[发明专利]包含粉状活性炭的膨胀聚烯烃

说明书

本发明涉及包含粉状活性炭(按照首字母缩写常称为PAC)的预膨胀聚烯烃颗粒。

优选地，聚烯烃的主构成单体是丙烯，因此，本发明的优选产品是一类膨胀聚丙烯(EPP)。

本发明还涉及包含PAC和位阻胺醚阻燃剂(sterically hindered amine ether flame retardant)的预膨胀聚烯烃。

本发明涉及一种制备本发明预膨胀聚烯烃颗粒的方法，并且还涉及由此得到的模制品。

背景技术

发泡聚丙烯树脂(EPP)模制品的典型性质是与制品重量有关的高水平结构强度、优越的耐化学性、耐热性、耐冲击性和压缩后的畸变速率。因此，EPP被广泛用于多个技术领域中，例如缓冲包装材料、可回收容器、绝缘材料或汽车的保险杠芯、侧冲击能量吸收器和地面材料、建筑材料以及装置和器具中的零件等。但是，发泡聚烯烃树脂模制品具有易燃的缺点，因为聚丙烯在着火时不仅充当燃料，而且每个EPP发泡颗粒都包含空气，因而充当氧气来源，从而维持并支援火。

近年来，强烈要求产品(例如汽车零件、建筑材料以及装置和器具中的塑料零件)具有耐燃性或自熄性。更具体地，这些产品需要根据其应用满足具体耐燃性要求。多个国际标准描述了多个测试来评价这些产品的燃烧行为。例如，ISO3795或FMVSS标准第572.302章描述了测定公路用车内部材料可燃性的方法。两种测试的结果是材料水平燃烧速率(horizontal burning rate)的值。

此外，UL94标准第12段描述了“水平燃烧发泡材料测试(Horizontal Burning Foamed Materials Test)”，这是一种评价用于非结构应用中装置和器具零件的塑料发泡材料燃烧行为的测试方法。如果材料的测试结果遵守某一标准，则得到“HBF”、“HF-2”或“HF-1”等级，其指示其耐火性水平。

作为将耐燃性赋予聚烯烃树脂模制品的方法，有多种已知方法，如JP-A-3-269029、JP-A-5-331310、JP-A-7-238178、JP-A-3-269029、JP-A-5-331310、JP-A-7-238178、JP-A-4-363341、JP-A-6-192465、JP-A-7-309967、JP-A-10-147661、JP-A-9-227711和WO2003/048239A中所述。

另一方面，为了满足关于燃烧行为的要求，已鉴定了多种阻燃添加剂以赋予塑性产品耐燃性，如卤化物化合物、磷化合物、金属氢氧化物等。但是，许多阻燃添加剂具有严重的缺陷。例如，包含卤化物阻燃添加剂的塑性树脂产品在燃烧期间可产生有害气体。此外，磷化合物和金属氢氧化物在其中将预膨胀颗粒填充到模具中并通过蒸气加热使其融为一体的模内发泡工艺(in-mold foaming process)中抑制预膨胀颗粒的良好熔融粘附。尤其是，这些化合物难以实现良好的表观并且它们在成本和再循环的角度上不利。

USP6822023公开了由包含聚烯烃树脂和位阻胺醚阻燃剂的树脂组合物制成的阻燃聚烯烃预膨胀颗粒，其可被模塑成具有良好可塑性，得到具有优良耐燃性并且在燃烧时不产生有害气体的模内发泡制品。

JP-2003053333证明，即使仅有少量的阻燃剂内容物并且尽管将炭黑用作着色剂，这种所述位阻胺醚阻燃剂也赋予聚烯烃树脂膨胀颗粒优良的阻燃作用。

发明内容

出乎意料地发现，并且这是本发明的基础：将粉状活性炭(PAC)引入膨胀(发泡)聚烯烃例如膨胀聚丙烯(EPP)中增加了耐燃性，降低了水平燃烧速率。

粉状活性炭(PAC)是表面积异常高(超过500m²/g)的材料，它通过碳基材料(如木材、坚果外壳、泥煤或煤)的热解，任选地与化学活化或氧化组合得到。PAC的典型粒径为1-150μm。

炭黑是通过油炉法(oil furnace process)由液态芳香烃的不完全燃烧产生的材料。初级炭黑颗粒的平均直径范围为8至300纳米。在熔炉中，这些初级炭黑颗粒聚结形成较大的三维结构，称为初级聚集体。聚集程度可高可低，分别产生低结构和高结构等级。炭黑的表面积通常为约100m²/g。

本发明人出乎意料地发现，与粉状活性炭不同，将炭黑添加到聚烯烃(如聚丙烯)中并不由此赋予预膨胀颗粒和发泡制品增强的耐燃性以满足耐燃性要求。相反地，相对于没有该添加剂的膨胀聚烯烃产品，燃烧行为实际上恶化了。因此颗粒碳源的简单存在不足以增强耐燃性。