專利名稱：一種膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于阻燃材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料及 其制備方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯是一種用途非常廣泛，發(fā)展速度很快的熱塑性塑料，但由于其本身易燃，使 其在許多領(lǐng)域的應(yīng)用受到限制，所以在很多應(yīng)用場(chǎng)合都要求對(duì)其進(jìn)行阻燃改性。
《工程塑料應(yīng)用》(2005， 12: 55-57 )的"聚丙烯用阻燃劑研究進(jìn)展" 一文中提到， 目前膨脹阻燃體系已廣泛應(yīng)用于阻燃聚丙烯。但由于多數(shù)膨脹體系和聚丙烯基體的相容 性較差、熱分解溫度區(qū)間匹配程度不夠等原因，使得膨脹體系在阻燃聚丙烯時(shí)用量較多 而影響到材料的力學(xué)性能，還存在著熱穩(wěn)定性較差、成炭量低以及材料燃燒時(shí)伴隨有嚴(yán) 重的滴落現(xiàn)象等缺點(diǎn)。
另夕卜，聚丙烯/層狀硅酸鹽(粘土)納米復(fù)合材料也是阻燃材料研究領(lǐng)域熱點(diǎn)之一。 粘土屬天然礦物，自然界儲(chǔ)量大，價(jià)格低廉，而且易于有機(jī)改性處理和形成納米復(fù)合材 料。1976年日本專利JP51109998 "尼龍-6層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料的應(yīng)用"中首次 提出粘土在聚合物復(fù)合材料的阻燃方面存在應(yīng)用潛力。約翰維力(John Wiley)公司的 《聚合物先進(jìn)科技》(Polymer for advanced technologies, 2006， 17: 235-245 )雜志 "聚丙烯/層狀硅酸鹽(粘土)納米復(fù)合材料及其在阻燃領(lǐng)域的應(yīng)用" 一文中提到，聚丙烯 /粘土納米復(fù)合材料的阻燃性能和熱穩(wěn)定性能都較純聚丙烯有一定程度的提高。但是，僅 僅加入粘土無法使聚丙烯/粘土納米復(fù)合材料達(dá)到垂直燃燒測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中的UL-94 V0級(jí)， 從而限制了其應(yīng)用范圍。
約翰維力(John Wiley)公司的《聚合物國(guó)際》(Polymer International, 2003; 53: 1396 )雜志"膨脹阻燃蒙脫土阻燃聚丙烯層狀硅酸鹽納米復(fù)合材料" 一文中提到， 膨脹阻燃技術(shù)與聚丙烯/粘土納米復(fù)合技術(shù)相結(jié)合，形成納米復(fù)合協(xié)同高效阻燃體系，能 有效提高阻燃性能，達(dá)到相關(guān)的阻燃標(biāo)準(zhǔn)，火災(zāi)危險(xiǎn)性較低，并能保持或提高材料的其 他性能，從而達(dá)到使用要求。因此膨脹阻燃聚丙烯/粘土納米復(fù)合材料將會(huì)是一種具有相 當(dāng)潛力的新型阻燃材料。但是，若使膨脹阻燃蒙脫土阻燃聚丙烯層狀硅酸鹽納米復(fù)合材 料達(dá)到垂直燃燒測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中的UL-94 V0級(jí)，需要添加較多量的膨脹阻燃劑( 一般需要30 %以上)，這樣就嚴(yán)重影響了材料的力學(xué)性能。
荷蘭艾爾斯科學(xué)(Elsevier science)公司的《聚合物降解和穩(wěn)定》(Polymer degradation and stability, 2008， 93: 9-16)雜志"三氧化二鑭協(xié)同新型膨脹阻燃聚 丙烯體系" 一文中提到，稀土金屬氧化物三氧化二鑭，作為協(xié)效劑，應(yīng)用于膨脹阻燃聚 丙烯體系，發(fā)現(xiàn)其有利于降低膨脹型阻燃劑的用量，提高阻燃效率。但是至今有關(guān)將稀 土金屬氧化物如何具體？ 1入膨脹阻燃聚丙烯/粘土納米復(fù)合材料體系的技術(shù)卻鮮有相關(guān) 專利和文獻(xiàn)報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料及其制備方法，以 提高膨脹阻燃體系的阻燃效率、阻燃性能、熱穩(wěn)定性能。
本發(fā)明的膨脹阻燃聚丙蜂/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料，其特征在于由以下成分及其重量 配比纟且成
聚丙烯 65.0-70.0 %
高分子相容劑 3.0-8.0% 有機(jī)粘土 0. 5-2. 5%
膨脹阻燃劑 24.0% 稀土金屬氧化物 0.5-2.5% 。
本發(fā)明的膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在于按質(zhì)量 比將65. 0-70. 0%的聚丙烯與3. 0-8. 0%的高分子相容劑、0. 5-2. 5 %的有沖幾粘土、 24.0 %的膨脹型阻燃劑和0. 5-2. 5 %的稀土金屬氧化物混合均勻，然后將其在雙螺桿擠出機(jī) 中擠出造粒，即得到膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料。 所述聚丙烯選自等規(guī)聚丙烯、間規(guī)聚丙烯或無規(guī)聚丙烯；
所述高分子相容劑選自馬來酸酐接枝聚丙烯、乙酸酐接枝聚丙烯或丁二酸酐接枝聚
丙蜂；
所述膨脹阻燃劑由酸氣復(fù)合源與炭源按質(zhì)量比3~1: l組成，其中酸氣復(fù)合源選自 磷酸銨、聚磷酸銨、脲磷酸鹽或三聚氰胺磷酸鹽，炭源選自季戊四醇、季戊四醇雙聚體、 季戊四醇三聚體、酚醛樹脂、糊精或淀粉；
所述有機(jī)粘土選自有機(jī)改性蒙脫土 、層狀雙氫氧化物或水滑石；
所述稀土金屬氧化物選自三氧化二鑭、三氧化二銪、三氧化二釤、三氧化二鐿、三 氧化二鐠、或由三氧化二鑭和三氧化二銪按質(zhì)量比2 1: 1組成的混合稀土金屬氧化物、 由三氧化二鑭和三氧化二釤按質(zhì)量比2~1: 1組成的混合稀土金屬氧化物、由三氧化二 鑭和三氧化二鐿按質(zhì)量比2~1: 1組成的混合稀土金屬氧化物或由三氧化二鑭和三氧化 二鐠按質(zhì)量比2 ~ 1: 1組成的混合稀土金屬氧化物。
本發(fā)明提出的這種膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料及其制備方法，由于將 稀土金屬氧化物與膨脹阻燃體系和有機(jī)粘土三者結(jié)合起來，克服了現(xiàn)有膨脹阻燃聚丙燁 粘土納米復(fù)合材料存在的阻燃效率低的缺陷，以及材料熱穩(wěn)定性能較差的問題。
本發(fā)明的制備方法工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)無污染，生產(chǎn)成本較低。本發(fā)明的膨脹阻燃聚丙 烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料具有優(yōu)良的阻燃性能和熱穩(wěn)定性，當(dāng)加入的膨脹阻燃劑、稀土 金屬氧化物和有機(jī)粘土三者之間的質(zhì)量比為25: 1: 2時(shí)，所制備材料的氧指數(shù)高達(dá)32. 5, 通過垂直燃燒測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)UL-94 V0級(jí)，錐型量熱計(jì)測(cè)試中的熱釋放速率峰值只有240 kW m—2,總熱釋放量只有84 MJ . m—2;初始熱分解溫度266 °C, 最大熱分解溫度384 °C, 600 °C時(shí)得殘留質(zhì)量分?jǐn)?shù)8. 7%,可用于電器專用料，如電視、電腦、空調(diào)等，也可用 于汽車內(nèi)外飾件、電瓶外殼等。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明。 實(shí)施例1:
首先將聚丙烯和馬來酸肝接枝聚丙烯在80 °C干燥24小時(shí)，膨脹型阻燃劑和稀土 金屬氧化物在80 °C干燥18小時(shí)，有機(jī)改性蒙脫土 80 °C干燥6小時(shí)。
將670克的聚丙烯與50克的馬來酸酐接枝聚丙烯、15克的有機(jī)改性蒙脫土、 160 克的三聚氰胺磷酸鹽、90克的季戊四醇和15克的三氧化二鑭混合均勻；然后將其加入雙 螺桿擠出機(jī)中，在機(jī)組溫度170-190 。C，模頭溫度170 。C,螺桿轉(zhuǎn)速300 rpm,擠出造 粒，經(jīng)干燥，冷卻，即得到膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料。
通過極限氧指數(shù)測(cè)試儀，垂直燃燒測(cè)試儀對(duì)本實(shí)施例中制備得到的膨脹阻燃聚丙烯 /有^L粘土納米復(fù)合材料樣品進(jìn)行測(cè)試可知，此材料的氧指lt高達(dá)31.5,可達(dá)到UL-94 測(cè)試中的VO級(jí)；采用錐型量熱計(jì)對(duì)本實(shí)施例中制備得到的膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納 米復(fù)合材料樣品進(jìn)行測(cè)試可知，此材料最大熱釋放速率值只有259 kW nT2,總熱釋放量 只有85. 1 MJ m—2;經(jīng)過熱重分析儀對(duì)本實(shí)施例中制備得到的膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土 納米復(fù)合材料樣品進(jìn)行測(cè)試可知，此材料初始熱分解溫度273 。C, 最大熱分解溫度388 °C, 600 °C時(shí)得殘留質(zhì)量分?jǐn)?shù)12. 0% 。 實(shí)施例2:
首先將聚丙烯和馬來酸酐接枝聚丙烯在90 °C干燥12小時(shí)，膨脹型阻燃劑和稀土 金屬氧化物在90 。C干燥12小時(shí)，有機(jī)改性蒙脫土90 。C干燥4小時(shí)。
將670克的聚丙烯與50克的馬來酸if接枝聚丙烯、20克的有機(jī)改性蒙脫土、 160 克的三聚氰胺磷酸鹽、90克的季戊四醇和IO克的三氧化二鑭混合均勻；然后將其加入雙 螺桿擠出機(jī)中，在機(jī)組溫度170-190 。C,模頭溫度170 。C,螺桿轉(zhuǎn)速300 rpm,擠出造 粒，經(jīng)干燥，冷卻，即得到膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料。
通過極限氧指數(shù)測(cè)試儀，垂直燃燒測(cè)試儀對(duì)本實(shí)施例中制備得到的膨脹阻燃聚丙烯 /有機(jī)粘土納米復(fù)合材料樣品進(jìn)行測(cè)試可知，本實(shí)施例中制備得到的材料的氧指數(shù)高達(dá) 32. 5，可達(dá)到UL-94測(cè)試中的VO級(jí)；采用錐型量熱計(jì)測(cè)試可知，本實(shí)施例中制備得到的 材料最大熱釋放速率值只有240 kW . nT2，總熱釋放量只有84. 0 MJ . nf2;經(jīng)過熱重分析 儀測(cè)試可知，本實(shí)施例中制備得到的材料初始熱分解溫度266 °C, 最大熱分解溫度384 °C, 600 °C時(shí)得殘留質(zhì)量分?jǐn)?shù)8. 7 % 。
權(quán)利要求
1、一種膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料，其特征在于由以下成分及其重量配比組成:聚丙烯 65.0-70.0％高分子相容劑 3.0-8.0％有機(jī)粘土 0.5-2.5％膨脹阻燃劑 24.0％稀土金屬氧化物 0.5-2.5％。
2、 權(quán)利要求1所述膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料的制備方法，其特征在 于按質(zhì)量比將65. 0-70. 0%的聚丙烯與3. 0-8. 0 %的高分子相容劑、0. 5-2. 5%的有機(jī) 粘土、 24. 0 %的膨脹型阻燃劑和0. 5-2. 5 %的稀土金屬氧化物混合均勻，然后將其擠出 造粒，即得到膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料。
3、 如權(quán)利要求1所述膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料或權(quán)利要求2所述的 制備方法，特征在于所述聚丙烯選自等規(guī)聚丙烯、間規(guī)聚丙烯或無規(guī)聚丙烯。
4、 如權(quán)利要求1所述膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料或權(quán)利要求2所述的 制備方法，特征在于所述高分子相容劑選自馬來酸酐接枝聚丙烯、乙酸酐接枝聚丙烯或 丁二酸酐接枝聚丙烯。
5、 如權(quán)利要求1所述膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料或權(quán)利要求2所述的 制備方法，特征在于所述膨脹阻燃劑由酸氣源與炭源按質(zhì)量比3-1: 1組成，其中酸氣 源選自磷酸銨、聚磷酸銨、脲磷酸鹽或三聚氰胺磷酸鹽，炭源選自季戊四醇、季戊四醇 雙聚體、季戊四醇三聚體、酚醛樹脂、糊精或淀粉。
6、 如權(quán)利要求1所述膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料或權(quán)利要求2所述的 制備方法，特征在于所述有機(jī)粘土選自有機(jī)改性蒙脫土、層狀雙氫氧化物或水滑石。
7、如權(quán)利要求1所述膨脹阻燃聚丙蜂/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料或權(quán)利要求2所述的 制備方法，特征在于所述稀土金屬氧化物選自三氧化二鑭、三氧化二銪、三氧化二釤、 三氧化二鐿、三氧化二鐠、或由三氧化二鑭和三氧化二銪按質(zhì)量比2~1: 1組成的混合 稀土金屬氧化物、由三氧化二鑭和三氧化二釤按質(zhì)量比2~1: 1組成的混合稀土金屬氧 化物、由三氧化二鑭和三氧化二鐿按質(zhì)量比2-1: 1組成的混合稀土金屬氧化物或由三 氧化二鑭和三氧化二鐠按質(zhì)量比2-1: 1組成的混合稀土金屬氧化物。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種膨脹阻燃聚丙烯/有機(jī)粘土納米復(fù)合材料及其制備方法，特征是按質(zhì)量比將65.0-70.0％的聚丙烯與3.0-8.0％的高分子相容劑、0.5-2.5％的有機(jī)粘土、24.0％的膨脹型阻燃劑和0.5-2.5％的稀土金屬氧化物混合均勻，然后將其擠出造粒，即得產(chǎn)物；其氧指數(shù)高達(dá)33％，通過垂直燃燒測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)UL-94 V0級(jí)，錐型量熱計(jì)測(cè)試熱釋放速率峰值為250kW·m^-2，總熱釋放量為85MJ·m^-2；初始熱分解溫度為273℃，最大熱分解溫度為388℃，600℃時(shí)殘留質(zhì)量分?jǐn)?shù)12.0％；可用作電器專用料。
文檔編號(hào)C08L23/00GK101376727SQ200810155539
公開日2009年3月4日 申請(qǐng)日期2008年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月8日
發(fā)明者靖 吳, 順 周, 磊 宋, 源 胡 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)