一种无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的制备方法，包括：(1)称取聚丙烯100重量份、膨胀型复合阻燃剂5～35重量份，以及发泡助剂1～5重量份，混合均匀后经挤出造粒制备可发性聚丙烯微粒；(2)将步骤(1)制备的可发性聚丙烯微粒、水、分散剂、发泡剂置于高压反应釜中，加压加热，经预发泡得到发泡聚丙烯珠粒；(3)步骤(2)制备的发泡聚丙烯珠粒经水蒸气模塑成型后，制得无卤阻燃聚丙烯泡沫材料。本发明专利技术提供的制备方法解决了膨胀型阻燃剂的添加对发泡聚丙烯泡孔形态、发泡倍率的影响，进而影响无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的力学性能的技术问题，制备发泡倍率稳定、泡孔结构完好，且兼具优异的力学性能与阻燃性能的聚丙烯泡沫材料。

Preparation method of halogen-free flame retardant polypropylene foam material

【技术实现步骤摘要】
一种无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的制备方法
本专利技术涉及聚丙烯材料的制备领域，尤其涉及一种无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的制备方法。
技术介绍
发泡聚丙烯(ExpandedPolypropylene--EPP)成型制品，拥有良好的力学性能、隔音性能、绿色环保且易降解等性能，近几年在汽车、包装、建筑、隔音隔热等领域得到了广泛的应用，正逐步取代聚氨酯、聚苯乙烯、聚乙烯等泡沫制品。虽然聚丙烯及其发泡材料性能优良，应用范围大，但因其极限氧指数(LOI值)仅为18，属于易燃材料，其发泡材料特别是高倍率发泡产品(密度低于30kg/m3)更易被引燃，这不仅限制了其使用范围，而且由此引发的火灾会给人类社会带来重大的人员伤亡及经济损失。而现在市面上用的比较多的建筑材料、保温材料主要有发泡PS、发泡PU等，这类聚合物大多使用含卤阻燃剂，虽然有较好的阻燃效果，但在燃烧过程中会释放出大量的有毒气体及大量浓烟，因此得到一种新型绿色环保及具有较好阻燃性能的发泡材料尤为重要。目前，已有关于阻燃性发泡聚丙烯材料的报道。如专利申请公布号为CN106566076A的中国专利技术专利公开了一种阻燃聚丙烯发泡珠粒及其生产工艺，该阻燃聚丙烯发泡珠粒包括聚丙烯基体，还包括阻燃体系，阻燃体系的重量份的组分构成为：纳米二氧化硅：6.7-6.9份，气相法白炭黑：2.5-2.7份，甲基含氢硅油：91-93份，羟基聚二甲基硅氧烷：0.5-0.7份，相容剂：0.5-0.7份，偶联剂：1.1-1.3份，流平剂：1.5-1.7份，混合氯化稀土：0.3-0.5份。该技术方案中公开的阻燃体系能有效改善聚丙烯发泡珠粒的阻燃性能，将LOI提升至31％，但该阻燃体系成分过于复杂；且使用发泡专用挤出机挤出发泡，也不适用于间歇式釜压发泡法，因此，并不适合大规模的工业化生产。以氮磷为主要阻燃元素构成的膨胀型阻燃剂是近年来聚烯烃阻燃改性的研究热点。燃烧时，材料表面燃烧受热，表面膨胀，形成一层致密炭层，阻隔空气，从而起到阻燃效果。然而，膨胀型阻燃剂与聚丙烯的相容性较差，且聚丙烯材料具有发泡窗口窄、熔体强度低等特点，因此阻燃剂的添加将会对发泡聚丙烯泡孔形态、发泡倍率等造成一定的影响，进而影响发泡聚丙烯成型成品的力学性能。专利申请公布号为CN108250577A的中国专利技术专利公开了一种阻燃低导热的发泡聚丙烯珠粒及其制备工艺，该阻燃低导热的发泡聚丙烯珠粒包括高熔体强度聚丙烯、发泡成核剂、阻燃剂、抗氧剂、润滑剂和分散剂，阻燃剂为十溴二苯乙烷、磷酸铵、聚磷酸铵、硫酸铵、酚醛树脂、淀粉、三聚氰胺、碳酸钙、碳酸氢钙、蛭石中的一种或几种。制备工艺包括：1)各组分按比例投入双螺杆挤出机，挤出、切粒制成粒径为3-5μm的发泡母粒；2)将发泡母粒转入高压反应釜进行一次发泡，一次发泡的温度为140-160℃，压力为30个大气压，时间为20-30min，一次发泡结束后，发泡程度为8-10倍，得到一次发泡珠粒；3)将一次发泡珠粒转移至预压罐进行二次发泡，温度为140-160℃，压力为10个大气压，时间为20-30min，二次发泡结束后，发泡程度为5-6倍，得到发泡完成的聚丙烯珠粒，再经筛选，得到粒径为3-5mm的发泡聚丙烯珠粒。该技术方案中采用的阻燃剂中提及有膨胀型阻燃剂，但并未提供具体实施方式给出该发泡聚丙烯珠粒的阻燃性能、导热性能及力学性能。同时，该技术方案中的制备工艺采用高熔体强度的聚丙烯，对原料的要求较高，需要原料熔融指数在1.0-10g/min，会对最后泡沫材料的物性有较大的影响。因此，该技术方案对于如何通过配方设计以及制备工艺的优化来获得兼具优异的力学性能与阻燃性能的发泡聚丙烯产品给予启示。
技术实现思路
本专利技术提供了一种无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的制备方法，解决了膨胀型阻燃剂的添加对发泡聚丙烯泡孔形态、发泡倍率的影响，进而影响无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的力学性能的技术问题，制备发泡倍率稳定、泡孔结构完好，且兼具优异的力学性能与阻燃性能的聚丙烯泡沫材料。具体的技术方案如下：一种无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的制备方法，包括：(1)称取聚丙烯100重量份、膨胀型复合阻燃剂5～35重量份，以及发泡助剂1～5重量份，混合均匀后经挤出造粒制备可发性聚丙烯微粒；(2)将步骤(1)制备的可发性聚丙烯微粒、水、分散剂、发泡剂置于高压反应釜中，加压加热，经预发泡得到发泡聚丙烯珠粒；(3)步骤(2)制备的发泡聚丙烯珠粒经水蒸气模塑成型后，制得无卤阻燃聚丙烯泡沫材料。步骤(1)中，所述聚丙烯选自丙烯-乙烯二元无规共聚物和/或丙烯-乙烯-丁烯的三元无规共聚物；所述聚丙烯中，丙烯所占摩尔比大于60％；优选地，丙烯所占摩尔比为60～95％。步骤(1)中，所述膨胀型复合阻燃剂选自酸源、气源与炭源的混合物；所述酸源选自磷酸、硼酸、磷酸盐、磷酸酯、聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐中的至少一种；所述气源选自尿素、三聚氰胺、聚酰胺、铵盐、三聚氰胺磷酸盐、聚磷酸铵中的至少一种；所述炭源选自淀粉、蔗糖、糊精、季戊四醇、双季戊四醇、乙二醇、酚醛树脂中的至少一种。优选地，所述膨胀型复合阻燃剂中，所述酸源、气源与炭源的重量比为2～4：1：1。当选自聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、磷酸二氢铵等同时含有P、N元素的化合物时，可以同时作为酸源和气源。此时，碳源、气源的总重量与炭源的重量之比为2～4：1。步骤(1)中，所述发泡助剂包括抗氧化剂、稳定剂、抗紫外剂、抗静电剂、成核剂、润滑剂、色母中的至少一种。可根据具体情况选择加入其中的一种或多种，且每种助剂均可选择本领域常用的品种。步骤(2)中，所述分散剂由无机分散剂与有机分散剂组成，所述无机分散剂选自纳米粘土、蒙脱土、高岭土、碱金属磷酸盐中的至少一种，所述有机分散剂选自硬脂酸单甘油酯、乙烯基双硬脂酰胺、硬脂酸钙、苯磺酸钠中的至少一种；优选地，所述无机分散剂与有机分散剂的重量比为2：1。步骤(2)中，所述发泡剂选自二氧化碳、氮气、丙烷、丁烷、戊烷中的至少一种。优选地，所述可发性聚丙烯微粒、水、分散剂与发泡剂的重量比为100：300～500：2～5：(10～20)。。步骤(2)中，所述预发泡的温度为130～160℃，压力为1.8～7.0MPa；所述发泡聚丙烯珠粒的发泡倍率为5～20倍，密度为0.045～0.18g/cm3。对发泡聚丙烯珠粒进行测试发现，其DSC熔融曲线中出现了三个熔融峰结构，其中高温熔融峰是在发泡过程中，发泡温度达到聚丙烯熔点附近，颗粒中未熔融的晶体在发泡剂气体的诱导下重新排列形成新的结晶结构，使其熔点高于原聚丙烯颗粒熔点。在发泡聚丙烯珠粒水蒸气模塑成型过程中，三个熔融峰的存在使蒸汽压力的范围值更大，成型蒸汽温度处于最低与最高熔融峰之间，而中间一个熔融峰的存在使成型温度压力的选择更加精准，有利于粒子之间的粘接，且其最低温熔融峰熔融重结晶促使粒子表面的粘结，而最高温熔融峰则可以保持泡孔形态的不变，从而得到力学性能优良的泡沫制品。步骤(3)中，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括：/n(1)称取聚丙烯100重量份、膨胀型复合阻燃剂5～35重量份，以及发泡助剂1～5重量份，混合均匀后经挤出造粒制备可发性聚丙烯微粒；/n(2)将步骤(1)制备的可发性聚丙烯微粒、水、分散剂、发泡剂置于高压反应釜中，加压加热，经预发泡得到发泡聚丙烯珠粒；/n(3)步骤(2)制备的发泡聚丙烯珠粒经水蒸气模塑成型后，制得无卤阻燃聚丙烯泡沫材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括：
(1)称取聚丙烯100重量份、膨胀型复合阻燃剂5～35重量份，以及发泡助剂1～5重量份，混合均匀后经挤出造粒制备可发性聚丙烯微粒；
(2)将步骤(1)制备的可发性聚丙烯微粒、水、分散剂、发泡剂置于高压反应釜中，加压加热，经预发泡得到发泡聚丙烯珠粒；
(3)步骤(2)制备的发泡聚丙烯珠粒经水蒸气模塑成型后，制得无卤阻燃聚丙烯泡沫材料。


2.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述聚丙烯选自丙烯-乙烯二元无规共聚物和/或丙烯-乙烯-丁烯的三元无规共聚物；
所述聚丙烯中，丙烯所占摩尔比大于60％。


3.根据权利要求2所述的无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，所述聚丙烯中，丙烯所占摩尔比为60～95％。


4.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述膨胀型复合阻燃剂选自酸源、气源与炭源的混合物；
所述酸源选自磷酸、硼酸、磷酸酯、聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐中的至少一种；
所述气源选自尿素、三聚氰胺、聚酰胺、铵盐、三聚氰胺磷酸盐、聚磷酸铵中的至少一种；
所述炭源选自淀粉、蔗糖、糊精、季戊四醇、双季戊四醇、乙二醇、酚醛树脂中的至少一种。


5.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述发泡助剂包括抗氧化剂、稳定剂、抗紫外剂、抗静电剂、成核剂、润滑剂、色母中的至少一种。


6.根据权利要求1所述的无卤阻燃聚丙烯泡沫材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)中：
所述分散剂由无机分散剂与有机分散剂组成，所述无机分散剂选自纳米粘土、蒙脱土、高岭土、碱金属磷酸盐中的至少一种，所述有机分散剂选自硬脂酸单甘油酯、乙烯基双硬脂酰胺、硬...

【专利技术属性】
技术研发人员：蓝小琴，郑文革，吴飞，罗海斌，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，
类型：发明
国别省市：浙江;33