[发明专利]一种膨胀阻燃聚丙烯/有机粘土纳米复合材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于阻燃材料技术领域，具体涉及膨胀阻燃聚丙烯/有机粘土纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯是一种用途非常广泛，发展速度很快的热塑性塑料，但由于其本身易燃，使其在许多领域的应用受到限制，所以在很多应用场合都要求对其进行阻燃改性。

《工程塑料应用》(2005，12：55-57)的“聚丙烯用阻燃剂研究进展”一文中提到，目前膨胀阻燃体系已广泛应用于阻燃聚丙烯。但由于多数膨胀体系和聚丙烯基体的相容性较差、热分解温度区间匹配程度不够等原因，使得膨胀体系在阻燃聚丙烯时用量较多而影响到材料的力学性能，还存在着热稳定性较差、成炭量低以及材料燃烧时伴随有严重的滴落现象等缺点。

另外，聚丙烯/层状硅酸盐(粘土)纳米复合材料也是阻燃材料研究领域热点之一。粘土属天然矿物，自然界储量大，价格低廉，而且易于有机改性处理和形成纳米复合材料。1976年日本专利JP51109998“尼龙-6层状硅酸盐纳米复合材料的应用”中首次提出粘土在聚合物复合材料的阻燃方面存在应用潜力。约翰维力(John Wiley)公司的《聚合物先进科技》(Polymer for advanced technologies，2006，17：235-245)杂志“聚丙烯/层状硅酸盐(粘土)纳米复合材料及其在阻燃领域的应用”一文中提到，聚丙烯/粘土纳米复合材料的阻燃性能和热稳定性能都较纯聚丙烯有一定程度的提高。但是，仅仅加入粘土无法使聚丙烯/粘土纳米复合材料达到垂直燃烧测试标准中的UL-94 V0级，从而限制了其应用范围。

约翰维力(John Wiley)公司的《聚合物国际》(Polymer International，2003；53：1396)杂志“膨胀阻燃蒙脱土阻燃聚丙烯层状硅酸盐纳米复合材料”一文中提到，膨胀阻燃技术与聚丙烯/粘土纳米复合技术相结合，形成纳米复合协同高效阻燃体系，能有效提高阻燃性能，达到相关的阻燃标准，火灾危险性较低，并能保持或提高材料的其他性能，从而达到使用要求。因此膨胀阻燃聚丙烯/粘土纳米复合材料将会是一种具有相当潜力的新型阻燃材料。但是，若使膨胀阻燃蒙脱土阻燃聚丙烯层状硅酸盐纳米复合材料达到垂直燃烧测试标准中的UL-94 V0级，需要添加较多量的膨胀阻燃剂(一般需要30％以上)，这样就严重影响了材料的力学性能。

荷兰艾尔斯科学(Elsevier science)公司的《聚合物降解和稳定》(Polymerdegradation and stability，2008，93：9-16)杂志“三氧化二镧协同新型膨胀阻燃聚丙烯体系”一文中提到，稀土金属氧化物三氧化二镧，作为协效剂，应用于膨胀阻燃聚丙烯体系，发现其有利于降低膨胀型阻燃剂的用量，提高阻燃效率。但是至今有关将稀土金属氧化物如何具体引入膨胀阻燃聚丙烯/粘土纳米复合材料体系的技术却鲜有相关专利和文献报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种膨胀阻燃聚丙烯/有机粘土纳米复合材料及其制备方法，以提高膨胀阻燃体系的阻燃效率、阻燃性能、热稳定性能。

本发明的膨胀阻燃聚丙烯/有机粘土纳米复合材料，其特征在于由以下成分及其重量配比组成：

聚丙烯                65.0-70.0％

高分子相容剂          3.0-8.0％

有机粘土              0.5-2.5％

膨胀阻燃剂            24.0％

稀土金属氧化物        0.5-2.5％。

本发明的膨胀阻燃聚丙烯/有机粘土纳米复合材料的制备方法，其特征在于：按质量比将65.0-70.0％的聚丙烯与3.0-8.0％的高分子相容剂、0.5-2.5％的有机粘土、24.0％的膨胀型阻燃剂和0.5-2.5％的稀土金属氧化物混合均匀，然后将其在双螺杆挤出机中挤出造粒，即得到膨胀阻燃聚丙烯/有机粘土纳米复合材料。

所述聚丙烯选自等规聚丙烯、间规聚丙烯或无规聚丙烯；

所述高分子相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、乙酸酐接枝聚丙烯或丁二酸酐接枝聚丙烯；

所述膨胀阻燃剂由酸气复合源与炭源按质量比3～1:1组成，其中酸气复合源选自磷酸铵、聚磷酸铵、脲磷酸盐或三聚氰胺磷酸盐，炭源选自季戊四醇、季戊四醇双聚体、季戊四醇三聚体、酚醛树脂、糊精或淀粉；

所述有机粘土选自有机改性蒙脱土、层状双氢氧化物或水滑石；