一种MPPR/POSS/GF复合协效无卤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MPPR/POSS/GF复合协效无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。该阻燃聚丙烯复合材料的原料组分主要包括聚丙烯、单分子膨胀型阻燃剂MPPR、八乙烯基低聚倍半硅氧烷、玻璃纤维及马来酸酐接枝聚丙烯；其中所述单分子膨胀型阻燃剂MPPR，其原料组分包括植酸、多元醇、三聚氰胺，且植酸、多元醇、三聚氰胺摩尔比为1：(2.4～2.6)：(1.9～2.1)，其制备方法是植酸先与多元醇搅拌反应后再加入三聚氰胺进行反应。制备所得阻燃聚丙烯复合材料阻燃效率高，力学强度高，可满足阻燃PP在高强度高模量应用场合的要求。模量应用场合的要求。模量应用场合的要求。

【技术实现步骤摘要】
一种MPPR/POSS/GF复合协效无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于单分子膨胀型阻燃剂
，涉及一种MPPR/POSS/GF复合协效无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]聚丙烯综合性能优良，应用广泛，但聚丙烯的全碳氢链结构使得PP极易燃烧，且燃烧时会产生大量有焰熔滴，释放大量的热量，极易传播火焰而引发火灾，危害人们的生命和财产安全，严重限制其在某些需要高阻燃性领域的应用。因此，为了拓宽聚丙烯的应用范围，研制新型阻燃PP复合材料十分迫切。根据目前聚丙烯用阻燃剂的发展和环保要求，卤系阻燃剂因燃烧时会释放出大量有毒烟雾和气体，严重危害人体健康和环保安全，其应用逐步受到限制，因此开发绿色、环保的无卤阻燃剂是聚丙烯阻燃的研究热点和发展方向。
[0003]膨胀型阻燃剂(IFR)由于具有低毒、低烟、阻燃效率较高等优点被认为是最有发展前途的无卤阻燃剂之一。传统研究较多的IFR一般以混合膨胀型阻燃剂为主，如由聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)和三聚氰胺(ME)按一定比例复配而成的最简单混合IFR体系。但上述这种传统IFR体系热稳定性差，APP和PER容易吸湿析出，此外PER也容易在加工和使用过程中迁移至基体表面，严重劣化PP的阻燃性能、力学性能和服役性能。因此，有必要研究和构建新的适于PP阻燃的膨胀阻燃体系。
[0004]植酸(PA)，又名环己六醇六磷酸，分子式C6H
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O
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P6，主要存在于植物种子、根干和茎中，环境友好，磷含量高(高达28wt％)。目前，已有将植酸用于聚合物阻燃的文献报道，但将其应用于合成适于聚丙烯(PP)的无卤阻燃剂尤其是膨胀型阻燃剂的研究仍较少，且通常阻燃效率不佳，例如将植酸与哌嗪合成植酸盐阻燃PP时其氧指数仅能提高至25.5％。
[0005]而现有技术中，为了解决上述混合型膨胀阻燃剂的缺点，研究者合成了一种具酸源、炭源和气源三位一体的单分子膨胀型阻燃剂，并将其用于聚合物的阻燃。
[0006]中国授权专利技术“一种含磷
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氮
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碳聚合型膨胀型阻燃剂的制备方法及其用途”(授权公开号CN106519239B)公开了一种具纳米片状结构的含磷
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氮
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碳聚合型膨胀型阻燃剂的制备方法，其特征是：取植酸、三聚氰胺和溶剂，植酸与三聚氰胺的物质的量之比为1:3～1:15，溶剂的用量为每0.01mol三聚氰胺添加溶剂20～50ml；向装有温度计和搅拌器的反应容器中加入三聚氰胺，搅拌下加入溶剂，在温度20～40℃下加入植酸，搅拌反应20～50分钟，得反应液；将反应液倒入反应釜中，在温度70～120℃下反应24～56h，冷却、抽滤，固体物用乙醇洗涤后、再用水洗涤至pH为7，干燥，即制得。
[0007]该授权专利中是以植酸作为酸源和炭源，以三聚氰胺作为气源制备得到了简称为PAMA的膨胀型阻燃剂，并通过其说明书中应用例4公开了当PAMA为25wt％添加时阻燃聚丙烯(PP)达到了29.6％的氧指数，垂直燃烧性能UL
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94达到了V
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0等级。
[0008]但是，该专利是以植酸同时作为酸源和炭源，且通过较大的三聚氰胺添加比例(1:3～1:15)构成阻燃共聚单体。其中，植酸的具体化学结构式如下：
[0009][0010]可明显看出植酸相对来说碳含量较低(10.9wt％，常用炭源季戊四醇的碳含量为44.1wt％)，其作为炭源时不利于成炭反应的发生，并且膨胀型阻燃剂中三聚氰胺也因其碳含量较低通常无法作为合适的炭源。
[0011]需要重点说明的是，膨胀型阻燃剂中炭源是形成泡沫炭质层的基础。聚合物燃烧时，酸源部分的主要作用是分解产生无机酸(通常为磷酸或偏磷酸)，催化炭源(成炭剂)发生脱水反应形成炭层，同时偏磷酸还能促使聚合物脱水炭化，增强凝聚相阻燃效果，因此，一方面酸源中的磷含量高低对膨胀型阻燃剂的阻燃效果有很大影响，另一方面炭源也需具有较高的碳含量在燃烧时形成脱水炭层覆盖在阻燃材料的表面，有效隔绝基体与外界热量和氧气的传递，从而降低材料的可燃性。
[0012]因此，虽然该授权专利技术方案在实验室测试条件下仍具有较佳的阻燃性能，但基于其阻燃剂组分构成的理论分析，PAMA总体碳含量低下，在基体材料点燃时，其炭化速度较慢，由气源分解产生的不燃气体可能将炭层顶起或吹破，不能形成有效的膨胀炭层结构隔绝基体与外界热氧的接触，在发生大面积着火时难以自熄，不能取得理想的阻燃效果。
[0013]但是，若在该
技术实现思路
的基础中进一步添加使用充当炭源的组分(如季戊四醇)复配制备，如该授权专利
技术介绍
中记载：
“……
在实际应用中往往需要和一些充当炭源的物质(如季戊四醇)复配使用才能具有较好的效果，同时需要较高的添加量。”又根据现有技术可知传统单分子膨胀型阻燃剂中聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇物质的量比例通常为2：1：1左右，因此在该
技术实现思路
上基础上的确需要添加较高添加量的季戊四醇，但此时植酸的添加量过低导致磷含量降低将极大的影响到阻燃性能。
[0014]同时，又由于植酸、三聚氰胺、季戊四醇的酸源、气源、炭源体系为三组分体系，且三聚氰胺与季戊四醇都为多官能团化合物，都存在有多个基团能够与植酸中六个磷酸基团形成化学键，无法通过彼此间的化学结构确定最适宜的反应合成比例。因此为了提高使用植酸作为酸源的膨胀型阻燃剂的综合阻燃性能，势必需要针对酸源、气源、炭源三组分体系进行更深一步的探索与研究。

技术实现思路

[0015]本专利技术的目的在于克服上述的现有技术问题，提供一种MPPR/POSS/GF复合协效无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。制备所得阻燃聚丙烯复合材料阻燃效率高，力学强度高，可满足阻燃PP在高强度高模量应用场合的要求。
[0016]为实现上述目的，本专利技术是采用由以下技术措施构成的技术方案来实现的。
[0017]一种MPPR/POSS/GF复合协效无卤阻燃聚丙烯复合材料，按重量份数计，主要包括
以下组分：
[0018][0019]且总重量份数为100份；
[0020]所述单分子膨胀型阻燃剂MPPR，是由组分包括植酸、多元醇、三聚氰胺制备得到，且植酸、多元醇、三聚氰胺摩尔比为1：(2.4～2.6)：(1.9～2.1)；
[0021]其中所述多元醇为季戊四醇、双季戊四醇和三季戊四醇中的至少一种。
[0022]上述单分子膨胀型阻燃剂MPPR的制备方法，包括以下步骤：
[0023](1)将植酸配置为植酸溶液；
[0024](2)将多元醇加入步骤(1)所得的植酸溶液，于95～100℃条件下搅拌反应至少1h；再加入三聚氰胺，继续于95～100℃条件下搅拌反应至少0.5h，即得混合溶液；
[0025](3)将步骤(2)所得混合溶液冷却后进行干燥至恒重，即得单分子膨胀型阻燃剂MPPR。
[0026]其中，上述制备方法本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种MPPR/POSS/GF复合协效无卤阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于按重量份数计，主要包括以下组分：所述单分子膨胀型阻燃剂MPPR，是由组分包括植酸、多元醇、三聚氰胺制备得到，且植酸、多元醇、三聚氰胺摩尔比为1：(2.4～2.6)：(1.9～2.1)；其中所述多元醇为季戊四醇、双季戊四醇和三季戊四醇中的至少一种。2.根据权利要求1所述阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于所述单分子膨胀型阻燃剂MPPR的制备方法，包括以下步骤：(1)将植酸配置为植酸溶液；(2)将多元醇加入步骤(1)所得的植酸溶液，于95～100℃条件下搅拌反应至少1h；再加入三聚氰胺，继续于95～100℃条件下搅拌反应至少0.5h，即得混合溶液；(3)将步骤(2)所得混合溶液冷却后进行干燥至恒重，即得单分子膨胀型阻燃剂MPPR；其中，上述制备方法中所用植酸、多元醇、三聚氰胺摩尔比为1：(2.4～2.6)：(1.9～2.1)，其中所述多元醇为季戊四醇、双季戊四醇和三季戊四醇中的至少一种。3.根据权利要求2所述阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：步骤(1)中所述将植酸配置为植酸溶液，是将植酸以0.125～0.25mol/L的摩尔浓度比例配置为植酸溶液。4.根据权利要求2所述阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：步骤(2)中所述将多元醇加入步骤(1)所得的植酸溶液，于95～100℃条件下搅拌反应至少1h，其中搅拌反应是于封闭条件或冷凝回流条件下搅拌反应。5.根据权利要求2所述阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于：所述制备方法中所用植酸、季戊四醇、三聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈英红，张铭丹，王琪，华正坤，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：