[发明专利]一种纳米协同膨胀阻燃增韧聚丙烯共混物复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及阻燃聚丙烯材料技术领域，具体涉及一种纳米协同膨胀阻燃增韧聚丙烯共混物复合材料及其制备方法。

背景技术

聚丙烯(PP)是五大通用合成树脂之一，广泛应用于现代汽车产业、家用电器、电子产品、包装及建材家具中。然而聚丙烯(PP)的极限氧指数(LOI)只有17.8，燃烧中易发生熔融、滴落并产生大量烟雾，是导致火灾中火势的快速蔓延和人员伤亡的重要原因。卤系阻燃剂曾经是最经济有效的聚丙烯阻燃添加剂，但是会导致材料燃烧过程中大量有毒烟气的产生，所以卤系阻燃剂逐渐被各国禁止使用。膨胀型阻燃剂(IFR)是一种新型的高效、无卤阻燃剂，一般由酸源、炭源、气源三部分组成，受热时由酸源产生的酸作为脱水剂使多元醇脱水生成炭层，并由气源产生的不燃性气体使燃烧熔融体系膨胀发泡，在聚合物表面形成膨胀炭层，达到隔绝热量、可燃性挥发气体及氧气的目的，最终使聚合物燃烧减缓或终止，同时生成的炭层也可有效阻止聚合物融滴的产生，被认为是代替卤系阻燃剂的最佳选择，针对膨胀型阻燃剂(IFR)的研究也呈不断上升的趋势。但是与卤系阻燃剂相比，传统膨胀型阻燃剂(IFR)的阻燃效率低，添加量大；同时因极性差异，膨胀型阻燃剂(IFR)在聚丙烯(PP)基体中难以形成均匀的分散，影响了其阻燃效能的发挥。为了改善上述缺陷，国内外研究者尝试了大量的方法，包括合成新的大分子成炭剂(CFA)以替代季戊四醇(PER)、双季戊四醇(DPER)、对膨胀型阻燃剂(IFR)进行改性处理、在膨胀型阻燃剂(IFR)中添加协同剂等以提高其阻燃效率，取得了大量的突破性进展。另一方面，限制聚丙烯(PP)工业应用的最突出缺点就是其冲击强度低，而阻燃剂的添加对聚丙烯(PP)力学性能也产生了很大的影响，特别是对冲击韧性的影响，所以在不影响聚丙烯(PP)力学性能的同时提高阻燃性能成为聚丙烯(PP)阻燃改性研究的热点。

发明内容

本发明的目的是对聚丙烯(PP)进行阻燃及增韧改性，得到韧性与阻燃性能均优于传统聚丙烯材料的新型阻燃增韧聚丙烯。

为了达到上述目的，本发明有如下技术方案：

本发明的一种纳米协同膨胀阻燃增韧聚丙烯共混物复合材料，由以下质量份配比的组分组成：聚丙烯(PP)71份、辛烯-乙烯嵌段共聚物(POE)20份、改性膨胀型阻燃剂23份、有机改性蒙脱土2份、马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MA)1-11份。

优选的，所述马来酸酐接枝聚丙烯质量份配比为7-9份。

所述的纳米协同膨胀阻燃增韧聚丙烯共混物复合材料的制备方法包括如下步骤：

(1)在高速混合机内加入膨胀型阻燃剂粉料，并按0.3wt％比例添加KH-161硅烷偶联剂，高速混合30min，得到改性膨胀型阻燃剂；

(2)按照配方称取聚丙烯、辛烯-乙烯嵌段共聚物、改性膨胀型阻燃剂、有机改性蒙脱土、马来酸酐接枝聚丙烯并混合均匀，加入挤出机填料口，挤出得到成型的共混物；

(3)将挤出机挤出成型的共混物送入造粒机，得到纳米协同膨胀阻燃增韧聚丙烯共混物粒料；

(4)纳米协同膨胀阻燃增韧聚丙烯共混物粒料于干燥箱干燥24h后，利用高压注塑机注塑成型

所述挤出机为双螺杆挤出机，从入料口到出料口挤出机的各段温度设置依次是170℃、190℃、200℃和195℃，基础速率为100转/分。

由于采取了以上技术方案，本发明的优点在于材料均来源充足且价格适中，加工工艺简单，成品具有良好的阻燃及增韧性能，同时增容剂(马来酸酐接枝聚丙烯)的加入可以进一步提升材料的阻燃性能及韧性，对拉伸强度影响不是很大，添加7-9份马来酸酐接枝聚丙烯时复合材料的热释放速率、烟气释放速率得到很明显的降低，同时拉伸强度也较高，尽管冲击强度随着增容剂用量持续上升，但是综合考虑阻燃性能与力学性能，可以得出增容剂(马来酸酐接枝聚丙烯)的优选质量份数为7-9份。

附图说明

图1为增容剂(马来酸酐接枝聚丙烯)加入前后材料微观结构的SEM图像(500X)对比图，其中A为未添加增容剂的样品，B为添加9份增容剂的样品。

图2为材料XRD测试结果图。其中1不含增容剂(马来酸酐接枝聚丙烯)，2-7中增容剂(马来酸酐接枝聚丙烯)质量份数依次为1份，3份，5份，7份，9份和11份。

图3为材料热释放速率(HRR)-时间曲线，A、B、C、D、E、F中增容剂(马来酸酐接枝聚丙烯)质量份数依次为1份，3份，5份，7份，9份和11份。