[发明专利]纳米钨酸钡协效膨胀性阻燃聚丙烯及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚丙烯材料的阻燃技术，特别是一种纳米钨酸钡协效膨胀性阻燃聚丙烯及制备方法。

背景技术

聚丙烯(PP)是一种性能优良的热塑性塑料，在汽车工业、家用电器、电子、包装及建材家具等方面具有广泛的应用，其发展速度一直居各种通用塑料之首。2004年全球聚丙烯的总生产能力约为4208万t/a，年增长约6.0％，总消费量达到3925.9万t/a，预测2010年全球总生产能力将达到6100万t/a。我国聚丙烯的产量约为474.9万t/a，表观消费量约764.7万t/a，预测2010年国内表观消费量将达到约1160万t/a。聚丙烯的氧指数一般在17％～19％之间，离火后能持续自燃，属易燃材料。随着聚丙烯的应用领域的不断开拓和应用数量的不断增加，由此带来的火灾危险性也越来越大，因此赋予聚丙烯材料阻燃性能是十分重要和必要的。特别是在汽车工业、电子电气行业及纺织品行业等应用领域中，对聚丙烯的阻燃性能的要求越来越高。据国外有关资料报告，由于PP价廉且性能优越，现在市场上使用的PP零件已占塑料零件市场份额的42％，且可望以每年8％的速度增长。

阻燃聚丙烯材料与其它大部分阻燃塑料一样，正经历着含卤-低卤-无卤的逐步发展过程。随着含卤阻燃材料的应用逐步受到限制，促使人们积极寻求可用于聚丙烯的无卤、低烟、低毒和对环境友好的新型高效阻燃系统。近年来，无机阻燃剂阻燃PP、有机磷阻燃剂阻燃PP、纳米阻燃PP等低卤、无卤材料发展迅速。特别是无卤膨胀型阻燃聚丙烯材料倍受关注，由于其磷-氮元素间的增效和协同作用，使这类阻燃材料具有良好的阻燃性能，且发烟量小，有毒气体生成量也较少，被认为是今后阻燃材料的主要发展方向之一。

随着高聚物材料阻燃化处理技术的不断发展，对阻燃剂的综合性能的要求也越来越高，既要达到规定的阻燃级别，还要有良好的物理机械强度、防腐蚀性、低烟性、无毒性及热稳定性等。较大的阻燃剂颗粒会损害材料的物理机械性能，阻燃剂微细化、纳米化，既可增大阻燃剂与材料的接触面积以提高相容性，又可降低阻燃剂的用量。纳米化是无机阻燃剂开发的主要研究方向。

阻燃协效剂是对主阻燃剂起催化或增效等协同作用的助剂，其添加量一般较低，通常在O.1％～5％之间。金属化合物作为阻燃协效剂在含卤阻燃体系中得到深入研究，含磷阻燃剂与金属氧化物之间的协效作用也有报道，但在膨胀阻燃体系中应用的报道却很少。Lewin等研究了锌、锰化合物和纳米金属粉末在APP/PER膨胀阻燃体系催化协效作用(Lewin，Menachem，Endo，Makoto.Polymers for Advanced Technologies，2003，14(1)：3-11)。田春明等系统研究了氧化锌、氧化锰及稀土氧化物在膨胀阻燃聚丙烯体系中的协同作用。实验结果显示，添加1％的ZnO、MnO₂、TiO₂、ZrO₂、CdO可以使APP/PER阻燃PP材料的氧指数分别提高5％、3.5％、3.5％、2.5％、3.0％，且剩炭率有所增加，降解残余物的热稳定性得以提高。同时，金属氧化物的加入使得热降解过程表观活化能Ea有所上升，并对酯化及成炭反应具有明显的催化作用(田春明，谢吉星.山西大学学报，26(3)：231-234)。林晓丹等研究了硼酸锌在膨胀型阻燃聚丙烯中的协同阻燃作用，并分析了协同阻燃机理。结果表明硼酸锌的加入在用量低时可显著增加膨胀型阻燃聚丙烯(PP)的氧指数，而当用量超过一定值后，氧指数则急剧降低(林晓丹，贾德民.塑料工业，2002，30(2)：41-42)。

目前，人们对阻燃体系中协同作用机理尚未完全了解，其原因是各种协效剂的协同机理各不相同。但对氧化锑、氧化锌、硼酸锌之类的常见的协效剂有较为一致的看法。这类协效剂一方面通过在气相中捕获自由基而阻止燃烧；另一方面它们能在凝聚相中促进材料表面形成致密的炭层，隔热、隔氧，阻止火焰的进一步传播，这一点正是膨胀阻燃体系中许多协效剂的协同阻燃机理之一。目前人们在研究膨胀阻燃体系的过程中发现了一系列的新型协效剂，虽然协效机理不尽相同，但都能显著提高阻燃材料的阻燃性能。其大致可分为成炭协效剂(如纤维素、PA等)和催化协效剂(如金属氧化物、沸石、钨硅酸等)两类。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米钨酸钡协效膨胀性阻燃聚丙烯，不仅能够满足材料所需的阻燃性能，而且燃烧后材料表面形成致密的炭层，隔热、隔氧，阻止火焰的进一步传播，低发烟量，高成炭量，无毒性，对人体和环境的危害及污染程度低。