一种低热释放的无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供一种低热释放的无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法和应用，低热释放的无卤阻燃聚丙烯材料包括以下组分：60wt％～70wt％聚丙烯树脂、20wt％～30wt％磷氮膨胀型阻燃剂、5wt％～10wt％有机改性海泡石、1wt％～3wt％磷酸锆、0.5wt％～1wt％偶联剂、0.2wt％～0.5wt％抗氧剂、0.3wt％～1.2wt％润滑剂、0.2wt％～0.6wt％抗滴落剂；所述有机改性海泡石依次经过酸、偶联剂表面改性。本发明专利技术的聚丙烯材料阻燃等级达到UL94V0级，热释放量MAHRE值≤60或90kW/m2，满足欧盟EN45455

【技术实现步骤摘要】
一种低热释放的无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于高分子材料
，尤其涉及一种低热释放的无卤阻燃聚丙烯材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]车辆及内饰的防火阻燃性能对轨道交通运输过程的安全起着至关重要的作用，随着轨道交通的飞速发展，国内外市场对交通工具非金属部件和材料的防火阻燃能力的要求也越来越高。为了确保乘客的安全，各国政府对轨道车辆材料和部件的燃烧特性和燃烧并发现象有了强制性的规定。欧洲铁路标准EN45545
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2是轨道交通行业最为流行、影响力最大的阻燃标准，其阻燃要求包括燃烧性能、热量释放、烟密度和烟毒性。
[0003]热释放速率体现了火灾放热强度随时间的变化情况，决定了车内温度的高低及烟气产生量的多少。根据火灾的风险程度，EN45545
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2标准划分了HL1、HL2、HL3共3个火灾风险等级。其中，HL1对热释放没做具体要求，HL2要求热释放(MAHRE)≤90kW/m2，HL3的要求最高、最为严格，热释放(MAHRE)不得超过60kW/m2。
[0004]聚丙烯(PP)树脂具有质量轻、耐化学性、耐热性、电绝缘性、高强度机械性能和良好的高耐磨加工性能等优点，广泛应用于电子、家电、汽车、建筑、轨道交通等领域。与多数有机高分子材料一样，PP树脂为可燃材料，其极限氧指数很低(仅为18％)，故对其阻燃改性是一种趋势和必然。常规的无卤阻燃PP材料烟密度低、发烟量少，侧重于通过评价阻燃等级来优化配方，即大多都能满足UL94/>‑
V0的要求，但其热释放速率一般都在110kW/m2以上，难以满足轨道交通日益严苛的阻燃标准。因此，提供一种无卤阻燃聚丙烯材料，其不仅有良好的阻燃性能，还具有更低热释放速率、以及良好的力学性能，成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术第一个方面提出一种低热释放的无卤阻燃聚丙烯材料，能够满足轨道交通产品对安全性的要求。
[0006]本专利技术的第二个方面提出了一种所述低热释放的无卤阻燃聚丙烯材料的制备方法。
[0007]本专利技术的第三个方面提出了一种所述低热释放的无卤阻燃聚丙烯材料的应用。
[0008]根据本专利技术的第一个方面，提出了一种低热释放的无卤阻燃聚丙烯材料，包括以下组分：60wt％～70wt％聚丙烯树脂、20wt％～30wt％磷氮膨胀型阻燃剂、5wt％～10wt％有机改性海泡石、1wt％～3wt％磷酸锆、0.5wt％～1wt％偶联剂、0.2wt％～0.5wt％抗氧剂、0.3wt％～1.2wt％润滑剂、0.2wt％～0.6wt％抗滴落剂；所述有机改性海泡石依次经过酸、偶联剂表面改性。
[0009]本专利技术中，酸处理海泡石能打开海泡石原始的纤维束状结构，使其具有良好的分散性能，而偶联剂表面改性不仅将酸处理干燥过程中易结块的海泡石分散开来，更有效改
善聚丙烯和海泡石的界面相容性，提高聚丙烯复合材料的力学性能。同时，海泡石中含有丰富的结晶水、吸附水和结构水，海泡石在燃烧过程中的脱水会吸收大量的热量，起到吸热冷却的阻燃效果；此外，海泡石可以促进固相成炭，降低聚丙烯燃烧时的热释放速率。而在复合材料燃烧时，磷酸锆会释放出结晶水，降低气相燃烧区中可燃物的浓度并吸收大量的热量，延缓聚合物基体热分解并降低燃烧速度。此外，阻燃剂与磷酸锆分解的产物能形成保护膜覆盖在聚合物表面，不仅能阻隔聚合物降解产生的挥发性产物向气相的传质过程，而且也阻隔了气相燃烧产生的热量向凝聚相的反馈,有效降低热释放。
[0010]在本专利技术的一些实施方式中，所述有机改性海泡石的长径比为1:(50～100)。
[0011]在本专利技术的一些优选的实施方式中，所述有机改性海泡石的制备方法包括以下步骤：将海泡石置于盐酸中振荡搅拌处理制得第一表面处理海泡石，第一表面处理海泡石与硅烷偶联剂搅拌处理，固化后制得所述有机改性海泡石。
[0012]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述盐酸的浓度为1mol/L～6mol/L。
[0013]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述振荡搅拌的温度为50℃～80℃，时间为3h～6h。
[0014]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述第一表面处理海泡石与所述硅烷偶联剂的质量比为(200～50)：1。
[0015]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述搅拌的转速为1000rpm～1500rpm，时间为10min～30min。
[0016]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述固化的温度为90℃～120℃，时间为30min～60min。
[0017]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述有机改性海泡石的制备方法包括以下步骤：将海泡石置于盐酸中振荡搅拌处理，过滤、干燥后制得第一表面处理海泡石，第一表面处理海泡石与硅烷偶联剂搅拌处理，固化后制得所述有机改性海泡石。
[0018]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述聚丙烯树脂包括均聚聚丙烯树脂和/或共聚聚丙烯树脂；优选地，所述聚丙烯树脂在230℃、2.16Kg测试条件下的熔融指数为10g/min～30g/min。更优选地，所述聚丙烯树脂为在230℃、2.16Kg测试条件下的熔融指数为20g/min～30g/min的均聚聚丙烯树脂，这类树脂为如中石化PPH
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Z30S、PPH
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Y26。
[0019]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述磷氮膨胀型阻燃剂包括聚磷酸铵和/或焦磷酸哌嗪；优选地，所述磷氮膨胀型阻燃剂包括EPFR
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110DM或EPFR
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110DL。
[0020]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述磷酸锆包括3α
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层状纳米磷酸锆；优选地，所述磷酸锆的平均粒径D50为5μm～15μm，比表面积为25sqm/g～100sqm/g。
[0021]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述偶联剂包括钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂；优选地，所述偶联剂包括单烷氧基焦磷酸酯型偶联剂、甲基丙烯酰氧基偶联剂的至少一种；进一步优选地，所述偶联剂包括异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(KR
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38S)、γ
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甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(KH570)的至少一种。
[0022]在本专利技术的一些更优选的实施方式中，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂和/或亚磷酸酯类抗氧剂；优选地，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂按重量比为1:(1～2)复配而成；进一步优选地，所述受阻酚类抗氧剂包括四[β
‑
(3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗氧剂1010)、β
‑
(3,5
‑
二叔丁基
‑4‑
羟基苯基)丙酸正十八碳醇
酯(抗氧剂1076)的至少一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低热释放的无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于：包括以下组分：60wt％～70wt％聚丙烯树脂、20wt％～30wt％磷氮膨胀型阻燃剂、5wt％～10wt％有机改性海泡石、1wt％～3wt％磷酸锆、0.5wt％～1wt％偶联剂、0.2wt％～0.5wt％抗氧剂、0.3wt％～1.2wt％润滑剂、0.2wt％～0.6wt％抗滴落剂；所述有机改性海泡石依次经过酸、偶联剂表面改性。2.根据权利要求1所述的低热释放的无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述有机改性海泡石的长径比为1:(50～100)。3.根据权利要求1所述的低热释放的无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述有机改性海泡石的制备方法包括以下步骤：将海泡石置于盐酸中振荡搅拌处理制得第一表面处理海泡石，第一表面处理海泡石与硅烷偶联剂搅拌处理，固化后制得所述有机改性海泡石。4.根据权利要求1所述的低热释放的无卤阻燃聚丙烯材料，其特征在于：所述磷酸锆的平均粒径D50为5μm～15μm，比表面积为25m...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐浩然，陈新泰，龚文幸，佘豪杰，黄方雁，陈配茵，
申请(专利权)人：广东聚石化学股份有限公司，
类型：发明
国别省市：