本發(fā)明涉及一種聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料及其制備方法，不依賴傳統(tǒng)的鹵/銻阻燃體系，屬與無(wú)鹵阻燃復(fù)合高分子材料
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：聚丙烯(Polypropylene，縮寫代號(hào)PP)作為一種質(zhì)輕，無(wú)毒，價(jià)廉的通用塑料，具有來(lái)源廣、密度低、力學(xué)性能好、絕緣性能優(yōu)、耐應(yīng)力、耐腐蝕及易加工成型等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于電器、化工、機(jī)械、紡織、食品包裝等行業(yè)。由于聚丙烯屬于碳?xì)漕惒牧?，其氧指?shù)僅在17.4%~18.5%，易燃且燃燒速度快，并在燃燒中產(chǎn)生大量熔滴，極易傳播火焰，給人們的生產(chǎn)生活帶來(lái)諸多隱患。為了克服這一缺點(diǎn)，人們往往在聚丙烯中添加各種阻燃劑。目前市場(chǎng)上的阻燃聚丙烯復(fù)合材料仍大量采用鹵/銻阻燃體系，此類材料燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量有毒煙霧，不僅造成儀器設(shè)備的腐蝕，還會(huì)阻礙救援人員及受災(zāi)人員的轉(zhuǎn)移。除此之外，無(wú)機(jī)阻燃劑如氫氧化鋁、氫氧化鎂等也被大量應(yīng)用，盡管此類阻燃劑無(wú)毒環(huán)保，但其添加量過(guò)大，影響了材料的力學(xué)性能。因此，目前阻燃劑開發(fā)的重點(diǎn)是抑煙、抑毒，研制新型環(huán)境友好的阻燃劑。本發(fā)明中用到的膨脹型阻燃劑很好的解決了以上問(wèn)題，其添加量比無(wú)機(jī)阻燃劑少的多，燃燒時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生腐蝕性氣體及其有害物質(zhì)。蒙脫土主要成分蒙脫石，由兩層Si-O四面體和一層Al-O八面體組成的層狀硅酸鹽晶體。具有很大的寬厚比（10~100），經(jīng)改性之后片層剝離，既能促進(jìn)成炭，起到良好的阻燃效果和抗滴落效果，又能增強(qiáng)抑煙效果。其阻燃高分子材料的機(jī)制包括成炭性及炭層結(jié)構(gòu)機(jī)制、化學(xué)反應(yīng)成炭機(jī)制、遷移富集機(jī)制及改性級(jí)季銨鹽影響機(jī)制。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有聚丙烯材料采用鹵/銻阻燃體系，產(chǎn)生有毒煙霧，造成儀器設(shè)備的腐蝕，危害身體以及環(huán)境的問(wèn)題。提供一種聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料的制備方法，此類材料相比無(wú)機(jī)阻燃復(fù)合材料，不僅添加量小，其阻燃性能也有明顯的改善，不會(huì)使材料的力學(xué)性能惡化。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題而采用的技術(shù)方案如下，一種聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料，其特征包括如下重量分?jǐn)?shù)的各組分：聚丙烯樹脂60~75份；納米蒙脫土1~3.5份；膨脹阻燃劑25~40份；阻燃協(xié)效劑1~2份；相容劑0~10份；抗氧劑0.2~0.5份。其中膨脹阻燃劑的組分如下：季戊四醇6.3~33.3；多聚磷酸銨50~62.5；三聚氰胺16.7~31.2。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述聚丙烯樹脂的特性粘度為10，熔點(diǎn)為175℃。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述納米蒙脫土為蒙脫土經(jīng)有機(jī)改性自制而得。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述膨脹阻燃劑為一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸銨、三聚氰胺經(jīng)高混機(jī)高速混合制得。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述阻燃協(xié)效劑為硼酸鋅。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述相容劑為馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述抗氧劑市售抗氧劑1010。一種聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：a)膨脹阻燃劑制備：將一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸銨和三聚氰胺，投入高混機(jī)，高速混合3~5分鐘；b)制備聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料：將重量份為60~75份的聚丙烯樹脂、重量份為25~40份的膨脹阻燃劑、重量份為1~3.5份的納米蒙脫土、重量份為1~2份的阻燃協(xié)效劑、重量份為0~10份的相容劑、重量份為0.2~0.5份的抗氧劑經(jīng)過(guò)高混機(jī)充分混合后，經(jīng)螺桿擠出機(jī)擠出造粒得到所述聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料，其中，螺桿擠出機(jī)的溫度范圍為175℃~200℃。在優(yōu)選的實(shí)施方式中，所述阻燃復(fù)合材料的阻燃級(jí)別為UL94V-0級(jí)。由于在發(fā)明采用的技術(shù)方案中，使用的阻燃劑采用了新型復(fù)配的膨脹阻燃劑，因此，與
背景技術(shù)：
相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明沒(méi)有依賴傳統(tǒng)的鹵/銻阻燃體系，燃燒后不產(chǎn)生腐蝕性氣體和有害物質(zhì)，不危害人體，不污染環(huán)境；2、本發(fā)明的阻燃復(fù)合材料應(yīng)相對(duì)于無(wú)機(jī)阻燃復(fù)合材料，填充量大大減少，具有更好的力學(xué)性能；3、本發(fā)明的采用的復(fù)配成分簡(jiǎn)單易得，成本低廉，制備工藝簡(jiǎn)便，便于生產(chǎn)和工業(yè)化。具體實(shí)施方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。實(shí)施例1本實(shí)施例中的聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料，由重量份為70份的聚丙烯樹脂，重量份為1份的納米蒙脫土，重量份為25份的膨脹阻燃劑（其中含33.3%重量份的季戊四醇，50%重量份的多聚磷酸銨和16.7%重量份的三聚氰胺），重量份為1份的阻燃協(xié)效劑，重量份為5份的相容劑，重量份為0.2份的抗氧劑復(fù)配加工制得。實(shí)施方式中，所述聚丙烯樹脂的特性粘度為10，熔點(diǎn)為175℃。實(shí)施方式中，所述納米蒙脫土為市售蒙脫土有機(jī)改性制得。實(shí)施方式中，所述膨脹阻燃劑為一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸銨、三聚氰胺經(jīng)高混機(jī)高速混合制得。實(shí)施方式中，所述阻燃協(xié)效劑為硼酸鋅。實(shí)施方式中，所述相容劑為馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯。實(shí)施方式中，所述抗氧劑為市售抗氧劑1010。一種聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：a)膨脹阻燃劑制備：將重量份為33.3%的季戊四醇，重量份為50%的多聚磷酸銨和重量份為16.7%的三聚氰胺預(yù)混后投入高混機(jī)，高速混合3~5分鐘；b)制備聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料：將重量份為70份的聚丙烯樹脂，重量份為1份的納米蒙脫土，重量份為25份的膨脹阻燃劑（其中含33.3%重量份的季戊四醇，50%重量份的多聚磷酸銨和16.7%重量份的三聚氰胺），重量份為1份的阻燃協(xié)效劑，重量份為5份的相容劑，重量份為0.2份的抗氧劑經(jīng)過(guò)高混機(jī)充分混合后，經(jīng)螺桿擠出機(jī)擠出造粒得到所述聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料，其中，螺桿擠出機(jī)的溫度范圍為175℃~200℃。實(shí)施方式中，所述阻燃復(fù)合材料的阻燃級(jí)別為UL94V-0級(jí)。實(shí)施例2本實(shí)施例中的聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料，由重量份為65份的聚丙烯樹脂，重量份為1份的納米蒙脫土，重量份為25份的膨脹阻燃劑（其中含33.3%重量份的季戊四醇，50%重量份的多聚磷酸銨和16.7%重量份的三聚氰胺），重量份為1份的阻燃協(xié)效劑，重量份為10份的相容劑，重量份為0.2份的抗氧劑復(fù)配加工制得。實(shí)施方式中，所述聚丙烯樹脂的特性粘度為10，熔點(diǎn)為175℃。實(shí)施方式中，所述納米蒙脫土為市售蒙脫土有機(jī)改性制得。實(shí)施方式中，所述膨脹阻燃劑為一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸銨、三聚氰胺經(jīng)高混機(jī)高速混合制得。實(shí)施方式中，所述阻燃協(xié)效劑為硼酸鋅。實(shí)施方式中，所述相容劑為馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯。實(shí)施方式中，所述抗氧劑為市售抗氧劑1010。一種聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：a)膨脹阻燃劑制備：將重量份為33.3%的季戊四醇，重量份為50%的多聚磷酸銨和重量份為16.7%的三聚氰胺預(yù)混后投入高混機(jī)，高速混合3~5分鐘；b)制備聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料：將重量份為65份的聚丙烯樹脂，重量份為1份的納米蒙脫土，重量份為25份的膨脹阻燃劑（其中含33.3%重量份的季戊四醇，50%重量份的多聚磷酸銨和16.7%重量份的三聚氰胺），重量份為1份的阻燃協(xié)效劑，重量份為10份的相容劑，重量份為0.2份的抗氧劑經(jīng)過(guò)高混機(jī)充分混合后，經(jīng)螺桿擠出機(jī)擠出造粒得到所述聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料，其中，螺桿擠出機(jī)的溫度范圍為175℃~200℃。實(shí)施方式中，所述阻燃復(fù)合材料的阻燃級(jí)別為UL94V-0級(jí)。實(shí)施例3本實(shí)施例中的聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料，由重量份為75份的聚丙烯樹脂，重量份為1份的納米蒙脫土，重量份為25份的膨脹阻燃劑（其中含20%重量份的季戊四醇，60%重量份的多聚磷酸銨和20%重量份的三聚氰胺），重量份為1份的阻燃協(xié)效劑，重量份為0.2份的抗氧劑復(fù)配加工制得。實(shí)施方式中，所述聚丙烯樹脂的特性粘度為10，熔點(diǎn)為175℃。實(shí)施方式中，所述納米蒙脫土為市售蒙脫土有機(jī)改性制得。實(shí)施方式中，所述膨脹阻燃劑為一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸銨、三聚氰胺經(jīng)高混機(jī)高速混合制得。實(shí)施方式中，所述阻燃協(xié)效劑為硼酸鋅。實(shí)施方式中，所述相容劑為馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯。實(shí)施方式中，所述抗氧劑為市售抗氧劑1010。一種聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：a)膨脹阻燃劑制備：將重量份為20%的季戊四醇，重量份為60%的多聚磷酸銨和重量份為20%的三聚氰胺預(yù)混后投入高混機(jī)，高速混合3~5分鐘；b)制備聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料：將重量份為75份的聚丙烯樹脂，重量份為1份的納米蒙脫土，重量份為25份的膨脹阻燃劑（其中含20%重量份的季戊四醇，60%重量份的多聚磷酸銨和20%重量份的三聚氰胺），重量份為1份的阻燃協(xié)效劑，重量份為0.2份的抗氧劑經(jīng)過(guò)高混機(jī)充分混合后，經(jīng)螺桿擠出機(jī)擠出造粒得到所述聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料，其中，螺桿擠出機(jī)的溫度范圍為175℃~200℃。實(shí)施方式中，所述阻燃復(fù)合材料的阻燃級(jí)別為UL94V-0級(jí)。實(shí)施例4本實(shí)施例中的聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料，由重量份為70份的聚丙烯樹脂，重量份為2份的納米蒙脫土，重量份為30份的膨脹阻燃劑（其中含20%重量份的季戊四醇，60%重量份的多聚磷酸銨和20%重量份的三聚氰胺），重量份為2份的阻燃協(xié)效劑，重量份為0.2份的抗氧劑復(fù)配加工制得。實(shí)施方式中，所述聚丙烯樹脂的特性粘度為10，熔點(diǎn)為175℃。實(shí)施方式中，所述納米蒙脫土為市售蒙脫土有機(jī)改性制得。實(shí)施方式中，所述膨脹阻燃劑為一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸銨、三聚氰胺經(jīng)高混機(jī)高速混合制得。實(shí)施方式中，所述阻燃協(xié)效劑為硼酸鋅。實(shí)施方式中，所述相容劑為馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯。實(shí)施方式中，所述抗氧劑為市售抗氧劑1010。一種聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：a)膨脹阻燃劑制備：將重量份為20%的季戊四醇，重量份為60%的多聚磷酸銨和重量份為20%的三聚氰胺預(yù)混后投入高混機(jī)，高速混合3~5分鐘；b)制備聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料：將重量份為70份的聚丙烯樹脂，重量份為2份的納米蒙脫土，重量份為30份的膨脹阻燃劑（其中含20%重量份的季戊四醇，60%重量份的多聚磷酸銨和20%重量份的三聚氰胺），重量份為2份的阻燃協(xié)效劑，重量份為0.2份的抗氧劑經(jīng)過(guò)高混機(jī)充分混合后，經(jīng)螺桿擠出機(jī)擠出造粒得到所述聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料，其中，螺桿擠出機(jī)的溫度范圍為175℃~200℃。實(shí)施方式中，所述阻燃復(fù)合材料的阻燃級(jí)別為UL94V-0級(jí)。實(shí)施例5本實(shí)施例中的聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料，由重量份為65份的聚丙烯樹脂，重量份為2份的納米蒙脫土，重量份為35份的膨脹阻燃劑（其中含6.3%重量份的季戊四醇，62.5%重量份的多聚磷酸銨和31.2%重量份的三聚氰胺），重量份為1份的阻燃協(xié)效劑，重量份為0.2份的抗氧劑復(fù)配加工制得。實(shí)施方式中，所述聚丙烯樹脂的特性粘度為10，熔點(diǎn)為175℃。實(shí)施方式中，所述納米蒙脫土為市售蒙脫土有機(jī)改性制得。實(shí)施方式中，所述膨脹阻燃劑為一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸銨、三聚氰胺經(jīng)高混機(jī)高速混合制得。實(shí)施方式中，所述阻燃協(xié)效劑為硼酸鋅。實(shí)施方式中，所述相容劑為馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯。實(shí)施方式中，所述抗氧劑為市售抗氧劑1010。一種聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：a)膨脹阻燃劑制備：將重量份為6.3%的季戊四醇，重量份為62.5%的多聚磷酸銨和重量份為31.2%的三聚氰胺預(yù)混后投入高混機(jī)，高速混合3~5分鐘；b)制備聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料：將重量份為65份的聚丙烯樹脂，重量份為2份的納米蒙脫土，重量份為25份的膨脹阻燃劑（其中含6.3%重量份的季戊四醇，62.5%重量份的多聚磷酸銨和31.2%重量份的三聚氰胺），重量份為1份的阻燃協(xié)效劑，重量份為0.2份的抗氧劑經(jīng)過(guò)高混機(jī)充分混合后，經(jīng)螺桿擠出機(jī)擠出造粒得到所述聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料，其中，螺桿擠出機(jī)的溫度范圍為175℃~200℃。實(shí)施方式中，所述阻燃復(fù)合材料的阻燃級(jí)別為UL94V-0級(jí)。實(shí)施例6本實(shí)施例中的聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料，由重量份為60份的聚丙烯樹脂，重量份為3.5份的納米蒙脫土，重量份為40份的膨脹阻燃劑（其中含6.3%重量份的季戊四醇，62.5%重量份的多聚磷酸銨和31.2%重量份的三聚氰胺），重量份為1份的阻燃協(xié)效劑，重量份為0.2份的抗氧劑復(fù)配加工制得。實(shí)施方式中，所述聚丙烯樹脂的特性粘度為10，熔點(diǎn)為175℃。實(shí)施方式中，所述納米蒙脫土為市售蒙脫土有機(jī)改性制得。實(shí)施方式中，所述膨脹阻燃劑為一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸銨、三聚氰胺經(jīng)高混機(jī)高速混合制得。實(shí)施方式中，所述阻燃協(xié)效劑為硼酸鋅。實(shí)施方式中，所述相容劑為馬來(lái)酸酐接枝聚丙烯。實(shí)施方式中，所述抗氧劑為市售抗氧劑1010。一種聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟：a)膨脹阻燃劑制備：將重量份為6.3%的季戊四醇，重量份為62.5%的多聚磷酸銨和重量份為31.2%的三聚氰胺預(yù)混后投入高混機(jī)，高速混合3~5分鐘；b)制備聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料：將重量份為60份的聚丙烯樹脂，重量份為3.5份的納米蒙脫土，重量份為40份的膨脹阻燃劑（其中含6.3%重量份的季戊四醇，62.5%重量份的多聚磷酸銨和31.2%重量份的三聚氰胺），重量份為1份的阻燃協(xié)效劑，重量份為0.2份的抗氧劑經(jīng)過(guò)高混機(jī)充分混合后，經(jīng)螺桿擠出機(jī)擠出造粒得到所述聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料，其中，螺桿擠出機(jī)的溫度范圍為175℃~200℃。實(shí)施方式中，所述阻燃復(fù)合材料的阻燃級(jí)別為UL94V-0級(jí)。為了考察本發(fā)明所制備的聚丙烯納米蒙脫土膨脹阻燃復(fù)合材料力學(xué)性能及阻燃性能的效果，對(duì)上述實(shí)施例所制備的新型聚丙烯無(wú)鹵納米蒙脫土阻燃復(fù)合材料按GB/T1040-2006標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了拉伸強(qiáng)度測(cè)試，按GB/T9341-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了彎曲性能的測(cè)定，按GB/T1043-2008標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了沖擊性能測(cè)試，按ASTM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了垂直燃燒測(cè)試，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)下表。測(cè)試項(xiàng)目實(shí)施例1實(shí)施例2實(shí)施例3實(shí)施例4實(shí)施例5實(shí)施例6拉伸強(qiáng)度(MPa)292926262824彎曲強(qiáng)度(MPa)534747464744彎曲模量(MPa)253719862384253725613492沖擊強(qiáng)度(kJ/m2)211929252319阻燃性能（UL-94）V-0V-0V-0V-0V-0V-0當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3