一種環(huán)保型復(fù)合阻燃劑及其聚丙烯阻燃組合物的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種阻燃劑及其阻燃組合物，更具體地說涉及一種環(huán)保型復(fù)合阻燃劑 及其聚丙烯阻燃組合物。
【背景技術(shù)】
[0002] 聚丙烯（PP)是產(chǎn)量最大的熱塑性塑料，廣泛應(yīng)用于交通運輸、電子電器等領(lǐng)域。 但聚丙烯屬于易燃材料，其極限氧指數(shù)（LOI)僅為17.0%~17. 5%，且聚丙烯在燃燒過程 中不易成炭、并伴隨大量的溶滴，因此明顯限制了聚丙烯材料的進一步開發(fā)應(yīng)用。因此，開 展聚丙烯材料的阻燃研宄是聚丙烯材料開發(fā)的熱點之一。傳統(tǒng)的含鹵阻燃劑盡管效果顯 著，但燃燒時會放出大量煙霧和有毒氣體，對火災(zāi)現(xiàn)場人員的撤離和救援十分不利。近年 來，隨著人們環(huán)保意識增強，國內(nèi)外已經(jīng)開始限制和禁止含鹵阻燃劑的生產(chǎn)和使用。因此， 開發(fā)低煙、無毒、環(huán)保高效的阻燃劑迫在眉睫。
[0003] 目前，用于聚丙烯阻燃體系的阻燃劑常見的有膨脹型阻燃劑（IFR)、金屬氫氧化 物、紅磷等。其中IFR由于具有低煙、低毒、無腐蝕氣體釋放等優(yōu)點，是目前最具發(fā)展前景的 無鹵阻燃劑。盡管現(xiàn)有的IFR體系具有其他阻燃體系難以比擬的優(yōu)點，但其自身也還存在 不足：如耐水性差、阻燃效率較低、添加量大、對材料力學(xué)性能惡化嚴重等。因此，開發(fā)新型 高效的無鹵膨脹型阻燃體系，非常有必要。
[0004] 為了解決膨脹型阻燃劑耐水性差的問題，現(xiàn)有技術(shù)中采用三聚氰胺-甲 醛樹脂原位微膠囊包裹聚磷酸銨，并將其與季戊四醇復(fù)配制備阻燃聚丙烯混合物 (Micro encapsulated ammonium polyphosphate with urea-melamine-formaldehyde shell:preparation, characterization, and its flame retardance in polypropylene, Polymers for Advanced Technologies, 2008, 19(8) :1118_1125)。然而，季戊四醇的水溶性 比聚磷酸銨大得多，因此僅對聚磷酸銨進行包覆改性并不能有效改善體系的耐水性能。專 利公開號為CN102585347B的中國專利公開了一種包含磷氮膨脹型阻燃劑、含娃三嘆大分 子成炭劑、有機陶瓷前驅(qū)體、含磷納米蒙脫土的聚丙烯用阻燃體系。盡管該技術(shù)耐水性能突 出，但成本較高。另外專利公開號為CN102888025B的中國專利則公開了一種低成本的聚丙 烯用無鹵阻燃體系，其主要成分是甲基硅基甲基膦酸二甲酯、氰尿酸三聚氰胺、氫氧化鎂和 氫氧化鋁。這種阻燃體系盡管成本較低，但采用了甲基硅基甲基膦酸二甲酯，在聚丙烯中的 迀移是不可避免的缺陷，其阻燃效果的長期性難以保證。因此需要研制一種新型的阻燃劑 以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有膨脹型阻燃體系存在的缺陷，提供一種環(huán)保型復(fù)合阻燃 劑，具有低成本及無鹵的特點。
[0006] 本發(fā)明還提供使用環(huán)保型復(fù)合阻燃劑制備的聚丙烯阻燃組合物，其具有耐水性能 突出、阻燃性能好，可作為功能性阻燃母料在聚丙烯材料中應(yīng)用，尤其可在玻纖增強聚丙烯 復(fù)合材料中解決聚丙烯阻燃組合物與纖維界面相容、浸潤、粘接等問題。本發(fā)明的聚丙烯阻 燃復(fù)合物作為阻燃母料使用時，在聚丙烯中用量一般不超過35wt%。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：
[0008] 本發(fā)明的環(huán)保型復(fù)合阻燃劑，其由以下組分按重量比經(jīng)有機硅原位微膠囊包裹制 備而成：
[0009] 聚磷酸銨 35~55份
[0010] 氰尿酸三聚氰胺18~35份
[0011] 淀粉 20~35份。
[0012] 本發(fā)明的復(fù)合阻燃劑，其進一步的技術(shù)方案是所述的有機硅原位微膠囊包裹制備 方法包括以下步驟：在含量為85~98. 5wt%乙醇水溶液中，加入聚磷酸銨、氰尿酸三聚氰 胺及淀粉三種組分，添加2~8wt%氨水，緩慢滴加正硅酸乙酯，聚磷酸銨、氰尿酸三聚氰 胺及淀粉三種組分總量與正硅酸乙酯質(zhì)量比為85~95:15~5,40°C -60°C條件下反應(yīng) 5-10h，反應(yīng)完成后抽濾，干燥得到有機硅原位微膠囊包裹的復(fù)合阻燃劑。
[0013] 本發(fā)明使用上述的復(fù)合阻燃劑制備的聚丙烯阻燃組合物，其由以下組分按重量比 制備而成：
[0014] 聚丙烯 25~40份 復(fù)合阻燃劑 55~73份 石油樹脂 0.5~5.5份 抗氧劑 0.05~0.5份。
[0015] 本發(fā)明的聚丙烯阻燃組合物，其進一步的技術(shù)方案是所述的石油樹脂為C5石油 樹脂、氫化C5石油樹脂、C9石油樹脂或聚乙烯蠟。
[0016] 本發(fā)明的聚丙烯阻燃組合物，其進一步的技術(shù)方案還可以是所述的抗氧劑為抗氧 劑1010、抗氧劑168、抗氧劑B215或它們的混合物。
[0017] 本發(fā)明上述的聚丙烯阻燃組合物的制備方法，其包括以下步驟：在雙螺桿擠出機 中，設(shè)定加工溫度為一段溫度170、二段溫度200、三段溫度190、四段溫度190、機頭溫度 180,從加料口分別加入聚丙烯、復(fù)合阻燃劑、石油樹脂和抗氧劑，擠出后造粒，得到聚丙烯 阻燃組合物。
[0018] 與現(xiàn)有技術(shù)相比本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明制備的聚丙烯阻燃組合物適 合作為功能性阻燃母料在聚丙烯材料中應(yīng)用，具有耐水性能突出、阻燃性能好、力學(xué)性能優(yōu) 良、成本較低、在聚丙烯中添加量較少即可達到較高阻燃級別等特點，尤其適合在玻纖增強 聚丙烯復(fù)合材料中使用；同時制備方法簡單。
【具體實施方式】
[0019] 以下實施例是復(fù)合阻燃劑有機硅原位微膠囊包裹的制備。
[0020] 實施例1
[0021] 在裝有回流冷凝管、溫度計、攪拌器和恒壓滴液漏斗的500ml四口燒瓶中加入 200ml乙醇水溶液，其中乙醇濃度為87wt%。分別加入聚磷酸銨40g、氰尿酸三聚氰胺28g、 淀粉32g。室溫攪拌下，加入7.5g氨水。逐步升高溫度至50°C，并緩慢滴加正硅酸乙酯 11. 5g。維持溫度50°C反應(yīng)6h，反應(yīng)完成后抽濾，干燥得到有機硅原位微膠囊包裹復(fù)合阻燃 劑I。
[0022] 實施例2
[0023] 在裝有回流冷凝管、溫度計、攪拌器和恒壓滴液漏斗的500ml四口燒瓶中加入 200ml乙醇水溶液，其中乙醇濃度為92wt%。分別加入聚磷酸銨45g、氰尿酸三聚氰胺32g、 淀粉23g。室溫攪拌下，加入7.0g氨水。逐步升高溫度至50°C，并緩慢滴加正硅酸乙酯7.5g。 維持溫度50°C反應(yīng)6h，反應(yīng)完成后抽濾，干燥得到有機硅原位微膠囊包裹復(fù)合阻燃劑II。
[0024] 實施例3
[0025] 在裝有回流冷凝管、溫度計、攪拌器和恒壓滴液漏斗的500ml四口燒瓶中加入 220ml乙醇水溶液，其中乙醇濃度為86wt%。分別加入聚磷酸銨53g、氰尿酸三聚氰胺26g、 淀粉21g。室溫攪拌下，加入18. 0g氨水。逐步升高溫度至50°C，并緩慢滴加正硅酸乙酯 13. 5g。維持溫度50°C反應(yīng)6h，反應(yīng)完成后抽濾，干燥得到有機硅原位微膠囊包裹復(fù)合阻燃 劑 III。
[0026] 實施例4
[0027] 在裝有回流冷凝管、溫度計、攪拌器和恒壓滴液漏斗的500ml四口燒瓶中加入 220ml乙醇水溶液，其中乙醇濃度為96. 5wt%。分別加入聚磷酸銨37g、氰尿酸三聚氰胺 35g、淀粉24g。室溫攪拌下，加入ll.Og氨水。逐步升高溫度至50°C，并緩慢滴加正硅酸乙 酯5. 8g。維持溫度50°C反應(yīng)6h，反應(yīng)完成后抽濾，干燥得到有機硅原位微膠囊包裹復(fù)合阻 燃劑IV。
[0028] 以下實施例是本發(fā)明聚丙烯阻燃組合物的制備。
[0029] 實施例5~8
[0030] 設(shè)定雙螺桿擠出機加工溫度為一段溫度170、二段溫度200、三段溫度190、四段溫 度190、機頭溫度180,按表1配方從加料口分別加入聚丙烯、復(fù)合阻燃劑、石油樹脂和抗氧 劑。擠出后造粒，得到聚丙烯阻燃組合物I、II、III、IV。
[0031] 以下實施例是本發(fā)明實施例聚丙烯阻燃組合物I、II、III、IV作為功能性阻燃母 料在聚丙烯材料中的應(yīng)用。
[0032] 實施例9~12
[0033] 按表2所述配方，在單螺桿擠出機中擠出聚丙烯片材，在電動制樣機上制得測試 阻燃性能的阻燃聚丙烯試樣，測試結(jié)果如表2所示。
[0034] 測試方法如下：
[0035] 1、阻燃性能測試：極限氧指數(shù)（L0I)按照GB/T 2406. 2-2009標準執(zhí)行測試，試樣 尺寸為120mmX6. 5mmX3mm;垂直燃燒（UL-94)按照ASTM D635標準執(zhí)行測試，試樣尺寸為 127mmX 12. 7mmX 3. 2mm〇
[0036] 2、耐水性能測試：把用于氧指數(shù)和垂直燃燒測試的標準試樣置于70°C的蒸餾水 中浸泡168小時，然后在烘箱用10(TC烘至恒重，烘干后用于氧指數(shù)和垂直燃燒測試。
[0037] 表1聚丙烯阻燃組合物實驗配方
[0038]
【主權(quán)項】
1. 一種環(huán)保型復(fù)合阻燃劑，其特征在于由以下組分按重量比經(jīng)有機硅原位微膠囊包裹 制備而成： 聚磷酸銨 35~55份 氰尿酸三聚氰胺18~35份 淀粉 20~35份。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合阻燃劑，其特征在于所述的有機硅原位微膠囊包裹制 備方法包括以下步驟：在含量為85~98. 5wt%乙醇水溶液中，加入聚磷酸銨、氰尿酸三聚 氰胺及淀粉三種組分，添加2~Swt %氨水，緩慢滴加正硅酸乙酯，聚磷酸銨、氰尿酸三聚 氰胺及淀粉三種組分總量與正硅酸乙酯質(zhì)量比為85~95:15~5,40°C -60°C條件下反應(yīng) 5-10h，反應(yīng)完成后抽濾，干燥得到有機硅原位微膠囊包裹的復(fù)合阻燃劑。
3. -種使用如權(quán)利要求1所述的復(fù)合阻燃劑制備的聚丙烯阻燃組合物，其特征在于由 以下組分按重量比制備而成： 聚丙烯 25~40份 復(fù)合阻燃劑 55~73份 石油樹脂 0.5~5.5份 抗氧劑 0.05~0.5份。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚丙烯阻燃組合物，其特征在于所述的石油樹脂為C5石油樹 月旨、氫化C5石油樹脂、C9石油樹脂或聚乙烯蠟。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的聚丙烯阻燃組合物，其特征在于所述的抗氧劑為抗氧劑 1010、抗氧劑168、抗氧劑B215或它們的混合物。
6. -種如權(quán)利要求3所述的聚丙烯阻燃組合物的制備方法，其特征在于包括以下步 驟：在雙螺桿擠出機中，設(shè)定加工溫度為一段溫度170、二段溫度200、三段溫度190、四段溫 度190、機頭溫度180,從加料口分別加入聚丙烯、復(fù)合阻燃劑、石油樹脂和抗氧劑，擠出后 造粒，得到聚丙烯阻燃組合物。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種環(huán)保型復(fù)合阻燃劑及其聚丙烯阻燃組合物，具有低成本及無鹵的特點。其聚丙烯阻燃組合物具有耐水性能突出、阻燃性能好，可作為功能性阻燃母料在聚丙烯材料中應(yīng)用，尤其可在玻纖增強聚丙烯復(fù)合材料中解決聚丙烯阻燃組合物與纖維界面相容、浸潤、粘接等問題。本發(fā)明的聚丙烯阻燃復(fù)合物作為阻燃母料使用時，在聚丙烯中用量一般不超過35wt％。本發(fā)明的環(huán)保型復(fù)合阻燃劑，其由以下組分按重量比經(jīng)有機硅原位微膠囊包裹制備而成：聚磷酸銨35～55份、氰尿酸三聚氰胺18～35份、淀粉20～35份。
【IPC分類】C08L23-12, C08K5-3492, C08L57-02, C08L3-02, C08K3-32
【公開號】CN104629095
【申請?zhí)枴緾N201510094950
【發(fā)明人】周柏陽, 羅振揚, 何明, 李本剛
【申請人】南京炫勝塑料科技股份有限公司
【公開日】2015年5月20日
【申請日】2015年3月4日