專利名稱：一種阻燃聚丙烯材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高分子材料領(lǐng)域，尤其涉及一種用堿式碳酸鎂作為阻燃劑制備的阻燃 聚丙烯材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
聚丙烯作為一種通用塑料廣泛應(yīng)用于電子電器、汽車、建筑等領(lǐng)域，但聚丙烯材料 容易燃燒，給生產(chǎn)和生活帶來了很大的危險(xiǎn)與危害。所以常用添加阻燃劑的方法來提高聚 丙烯的阻燃性能，傳統(tǒng)的鹵系阻燃劑具有阻燃效果好，用量少，對(duì)材料的力學(xué)性能影響小等 優(yōu)點(diǎn)，長期以來一直作為主要阻燃品種使用，但用其處理過的材料受熱燃燒時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒、 有腐蝕性氣體及大量煙霧而污染環(huán)境，故無鹵環(huán)保型的阻燃材料已成為發(fā)展的必然趨勢(shì)。無機(jī)阻燃劑具有原料豐富，成本低廉，性能穩(wěn)定，燃燒時(shí)無毒及腐蝕性氣體等優(yōu) 點(diǎn)。常用的無機(jī)阻燃劑為氫氧化鋁和氫氧化鎂。它們用于阻燃聚合物中，可取代部分可燃聚 合物，分解時(shí)吸收熱量并釋放出惰性氣體，分解后形成的氧化物催化聚合物成炭，從而在聚 合物表面形成一層致密的陶瓷層阻隔氧氣。但氫氧化鎂和氫氧化鋁的分解溫度范圍較窄， 作為阻燃劑使用受到一定限制。氫氧化鋁價(jià)格低廉，分解溫度較低180-200°C，適合于低密 度聚乙烯等加工溫度較低的聚合物；氫氧化鎂價(jià)格較高，分解溫度300-340°C較高，適合聚 丙烯等加工分解溫度較高的聚合物。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種阻燃聚丙烯材料及其制備方法，該阻燃聚丙烯材料性能好，原 料來源豐富，成本低廉，阻燃效果好。本發(fā)明的技術(shù)方案是一種阻燃聚丙烯材料，按重量份數(shù)由以下組分組成聚丙烯35 55改性堿式碳酸鎂45 65抗氧劑0. 2 0. 5潤滑劑0.2 1;其中，改性堿式碳酸鎂的制備方法如下將堿式碳酸鎂粉體加入高速混合機(jī)中，添 加占?jí)A式碳酸鎂粉體質(zhì)量1 4%的偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性，混合溫度為60 130°C，混合時(shí) 間20 40分鐘，得到改性堿式碳酸鎂粉體。上述所述的阻燃聚丙烯材料的制備方法，包括步驟一、按上述所述的重量份數(shù)依次稱取各組分，將稱取的聚丙烯、抗氧劑、潤滑 劑、30 35份改性堿式碳酸鎂在高速混合機(jī)中混合5 10分鐘，通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠 出，經(jīng)冷卻、切粒、烘干得到阻燃聚丙烯半成品；其中，該步驟中雙螺桿擠出機(jī)的溫度設(shè)置為一區(qū)185-190°C ；二區(qū)185-190°C ； 三區(qū)190-195°C ；四區(qū)190-195°C ；五區(qū)190-200°C ；六區(qū)190_195°C ；七區(qū)180-190°C ；八區(qū)180-185 ；機(jī)頭溫度:185-190°C ；螺桿轉(zhuǎn)速控制在200 350r/min ；步驟二、將制得的阻燃聚丙烯半成品在設(shè)定溫度為70 90°C的干燥桶中干燥2 4小時(shí)；步驟三、將步驟二干燥后的阻燃聚丙烯半成品與剩余的改性堿式碳酸鎂在高速混 合機(jī)中混合5 10分鐘，再通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出，經(jīng)冷卻、切粒、風(fēng)干后得到阻燃聚 丙烯材料；其中，該步驟中雙螺桿擠出機(jī)的溫度設(shè)置為一區(qū)180-185°C ；二區(qū)185-190°C ； 三區(qū)185-190°C ；四區(qū)185-190°C ；五區(qū)185_195°C ；六區(qū)190_195°C ；七區(qū)180-190°C ； 八區(qū)180-185°C ；機(jī)頭溫度185-190°C ；螺桿轉(zhuǎn)速控制在200 300r/min。本發(fā)明的有益效果是1、本發(fā)明采用的堿式碳酸鎂來源廣泛，成本低，因而可以降低阻燃聚丙烯材料的 成本；2、本發(fā)明采用的堿式碳酸鎂可分解吸收聚合物燃燒時(shí)所釋放的熱量。分解時(shí)既釋 放出水分又釋放二氧化碳，可稀釋聚合物燃燒分解產(chǎn)生的可燃?xì)怏w的濃度，堿式碳酸鎂分 解后生成的氧化鎂催化聚合物分解形成致密炭層，隔斷可燃物和空氣的接觸，阻斷燃燒的 繼續(xù)進(jìn)行，阻燃效果好；3、通過對(duì)堿式碳酸鎂進(jìn)行表面改性，可改善堿式碳酸鎂與聚丙烯的相容性，提高 材料性能；4、堿式碳酸鎂堆積密度低，流動(dòng)性差，加工較困難，本發(fā)明加工時(shí)采用二次混合擠 出工藝，使得阻燃劑與聚丙烯混合得更均勻；5、本發(fā)明采用的堿式碳酸鎂作為阻燃劑時(shí)，具有煙密度低，燃燒時(shí)無有毒氣體釋 放，無污染的特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明制備阻燃聚丙烯材料使用的是堿式碳酸鎂和活性氫氧化鎂，該堿式碳酸鎂 來源廣泛、價(jià)格低廉，其分子式為XMgCO3 · YMg(OH)2 · ZH2O，其中χ的取值在3 5之間，y 近似為1，ζ的取值在3 7之間，具體化學(xué)組成因合成方法及操作條件的不同而略有差異。 一般以白色單斜單晶或無定形粉末的狀態(tài)存在，無毒、無味，在空氣中穩(wěn)定，微溶于水，能使 水呈弱堿性，在水中的溶解度為0. 02%。堿式碳酸鎂分解溫度相對(duì)于氫氧化鋁和氫氧化鎂 的要寬，為200-500°C，其燃燒分解不僅釋放出水蒸氣，還有二氧化碳，并且吸收大量的熱量 800J/g，其最終熱失重為54%，比氫氧化鎂的34%和氫氧化鋁的35%要多，因而用作聚合 物阻燃劑具有很好的發(fā)展前景。但堿式碳酸鎂表面具有親水性，而聚丙烯具有憎水性，兩者之間的相容性差，難以 在界面形成良好的粘結(jié)，且目前國內(nèi)生產(chǎn)的堿式碳酸鎂堆積密度一般為0. 2-0. 3g/ml，遠(yuǎn)低 于聚丙烯的密度0. 9g/ml，這些都使得堿式碳酸鎂在聚丙烯中的分散性、相容性、流動(dòng)性差， 加工較困難，影響材料性能。為此本發(fā)明通過對(duì)堿式碳酸鎂進(jìn)行表面改性及改進(jìn)阻燃聚丙 烯加工工藝，改善了堿式碳酸鎂與聚丙烯的相容性，使原料混合均勻，材料性能得到提高， 而且制得的聚丙烯材料阻燃效果好。本發(fā)明的阻燃聚丙烯材料，按重量份數(shù)由以下組分組成
聚丙烯改性堿式碳酸鎂
35 55 45 65抗氧劑潤滑劑
0. 2 0其中，改性堿式碳酸鎂的制備方法如下將堿式碳酸鎂粉體加入高速混合機(jī)中，添 加占?jí)A式碳酸鎂粉體質(zhì)量1 4%的偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性，混合溫度為60 130°C，混合時(shí) 間20 40分鐘，得到改性堿式碳酸鎂粉體。其中，所述改性堿式碳酸鎂晶體結(jié)構(gòu)可以為Mg5[(C03)4(0H)2] · 4(H20)，平均粒徑 為6 15 μ m ；所述偶聯(lián)劑可以為硬脂酸或硬脂酸鋅中的一種，比如型號(hào)KH550、KH570等； 所述聚丙烯可以為均聚聚丙烯或共聚聚丙烯；所述抗氧劑可以為季戊四醇雙亞磷酸酯二(2，4_ 二特丁基苯基)酯、亞磷酸 酯三(2，4_ 二特丁基苯基)酯、多烷基雙酚A亞磷酸酯的雙聚體和三聚體的復(fù)合物，N， N-雙-[3-(3，5_ 二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；鵠己二胺、四[β _(3，5-二叔丁基4-羥 基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的任意一種或兩種以上的混合物；所述潤滑劑可以為聚乙烯 蠟、石蠟、硅油中的一種或兩種以上的混合物。上述所述的阻燃聚丙烯材料的制備方法，采用兩步擠出法進(jìn)行生產(chǎn)加工，使原料 混合均勻，材料性能得到提高，其包括步驟一、按上述所述的重量份數(shù)依次稱取各組分，將稱取的聚丙烯、抗氧劑、潤滑 劑、30 35份改性堿式碳酸鎂在高速混合機(jī)中混合5 10分鐘，通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠 出，經(jīng)冷卻、切粒、烘干得到阻燃聚丙烯半成品；其中，該步驟中雙螺桿擠出機(jī)的溫度設(shè)置為一區(qū)185-190°C ；二區(qū)185-190°C ； 三區(qū)190-195°C ；四區(qū)190-195°C ；五區(qū)190-200°C ；六區(qū)190_195°C ；七區(qū)180-190°C ； 八區(qū):180-185°C ；機(jī)頭溫度:185-190°C ；螺桿轉(zhuǎn)速控制在200 350r/min ；步驟二、將制得的阻燃聚丙烯半成品在設(shè)定溫度為70 90°C的干燥桶中干燥2 4小時(shí)；步驟三、將步驟二干燥后的阻燃聚丙烯半成品與剩余的改性堿式碳酸鎂在高速混 合機(jī)中混合5 10分鐘，再通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出，經(jīng)冷卻、切粒、風(fēng)干后得到阻燃聚 丙烯材料；其中，該步驟中雙螺桿擠出機(jī)的溫度設(shè)置為一區(qū)180-185°C ；二區(qū)185-190°C ； 三區(qū)185-190°C ；四區(qū)185-190°C ；五區(qū)185_195°C ；六區(qū)190_195°C ；七區(qū)180-190°C ； 八區(qū)180-185°C ；機(jī)頭溫度185-190°C ；螺桿轉(zhuǎn)速控制在200 300r/min。下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做一詳細(xì)的闡述。其中在下述各個(gè)實(shí)施例 中，聚丙烯為燕山石化的K8003或茂名石化的EPS30R ；堿式碳酸鎂的分子式為 Mg5 [(CO3)4 (OH)2] -4 (H2O)；偶聯(lián)劑為KH550、KH570中的一種；潤滑劑為聚乙烯蠟；抗氧劑為 四[β-(3，5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯。實(shí)施例1將堿式碳酸鎂粉體放入高速混合機(jī)中，添加堿式碳酸鎂粉體質(zhì)量的硬脂 酸在70°C下進(jìn)行表面改性，混合時(shí)間為30分鐘，得到改性堿式碳酸鎂粉體，吸油值為 148. 3ml/100g，松裝密度為0. 09g/ml，振實(shí)密度為0. 25g/ml，休止角為45. 66°，卡爾指數(shù)
5為 51. 5% ；阻燃聚丙烯材料的重量份數(shù)配方組成如下聚丙烯改性堿式碳酸鎂
55份 45份 四[β-(3，5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯 0.2份阻燃聚丙烯材料的制備過程如下第一步將55份聚丙烯、30份改性堿式碳酸鎂、 0. 2份抗氧劑、0. 2份潤滑劑在高速混合機(jī)中混合，通過雙螺桿擠出機(jī)上熔融擠出、冷卻、切 粒、烘干過程得到阻燃聚丙烯半成品，第二步將烘干的阻燃聚丙烯半成品粒料與剩余的15 份改性堿式碳酸鎂在高速混合機(jī)上混合，通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、冷卻、切粒、風(fēng)干，得 到阻燃聚丙烯材料。實(shí)施例2將堿式碳酸鎂粉體放入高速混合機(jī)中，添加堿式碳酸鎂粉體質(zhì)量2 %的硬脂 酸在60°C下進(jìn)行表面改性，混合時(shí)間20分鐘，得到改性堿式碳酸鎂粉體，吸油值為 131. 7ml/100g，松裝密度為0. 13g/ml，振實(shí)密度為0. 29g/ml，休止角為44. 33°，卡爾指數(shù) 為 52. 0%。阻燃聚丙烯材料的重量份數(shù)配方組成如下聚丙烯50份改性堿式碳酸鎂50份四[β-(3，5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯 0.3份聚乙烯蠟0.3份阻燃聚丙烯材料的制備過程如下第一步將50份聚丙烯、30份改性堿式碳酸鎂、 0. 3份抗氧劑、0. 3份潤滑劑在高速混合機(jī)中混合，通過雙螺桿擠出機(jī)上熔融擠出、冷卻、切 粒、烘干過程得到阻燃聚丙烯半成品，第二步將烘干的阻燃聚丙烯半成品粒料與剩余的20 份改性堿式碳酸鎂在高速混合機(jī)上混合，再通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、冷卻、切粒、風(fēng)干， 得到阻燃聚丙烯材料。實(shí)施例3將堿式碳酸鎂粉體放入高速混合機(jī)中，添加堿式碳酸鎂粉體質(zhì)量的硬脂 酸鋅在10(TC下進(jìn)行表面改性，混合時(shí)間40分鐘，得到改性堿式碳酸鎂粉體，吸油值為 150ml/100g，松裝密度為0.08g/ml，振實(shí)密度為0.21g/ml，休止角為51.66°，卡爾指數(shù)為 49. 0%。阻燃聚丙烯材料的重量份數(shù)配方組成如下聚丙烯45份改性堿式碳酸鎂55份四[β-(3，5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯 0.2份聚乙烯蠟0.4份阻燃聚丙烯材料的制備過程如下第一步將45份聚丙烯、30份改性堿式碳酸鎂、 0. 2份抗氧劑、0. 4份潤滑劑在高速混合機(jī)中混合，通過雙螺桿擠出機(jī)上熔融擠出、冷卻、切 粒、烘干過程得到阻燃聚丙烯半成品，第二步將烘干的阻燃聚丙烯半成品粒料與剩余的25 聚乙烯蠟
0.2份份改性堿式碳酸鎂在高速混合機(jī)上混合，再通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、冷卻、切粒、風(fēng)干， 得到阻燃聚丙烯材料。實(shí)施例4將堿式碳酸鎂粉體放入高速混合機(jī)中，添加堿式碳酸鎂粉體質(zhì)量3 %的硬脂 酸在90°C下進(jìn)行表面改性，混合時(shí)間30分鐘，得到改性堿式碳酸鎂粉體，吸油值為 111. 7ml/100g，松裝密度為0. 14g/ml，振實(shí)密度為0. 31g/ml，休止角為44. 33°，卡爾指數(shù) 為 54. 5%。阻燃聚丙烯材料的重量份數(shù)配方組成如下聚丙烯40份改性堿式碳酸鎂60份四[β-(3，5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯 0.4份聚乙烯蠟0.6份阻燃聚丙烯材料的制備過程如下第一步將40份聚丙烯、35份改性堿式碳酸鎂、 0. 4份抗氧劑、0. 6份潤滑劑在高速混合機(jī)中混合，通過雙螺桿擠出機(jī)上熔融擠出、冷卻、切 粒、烘干過程得到阻燃聚丙烯半成品，第二步將烘干的阻燃聚丙烯半成品粒料與剩余的25 份改性堿式碳酸鎂在高速混合機(jī)上混合，再通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、冷卻、切粒、烘干， 得到阻燃聚丙烯材料。實(shí)施例5將堿式碳酸鎂粉體放入高速混合機(jī)中，添加堿式碳酸鎂粉體質(zhì)量4%的硬脂 酸鋅在130°C下進(jìn)行表面改性，混合時(shí)間35分鐘，得到改性堿式碳酸鎂粉體，吸油值為 110ml/100g，松裝密度為0. llg/ml，振實(shí)密度為0. 23g/ml，休止角為46. 33°，卡爾指數(shù)為 52. 0%。阻燃聚丙烯材料的重量份數(shù)配方組成如下聚丙烯35份改性堿式碳酸鎂65份四[β-(3，5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯 0.5份聚乙烯蠟1份阻燃聚丙烯材料的制備過程如下第一步將35份聚丙烯、35份改性堿式碳酸鎂、 0. 5份抗氧劑、1份潤滑劑在高速混合機(jī)中混合，通過雙螺桿擠出機(jī)上熔融擠出、冷卻、切 粒、烘干過程得到阻燃聚丙烯半成品，第二步將烘干的阻燃聚丙烯半成品粒料與剩余的30 份改性堿式碳酸鎂在高速混合機(jī)上混合，再通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出、冷卻、切粒、烘干， 得到阻燃聚丙烯材料。將實(shí)施例1至5中制得的阻燃聚丙烯材料在注塑機(jī)上注塑成型為標(biāo)準(zhǔn)試樣，測(cè)試 性能如下表1所示
權(quán)利要求
1.一種阻燃聚丙烯材料，其特征在于，按重量份數(shù)由以下組分組成聚丙烯35 55改性堿式碳酸鎂45 65抗氧劑0. 2 0. 5潤滑劑0. 2 1 ；其中，改性堿式碳酸鎂的制備方法如下將堿式碳酸鎂粉體加入高速混合機(jī)中，添加占 堿式碳酸鎂粉體質(zhì)量1 4%的偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性，混合溫度為60 130°C，混合時(shí)間 20 40分鐘，得到改性堿式碳酸鎂粉體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于所述改性堿式碳酸鎂晶體結(jié) 構(gòu)為 Mg5 [ (CO3) 4 (OH) 2] · 4 (H2O)，平均粒徑為 6 15 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于所述偶聯(lián)劑為硬脂酸或硬脂 酸鋅中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于所述聚丙烯為均聚聚丙烯或 共聚聚丙烯。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于所述抗氧劑為季戊四醇雙亞 磷酸酯二(2，4_ 二特丁基苯基)酯、亞磷酸酯三(2，4_ 二特丁基苯基)酯、多烷基雙酚A亞 磷酸酯的雙聚體和三聚體的復(fù)合物，N, N-雙-[3-(3，5- 二叔丁基-4-羥基苯基)丙?；鵠 己二胺、四[β-(3，5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯中的任意一種或兩種以上 的混合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阻燃聚丙烯材料，其特征在于所述潤滑劑為聚乙烯蠟、石 蠟、硅油中的一種或兩種以上的混合物。
7.—種如權(quán)利要求1至6任一權(quán)利要求所述的阻燃聚丙烯材料的制備方法，其特征在 于，包括步驟一、按權(quán)利要求1所述的重量份數(shù)依次稱取各組分，將稱取的聚丙烯、抗氧劑、潤 滑劑、30 35份改性堿式碳酸鎂在高速混合機(jī)中混合5 10分鐘，通過雙螺桿擠出機(jī)熔融 擠出，經(jīng)冷卻、切粒、烘干得到阻燃聚丙烯半成品；其中，該步驟中雙螺桿擠出機(jī)的溫度設(shè)置為一區(qū)185-190°C;二區(qū)185-190°C;三區(qū) 190-195°C ；四區(qū)190-195°C ；五區(qū)190-200°C ；六區(qū)190_195°C ；七區(qū)180-190°C ；八區(qū) 180-185°C ；機(jī)頭溫度185-190°C ；螺桿轉(zhuǎn)速控制在200 ;350r/min ；步驟二、將制得的阻燃聚丙烯半成品在設(shè)定溫度為70 90°C的干燥桶中干燥2 4小時(shí)；步驟三、將步驟二干燥后的阻燃聚丙烯半成品與剩余的改性堿式碳酸鎂在高速混合機(jī) 中混合5 10分鐘，再通過雙螺桿擠出機(jī)熔融擠出，經(jīng)冷卻、切粒、風(fēng)干后得到阻燃聚丙烯 材料；其中，該步驟中雙螺桿擠出機(jī)的溫度設(shè)置為一區(qū)180-185°C;二區(qū)185-190°C;三區(qū) 185-190°C ；四區(qū)185-190°C ；五區(qū)185_195°C ；六區(qū)190_195°C ；七區(qū)180-190°C ；八區(qū) 180-185°C ；機(jī)頭溫度185-190°C ；螺桿轉(zhuǎn)速控制在200 300r/min。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種阻燃聚丙烯材料及其制備方法，該阻燃聚丙烯材料按重量份數(shù)由以下組分組成聚丙烯35～55，改性堿式碳酸鎂45～65，抗氧劑0.2～0.5，潤滑劑0.2～1；其中，改性堿式碳酸鎂的制備方法如下將堿式碳酸鎂粉體加入高速混合機(jī)中，添加占?jí)A式碳酸鎂粉體質(zhì)量1～4％的偶聯(lián)劑進(jìn)行表面改性，混合溫度為60～130℃，混合時(shí)間20～40分鐘，得到改性堿式碳酸鎂粉體。本發(fā)明通過對(duì)堿式碳酸鎂進(jìn)行表面改性及改進(jìn)阻燃聚丙烯材料的加工工藝，改善堿式碳酸鎂與聚丙烯的相容性，使原料混合均勻，材料性能得到提高；且堿式碳酸鎂來源廣泛，成本低廉，制得的阻燃聚丙烯材料阻燃效果好。
文檔編號(hào)C08L23/12GK102070832SQ20101060525
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者申應(yīng)軍, 胡珊, 鄭輝, 韓宏昌 申請(qǐng)人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢), 深圳市富恒塑膠新材料有限公司