u2011 10 parts, poly amino cyclotriphosphazene 3 \u2011 5 parts, tri (2 \u2011 hydroxyethyl) isocyanurate 3 \u2011 5 parts, white carbon black 1 \u2011 2 parts, compatibilizer 2 \u2011 4 parts, toughener 5 \u2011 7 parts, antioxidant 0.5 \u2011 1.5 parts, coupling agent 1 Among them, the compatibilizer is a special alkylated modified chitosan, and the degree of substitution of O-alkylation reaction is 0.45-0.62. The ultimate oxygen index value of the reinforced flame-retardant polypropylene composite prepared by the invention reaches 34.5 \u2011 35.8%, and the vertical combustion performance reaches FV \u2011 0, which has excellent flame-retardant performance. At the same time, the tensile strength reaches 34.2 \u2011 35.5mpa, and the polypropylene composite has high rigidity.

【技术实现步骤摘要】
一种增强阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法
本专利技术属于复合材料制备领域，具体涉及一种增强阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
聚丙烯（PP）具有良好的力学性能、加工性能、耐化学腐蚀性、电绝缘性和无毒轻质等特点，是一种综合性能优良的通用塑料，广泛应用于家电、电子、建筑材料、汽车工业、纺织、装饰等领域。但由于聚丙烯自身的结构，其氧指数低，遇火易燃烧、发热量高、燃烧速度快、燃烧时会产生大量的熔滴，如果燃烧不充分会释放出例如CO等有毒气体，火灾危害性较大，极大地限制了其应用领域。随着聚丙烯在建筑、汽车工业等对产品阻燃性能有一定要求的领域广泛应用，在保证聚丙烯力学性能达到制品要求的前提下提高聚丙烯的阻燃性能是一个十分重要的课题。CN103524885提供一种由聚氨基环三磷腈和三（2-羟乙基）异氰尿酸酯（简称赛克）复配组成的膨胀型阻燃剂，在聚氨基环三磷腈与三（2-羟乙基）异氰尿酸酯按1:1复配，并添加总量占聚丙烯复合材料20%时，经挤出、硫化、模压成型后得到的聚丙烯材料，极限氧指数LOI为27%，垂直燃烧级别达到FV-0级。但是，实际上聚氨基环三磷腈和协效剂赛克与聚丙烯的相容性不好，大量阻燃剂的加入将导致聚丙烯的力学性能大大降低，限制了聚丙烯材料的综合性能。
技术实现思路
为解决现有技术中存在的问题，对现有工艺进行进一步优化，本专利技术提供一种增强阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，以实现提高氧指数、提高阻燃剂与聚丙烯相容性同时提高材料的力学性能的专利技术目的。为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份数计，由以下原料组成：聚丙烯75-80份、纳米二硼化钛8-10份、聚氨基环三磷腈3-5份、三（2-羟乙基）异氰尿酸酯3-5份、白炭黑1-2份、相容剂2-4份、增韧剂5-7份、抗氧化剂0.5-1.5份、偶联剂1-3份；所述聚丙烯为等规或间规聚丙烯，熔融指数为4~10g/10min；所述纳米二硼化钛粒度50-100nm，比表面积70-80m2/g；所述白炭黑，纯度98%以上；所述相容剂为烷基化改性壳聚糖，其O-烷基化反应取代度为0.45-0.62；所述增韧剂包括丙烯酸酯类橡胶粉、马来酸酐接枝聚丙烯、聚乙烯醇和过氧化二异丙苯，四者质量比为8-10:13-18:15-18:1；所述抗氧化剂为抗氧化剂1010；所述偶联剂为二(亚磷酸二辛酯基)钛酸四异丙酯或季戊四醇硬脂酸酯；所述增强阻燃聚丙烯复合材料的制备，其特征在于，包括烷基化改性壳聚糖的制备、增强母粒的制备和复合材料的制备；所述烷基化改性壳聚糖的制备，其特征在于，包括碱化、升温反应和后处理；所述碱化，是在NaOH的异丙醇碱性溶液中加入壳聚糖进行超声，超声频率为320-400MHz，超声时间20-25min；所述壳聚糖，脱乙酰度为70%-90%，粒度为40-70μm；壳聚糖与NaOH固体的质量比为1:1.5-2.5；异丙醇加入量为壳聚糖质量的10-15倍；所述升温反应，是超声结束，先加入相转移催化剂四丁基溴化铵，再加入1-溴-4-正十二烷基苯进行反应，温度为55-60℃，保温搅拌反应3.5-4h；相转移催化剂的用量占反应体系总质量的6-8%；1-溴-4-正十二烷基苯与壳聚糖的添加质量比为9.1-9.5:2；所述后处理，滴加冰醋酸调节pH至6-7，烷基化改性壳聚糖粗品沉淀析出，用5wt%酒精/盐酸溶液洗涤，5wt%酒精/盐酸溶液的使用量为烷基化改性壳聚糖粗品质量的10-15倍；所述增强母粒的制备，将纳米二硼化钛、白炭黑、增韧剂和抗氧化剂经高速混合并挤出造粒，螺杆转速80rpm-100rpm，挤出机温度为110℃-120℃，粒径为2-5mm；所述复合材料的制备，在双螺杆挤出机中进行，从加料口到机头出口温度分别设定：180℃、185℃、190℃、190℃、190℃、190℃，转速200-250rpm。采用上述技术方案，本专利技术的有益效果为：1、本专利技术制备的增强阻燃聚丙烯复合材料，根据GB/T2406-1993标准测试，极限氧指数值达到34.5-35.8%，具有优异的阻燃性能；2、本专利技术制备的增强阻燃聚丙烯复合材料，按照GB/T2408-1996标准测试，垂直燃烧性能达到FV-0级，无滴落物引燃脱脂棉现象，有焰燃烧时间为3-5s，无焰燃烧时间不超过2s；3、本专利技术制备的增强阻燃聚丙烯复合材料，拉伸强度34.2-35.5MPa，聚丙烯复合材料具有较高的刚性；4、本专利技术制备的增强阻燃聚丙烯复合材料，弯曲强度38.9-40.2MPa，断裂伸长率28.4-33.6%，缺口冲击强度14.5-15.2KJ/m2，抗弯曲性能高，材料韧性好。附图说明：图1为实施例3所述聚丙烯复合材料的TEM照片。具体实施方式：下面结合具体的实施例，进一步阐述本专利技术。实施例1一种增强阻燃聚丙烯复合材料所述复合材料，以重量份计，包括以下组分：聚丙烯75份、纳米二硼化钛8份、聚氨基环三磷腈3份、三（2-羟乙基）异氰尿酸酯4份、白炭黑2份、相容剂2份、增韧剂5份、抗氧化剂1份、偶联剂1份；所述聚丙烯为间规聚丙烯，熔融指数为8~10g/10min；所述纳米二硼化钛粒度50-53nm，比表面积76-80m2/g；所述白炭黑，纯度98.8%；所述相容剂为烷基化改性壳聚糖，其O-烷基化反应取代度为0.45；所述增韧剂包括丙烯酸酯类橡胶粉、马来酸酐接枝聚丙烯、聚乙烯醇和过氧化二异丙苯，四者质量比为8:15:15:1；所述抗氧化剂为抗氧化剂1010；所述偶联剂为二(亚磷酸二辛酯基)钛酸四异丙酯；上述复合材料的制备方法，包括以下步骤：1、烷基化改性壳聚糖的制备1）碱化在异丙醇中加入NaOH固体至强碱性，向其中加入壳聚糖充分搅拌，后置于超声波反应器中在室温下进行超声，充分碱化，超声频率为320MHz，超声时间25min；所述壳聚糖，脱乙酰度为70%-73%，粒度为40-45m；所述壳聚糖与NaOH固体的质量比为1:1.5；所述异丙醇加入量为壳聚糖质量的10倍；2）升温反应超声结束，先加入相转移催化剂四丁基溴化铵，完全溶解后，再加入1-溴-4-正十二烷基苯进行反应，升高温度到温度为55℃，保温搅拌反应4h；所述相转移催化剂的用量占反应体系总质量的6%；所述1-溴-4-正十二烷基苯与壳聚糖的添加质量比为9.5:2；3）后处理反应结束，滴加冰醋酸调节pH至6-7，烷基化改性壳聚糖粗品沉淀析出，过滤；后将烷基化改性壳聚糖粗品加入到5wt%酒精/盐酸溶液中进行洗涤，抽滤后置于40℃真空烘箱中干燥至恒重即可；所述5wt%酒精/盐酸溶液的使用量为烷基化改性壳聚糖粗品质量的10倍。2、增强母粒的制备将纳米二硼化本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份数计，由以下原料组成：聚丙烯75-80份、纳米二硼化钛8-10份、聚氨基环三磷腈3-5份、三（2-羟乙基）异氰尿酸酯3-5份、白炭黑1-2份、相容剂2-4份、增韧剂5-7份、抗氧化剂0.5-1.5份、偶联剂1-3份；/n所述相容剂为烷基化改性壳聚糖，其O-烷基化反应取代度为 0.45-0.62。/n

【技术特征摘要】
1.一种增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，按重量份数计，由以下原料组成：聚丙烯75-80份、纳米二硼化钛8-10份、聚氨基环三磷腈3-5份、三（2-羟乙基）异氰尿酸酯3-5份、白炭黑1-2份、相容剂2-4份、增韧剂5-7份、抗氧化剂0.5-1.5份、偶联剂1-3份；
所述相容剂为烷基化改性壳聚糖，其O-烷基化反应取代度为0.45-0.62。


2.根据权利要求1所述的增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述纳米二硼化钛粒度50-100nm，比表面积70-80m2/g。


3.根据权利要求1所述的增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述增韧剂包括丙烯酸酯类橡胶粉、马来酸酐接枝聚丙烯、聚乙烯醇和过氧化二异丙苯，丙烯酸酯类橡胶粉、马来酸酐接枝聚丙烯、聚乙烯醇和过氧化二异丙苯四者质量比为8-10:13-18:15-18:1。


4.根据权利要求1所述的增强阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述聚丙烯为等规或间规聚丙烯，熔融指数为4~10g/10min。


5.一种增强阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，包括烷基化改性壳聚糖的制备，所述烷基化改性壳聚糖的制备，包括碱化、升温反应和后处理。


6.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张居正，赵世龙，赵治清，朱向荣，
申请(专利权)人：山东寿光健元春化工有限公司，潍坊科技学院，
类型：发明
国别省市：山东;37