[发明专利]含三嗪系膨胀阻燃剂的无卤阻燃聚丙烯组合物及其制备

说明书

技术领域

本发明涉及高分子材料领域，尤其是涉及一种含三嗪系膨胀阻燃剂的无卤阻燃聚丙烯组合物及其制备。

背景技术

聚丙烯具有广泛用途的热塑性塑料，其极限氧值LOI只有18％左右，容易燃烧，且燃烧时有熔滴现象，在许多领域的应用受到限制，所以需要对其进行阻燃改性。卤系阻燃剂具有添加量少，阻燃效果明显并且价格适中的特点，但由于卤系阻燃剂在燃烧时生成有毒，有腐蚀性的浓烟，污染环境，不符合现在环保的理念，所以卤系阻燃剂的使用受到了大量限制。因此，发展环保无卤阻燃剂已是大势所趋。

在目前高聚物材料阻燃技术中，膨胀型阻燃剂(IFR)因具有无卤、阻燃效率高、燃烧时放热少且不产生有毒、有腐蚀性的气体等优点，已经成为塑料阻燃研究和发展的重要方向。膨胀型阻燃剂主要由三部分组成：碳源、酸源和气源。由于传统的磷氮型膨胀阻燃剂以季戊四醇为成炭剂，但季戊四醇(PER)是小分子极性物质，其具有在高聚物基体中容易迁移且在加工过程中容易与聚磷酸铵反应等缺点，造成阻燃聚丙烯机械性能降低。目前膨胀型阻燃剂的一个很重要的研究方向就是新型成炭剂的研发。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种含三嗪系膨胀阻燃剂的无卤阻燃聚丙烯组合物及其制备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种含三嗪系膨胀阻燃剂的无卤阻燃聚丙烯组合物，包括以下重量份数的组分：聚丙烯(PP)65-90份，三嗪系膨胀阻燃剂(IFR)15-35份，抗氧剂0.1-0.5份。

优选的，所述的聚丙烯为抗冲共聚聚丙烯或均聚聚丙烯中的一种。优选的，聚丙烯选用杨子石化的PP 1215C。

优选的，所述的三嗪系膨胀阻燃剂为聚2-乙醇胺基-4，6-乙二胺基-1，3，5-三嗪(CFA)、聚磷酸铵(APP)和三聚氰铵(MEL)的混合物，其中，三者的重量比为(10-80)：(10-80)：(10-80)。

优选的，所述的无卤阻燃聚丙烯组合物中还包括抗氧化剂0.1-0.5份。

更优选的，所述的抗氧剂为酚类、亚磷酸酯类、含硫酯类中地一种或几种的混合物。

进一步更优选的，所述的酚类抗氧剂为四[甲基-β-(3，5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯，所述的亚磷酸酯类为亚磷酸三(2，4-二叔丁基苯基)酯，所述的含硫酯类为硫代二丙酸二(十八)酯。

一种含三嗪系膨胀阻燃剂的无卤阻燃聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：

按配方称取聚丙烯、三嗪系膨胀阻燃剂和抗氧剂，混合，再加入到双螺杆挤出机中，在190-220℃的温度下熔融混炼，挤出，造粒，即得到所述无卤阻燃聚丙烯组合物。

本发明的膨胀型阻燃剂由三部分组成：炭化剂(炭源)，炭化催化剂(酸源)，膨胀剂(气源)，其中，CFA为炭化剂(炭源)，APP为炭化催化剂(酸源)，MEL为膨胀剂(气源)。

膨胀型阻燃剂受热时，炭化剂CFA在炭化催化剂APP作用下脱水成炭，碳化物在膨胀剂(MEL)分解的气体作用下形成蓬松有孔封闭结构的炭层，如图1所示，一旦形成，其本身不燃，且可削弱聚合物与热源间的热传导，并阻止气体扩散，一旦燃烧得不到足够的燃料和氧气，燃烧的聚合物便会自熄。此炭层经历以下几步形成：(1)在较低温度下由酸源APP放出能酯化多元醇和可作为脱水剂的无机酸。(2)在稍高于释放酸的温度下，发生酯化反应，而体系中的胺可作为酯化的催化剂。(3)体系在酯化前或酯化过程中熔化。(4)反应产生的水蒸气和由气源产生的不燃性气体使熔融体系膨胀泡。(5)反应接近完成时，体系胶化和固化，最后形成多孔泡沫炭层，为了发泡，各步反应必须几乎同时发生，但又必须按照严格的顺序进行。

三嗪类衍生物是一大类富含叔氮结构的化合物，具有很好的成碳作用和热稳定性，将CFA(炭源)与聚磷酸铵(APP)复配时两者有良好的协同效应，不易与聚磷酸铵(APP)发生反应，膨胀成炭的作用明显，并与PP的相容性较好，得到的组合物机械性能好。传统的磷氮型膨胀阻燃剂以季戊四醇为成炭剂，但季戊四醇(PER)是小分子极性物质，其具有在高聚物基体中容易迁移且在加工过程中容易与聚磷酸铵(APP)反应等缺点，势必造成阻燃聚丙烯机械性能降低。

需要特别指出的是，阻燃剂的加入会导致组合物的材料力学性能和加工性能降低，阻燃剂用量过高使其性能无法达到使用要求，阻燃剂用量过低则不能达到所需阻燃的效果。阻燃剂的总用量在15-35wt％较为合适。