[发明专利]具有高效阻燃性能的环保型聚丙烯复合材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种聚丙烯复合材料，特别是涉及一种具有阻燃性能的聚丙烯复合材料。

背景技术

聚丙烯(PP)是塑料中用量很大的热塑性塑料，具有优良的电绝缘性、耐低温性、化学稳定性、易加工成型等性能，且价格低廉，由此被广泛应用于电器、化工、机械、纺织、建筑、家具、食品包装等行业。

而聚丙烯是一种易燃物质，并且燃烧时容易产生大量熔滴，目前的聚丙烯复合材料在应用前都需要进行阻燃方面的改性，最常用的阻燃改性方法即在聚丙烯复合材料中添加合适的阻燃剂。

现有技术中，能够添加到聚丙烯复合材料中的阻燃剂一般分为两类，一类是卤系阻燃剂，这类阻燃剂虽然阻燃效果非常好，但是在燃烧时会产生大量的有毒的、腐蚀性的气体以及浓烟雾等，会对环境造成严重污染；另一类是符合目前环保要求的无卤阻燃材料，例如氮磷膨胀型无卤阻燃剂。

氮磷膨胀型无卤阻燃剂一般主要包括酸源、碳源和气源3个部分；其中，酸源也称脱水剂，一般为能够在燃烧时形成酸(磷酸)的物质；碳源也称成炭剂，在受热时能够在酸源所形成的算的作用下脱水成炭；气源也称发泡源，一般为含氮的多碳化合物，燃烧时能够产生大量气体(氮气)。该阻燃剂的阻燃机理在于：在受热燃烧时，碳源与酸源燃烧产生的磷酸发生反应下脱水成炭，并在气源燃烧分解产生的氮气的作用下，形成蓬松并且结构封闭的炭层，表面燃烧形成的炭层一方面减弱了内部的聚丙烯物质与热源间的热量传递，另一方面阻止氧气进入内部，使得聚丙烯物质没有足够的氧气而终止燃烧，从而达到阻燃目的。

现有的氮磷膨胀型无卤阻燃剂的阻燃效率不高，一方面，为达到合适的阻燃效果，通常需要向聚丙烯复合材料中添加较多的阻燃剂，而阻燃剂的加入量太大一方面会降低复合材料的物理机械性能；另一方面还使得复合材料在加工过程中容易产生膨胀和气泡，使加工过程变得较为困难，再者，现在市场上的氮磷膨胀型无卤阻燃剂热稳定性普遍较差，遇热容易分解失效，这些缺点都影响着复合材料的工业应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明一方面提供了一种氮磷膨胀型无卤阻燃剂，其按重量百分比包括如下组分：30％～40％的氰尿酸三聚氰胺盐，20％～30％的三聚氰胺磷酸胺，20％～25％的季戊四醇，10％～30％的氢氧化物，所述的氢氧化物为氢氧化铝或氢氧化镁。

所述氮磷膨胀型无卤阻燃剂的制备，只需采用物理混合的方式将上述的各组分按重量比混合均匀即可。

上述技术方案的氮磷膨胀型无卤阻燃剂体系中，使用了氰尿酸三聚氰胺盐和三聚氰胺磷酸铵。一方面，这两种物质在燃烧时既能够产生磷酸，又可以产生大量的氮气，两者中任意一种应用到无卤阻燃剂中都能够同时充当起酸源组分和氮源组分，能够起到双重作用，因此相比现有的氮磷膨胀型无卤阻燃剂，本发明的阻燃剂中酸源与氮源组分的总重量份可以大大减少；另一方面，发明人经大量实验研究发现，不仅这两种物质中任意一种用于本发明阻燃剂体系中能够有较好的阻燃效率(以下的阻燃效率皆指单元重量份的阻燃效果)和热稳定性，而且两者组合后能够相互协同作用，两者组合添加后的阻燃效率大于仅添加其中任意一种物质的阻燃效率，因此，总的来说相比现有技术，添加较少量的上述阻燃剂就能达到较好的阻燃效率和热稳定性。

再者，采用上述技术方案的阻燃剂中还添加了氢氧化物，配合上述的酸源和碳源，所添加的氢氧化物在燃烧时发生分解，产生大量的水蒸气，吸收了一部分的热量，降低了体系的温度，同时使膨胀炭层的分布趋于合理，使可燃气体和发烟量得到了更好的控制，从而使得阻燃效率、效果得到进一步提高。

更进一步的，所述的阻燃剂中可以添加重量百分比不大于5％的阻燃协效剂，所述的阻燃协效剂为SiO2、ZnO2、稀土氧化物三者中的任意一种。稀土氧化物可以采用本领域技术人员所知道的任意一种，如氧化铕、氧化铋、氧化钇、氧化镧等。

本发明另一方面还提供了采用上述阻燃剂的聚丙烯复合材料，所述的阻燃剂的占所述聚丙烯复合材料的重量百分比为15％～25％。采用上述技术方案的聚丙烯复合材料，不仅具有上述阻燃剂所具有的阻燃效率和热稳定的优点，并且由于其中减少了阻燃剂的含量，聚丙烯含量相对变多，一方面，对最终制成的复合材料的物理性能影响很小；另一方面也缓解了加工过程中容易产生膨胀和气泡的问题，使得加工过程更加容易进行，且热稳定性更好。