[发明专利]一种膨胀成炭阻燃聚丙烯组合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种改性的聚丙烯，进一步地说，是涉及一种膨胀成炭阻燃聚丙烯组合物及其制备方法。

背景技术

聚丙烯是综合性能优良的通用塑料，但其是易燃材料，氧指数低，燃烧时热释放速率大，热值高，火焰传播速度快，不易熄灭，从而限制了聚丙烯的应用。

以往的阻燃聚丙烯多以卤系阻燃为主，添加量较多，不仅对环境十分有害，也给材料力学、加工性能带来不良影响。

膨胀阻燃聚合物是在阻燃涂料的基础上发展起来的新型阻燃技术。它是将含有碳源、酸源和气源的膨胀型阻燃剂与聚合物共混加工，形成阻燃材料。膨胀阻燃材料燃烧时酸源放出无机酸，使碳源含有的多元醇酯化，进而脱水炭化，粘稠的炭化产物在气源释放的惰性气体、反应产生的水蒸汽及聚合物降解产生的小分子挥发物的作用下膨胀，形成微孔结构的炭层。该膨胀炭层具有隔氧、隔热、无熔滴滴落并使火焰自熄的作用。

早期膨胀型阻燃聚丙烯，尽管对环境友好，可克服含卤阻燃剂燃烧时烟雾大、多熔滴的缺陷，但膨胀阻燃剂加入量仍然偏多，在得到良好阻燃性能的同时，损害了阻燃聚丙烯的力学性能，且有些阻燃剂耐温性较差，对材料的力学及加工性能有不良的影响，仍制约阻燃聚丙烯在汽车及高档电子、电器领域的应用。

在膨胀阻燃聚丙烯体系中除对膨胀阻燃剂进行改进外，添加成炭催化促进剂，促进燃烧产物快速成炭，以降低无卤、膨胀阻燃聚丙烯体系中膨胀阻燃剂的加入量，明显改善阻燃聚丙烯体系的加工性能和力学性能，已成为目前阻燃聚丙烯领域研究的热点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种既有较好的阻燃性能，又有良好的加工性能及力学性能的膨胀成炭阻燃聚丙烯组合物及其制备方法。

本发明的膨胀成炭阻燃聚丙烯组合物包含以下组分：聚丙烯，100重量份；聚磷酸铵，10-30重量份；季戊四醇，2.8-8.3重量份；三聚氰胺氰尿酸盐，2.8-8.3重量份；蒙脱土，0.5-5重量份；所述聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺氰尿酸盐的添加总量至少为31重量份。

本发明的膨胀成炭阻燃聚丙烯组合物的制备方法包括：将包含有所述聚丙烯、聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺氰尿酸盐和蒙脱土在内的各组分按所述组分配比熔融共混挤出、造粒后，制成本发明的阻燃聚丙烯组合物。

在本发明中：

聚丙烯树脂包括现有技术所公开的各种类型的聚丙烯树脂，包括均聚聚丙烯和共聚聚丙烯树脂等。

聚磷酸铵可为市售的高聚合度的聚磷酸铵，聚合度大于1000，P₂O₅含量大于71％，密度为1.9g/cm³，分解温度大于270℃，溶解度小于0.1g/100mlH₂O(25℃)，平均粒径在15um。以聚丙烯树脂为100重量份计，所述聚磷酸铵为10-30重量份，优选为20-30重量份。

季戊四醇可为市售的通用季戊四醇。以聚丙烯树脂为100重量份计，所述季戊四醇为2.8-8.3重量份，优选为3-7重量份。

三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)可为市售的通用三聚氰胺氰尿酸盐。使用三聚氰胺氰尿酸盐作为膨胀阻燃剂的气源，与传统所用的三聚氰胺相比，阻燃聚丙烯的外观更加理想。以聚丙烯树脂为100重量份计，所述三聚氰胺氰尿酸盐为2.8-8.3重量份，优选为3-7重量份。

本发明采用耐温、优化的三元组分的无卤膨胀型阻燃剂(高聚合度聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺氰尿酸盐)为主阻燃剂，其优选重量配比聚磷酸铵：季戊四醇：三聚氰胺氰尿酸盐为(3-5)：(1-3)：(1-5)，随着该配比不同，达到阻燃V-0级的主阻燃剂的添加总量也各不相同，所述添加总量至少为31重量份，优选32-44重量份。其中当聚磷酸铵：季戊四醇：三聚氰胺氰尿酸盐的重量配比为3.6:1:1时，其添加总量最低可达到31重量份。

蒙脱土(MMT)可为市售的有机纳米蒙脱土，优选粒径为100-300nm的有机纳米蒙脱土。蒙脱土首先能起到抗熔滴的作用，其次起到阻隔热降解气体的作用，第三降低了材料的热释放速率，第四可提高炭层的强度。以聚丙烯树脂为100重量份计，所述蒙脱土为0.5-5重量份，优选为1-3重量份。用量太少和太多都起不到阻燃的作用，反而恶化材料的阻燃性能和力学性能。