本發(fā)明涉及高分子阻燃材料制備領域，具體涉及一種擠出片材專用阻燃聚丙烯納米復合材料及其制備方法。
背景技術：
：聚丙烯(pp)具有比重輕，易加工，耐化學藥品等諸多優(yōu)點，應用十分廣泛，其氧指數為18％，可通過添加阻燃劑提高pp的耐燃性，但與與其他聚合物相比，要提高pp的耐燃性需要添加更大量的阻燃劑，可選擇的阻燃劑種類較少，上世紀大部分通過添加阻燃效果好的八溴聯(lián)苯醚。2004年歐盟推出rosh指令后，禁止使用八溴聯(lián)苯醚與十溴聯(lián)苯醚。近幾年，業(yè)內推出多種無鹵阻燃劑用于pp阻燃材料，如：無機類阻燃劑體系：mg(oh)2、al(oh)3。但是這類阻燃體系中阻燃劑的用量高達60％，所制備的阻燃pp比重大、脆性大；膨脹型無鹵阻燃體系，雖然所制備的阻燃pp天然環(huán)保，比重輕，但存在表面析出問題。這些無鹵阻燃pp僅可用于注塑成型，很難用于擠出成型，尤其不宜薄片的擠出成型，而且，無法制備高阻燃性pp復合材料。因此，如何提高pp的阻燃效果，又能保持材料的力學性能，是業(yè)內一大課題。技術實現要素：本發(fā)明提供一種擠出片材專用阻燃聚丙烯納米復合材料及其制備方法，以解決上述現有技術擠出成型難、無法制備高阻燃性pp復合材料的問題。為解決上述問題，本發(fā)明采用的技術方案如下：一種擠出片材專用阻燃聚丙烯納米復合材料，其特征在于，該復合材料由如下重量份的組分組成：pp:65-75份阻燃劑：20-30份阻燃協(xié)效劑：5-8份成碳劑：0.5-5份納米無機材料：1-5份抗氧化劑：0.5-1.0份潤滑劑：0.3-1.0份抗滴落劑：0.1-0.5份硅烷類偶聯(lián)劑：0.1-0.5份。優(yōu)選地，所述pp為分子量為100000-150000的均聚pp和/或共聚pp。優(yōu)選地，所述阻燃劑為溴化聚苯稀、溴化環(huán)氧樹脂、十溴二苯乙烷的一種或多種。優(yōu)選地，所述阻燃協(xié)效劑為三氧化二銻、五氧化二銻、硼酸鋅的一種或多種，細度為500～1500目。優(yōu)選地，所述成碳劑為嗪類化合物和/或含苯環(huán)聚合物。優(yōu)選地，所述納米無機材料為納米蒙脫土、納米zno、納米mgo、納米硅灰石、納米滑石粉、碳納米管以及納米海泡石的一種或多種。優(yōu)選地，所述抗氧化劑包括主抗氧化劑和輔抗氧化劑，所述主抗氧化劑為2.6—二溴丁醛-4-甲酚和/或季戊四醇酯，所述輔抗氧化劑為硫酸脂類化合物。優(yōu)選地，所述潤滑劑為n’n-乙撐雙碳酯酰胺(ebs)、硅酮粉、季戊四醇硬酸酯的一種或多種。優(yōu)選地，所述抗滴落劑為聚四氟乙烯微粉，粒徑為10—50um。一種擠出片材專用阻燃聚丙烯納米復合材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：(1)先將納米無機材料與硅烷類偶聯(lián)劑混合，在40～80℃下高速攪拌3～10min，使得其中的硅烷類偶聯(lián)劑對納米無機材料進行表面活化處理；(2)將阻燃劑、阻燃協(xié)效劑、成碳劑、抗氧化劑、潤滑劑、抗滴落劑以及經表面活化處理的納米無機材料按比例混合得到阻燃助劑混合料備用；(3)pp和阻燃助劑混合料分別計量進入雙螺桿，熔融共混擠出造粒，即得到阻燃pp納米復合材料。綜上所述，由于采用了上述技術方案，本發(fā)明的有益效果是：(1)本發(fā)明采用含溴阻燃劑、協(xié)效劑、成碳劑及納米材料復合阻燃體系與pp熔融共混擠出工藝，制得高阻燃性、高延展性阻燃pp復合材料，其阻燃等級達到0.4mm,v-o級(ul94),伸長率達30％，材料加工性完全滿足熔融擠出片材工藝技術。(2)本發(fā)明采用高分子量的均聚pp或共聚pp，其熔融指數為0.5-3.0g╱10min，由于高分子量pp具有較的強度，尤其是高分子量共聚pp具有很高的斷裂伸長率，所以即使添加較多的填充物時，仍可保持較高的伸長率。(3)本發(fā)明采用溴系阻燃劑作主阻燃劑，其阻燃效率高，其中，選用高純度十溴二苯乙烷、中高分子量溴化聚苯乙烯及溴化環(huán)氧樹脂作阻燃劑，均可制備出達到ul94-v-o級阻燃pp，三種阻燃劑可以單獨使用，十溴二苯乙烷與溴化苯乙烯，或溴化環(huán)氧樹脂可以復合使用，均有較好的阻燃效果與力學性能，其用量為20-30份，最佳用量可在24-28份，阻燃劑用量太大時，嚴重降低材料的力學性能，尤其是伸長率大幅下降，加入量太小，則達不到阻燃效果。(4)本發(fā)明采用阻燃協(xié)效劑可有效提高阻燃效力，可單獨使用三氧化二銻，同時，也可將三氧化二銻與硼酸鋅復合使用，可減少三氧化二銻的用量，其配比為3：2，其中，阻燃劑與阻燃協(xié)效劑的重量比為4.5:1達到最佳。(5)本發(fā)明采用成碳劑可提高阻燃效力，減少阻燃劑使用量，降低材料的燃燒速度，其作用是在材料燃燒過程中，成碳劑分解形成碳層，覆蓋于材料表面，起到隔氧作用，從而達到減緩材料的燃燒速度，提高阻燃效力之目的；本發(fā)明采用嗪類有機化合物，或含有苯環(huán)結構的聚合物作成炭劑，分子中具有環(huán)狀結構的化合物在燃燒過程中可分解成炭，尤其加入少量的含苯環(huán)結構聚合物，由于含苯環(huán)結構聚合物分解溫度高，可延緩材料的燃燒速度并具有明顯的成碳作用，也可以將嗪類化合物與ps、pps含苯環(huán)含硫結構的聚合物結合使用，這些聚合物除有成碳作用外，分子鏈中的硫元素具有阻燃作用；成碳劑另一作用是抑煙作用，添加成炭劑可有效減少pp燃燒過程中的發(fā)煙量，同時，還具有一定的抗滴落作用,其用量在0.5～5份，最佳用量為：1.0～1.5份，加入量大時，由于其與pp相容性差，會降低pp材料的力學性能。(6)本發(fā)明在阻燃體系中加入防滴落劑，防滴落劑為聚四氟乙烯微粉(ptfe)其粒徑在10—50um，最好是20-30um，防滴劑顆粒太大，可能分散不均影響材料力學性能與阻燃性，顆粒太小，則微粉易團聚，難以分散；其用量在0.1—0.5份，最好為0.2—0.3份，加入量大時，ptfe與pp不相容而導致材料力學性能下降，加入量太少，則可能導致分散不均，起不到作用。(7)本發(fā)明采用硅烷類偶聯(lián)劑活化處理納米無機材料，作為阻燃劑體系的組成部分，其作用在于納米材料對pp具有成核結晶的作用；納米材料的加入可促進pp的結晶細化，結晶完全規(guī)整的pp在燃燒過程中吸收的熱量比結晶不完善的pp大，從而，在一定程設上延緩了材料的燃燒速度，起到阻燃增效的作用。，對納米無機粒子進行偶聯(lián)化處理，有利于納米無機粒子與pp的結合與分散，有利于提高材料的力學性，一般來講，納米無機材料用量為1—5份，最好是1-2份，硅烷類偶聯(lián)劑用量為0.1-0.5份，最好是0.2-0.3份。(8)本發(fā)明在體系中加入一定量的抗氧劑，pp在熔融加工過程中易受熱氧化降解，降解的低分子量pp將更容易燃燒，從而降低阻燃效力，因此，抗氧劑可有效地緩解pp受熱時的氧化降解，抗氧劑具有一定的捕捉自由基的功能，具有抗老化的作用；采用主抗氧化劑和輔抗氧化劑搭配使用，既有抗老化功能，又可抑制pp受熱分解；受阻酚類主抗氧劑用量為：0.1—0.4份，最佳用量為0.2-0.3份，硫酸脂類輔抗氧劑用量為0.3—0.6份，最好是0.4—0.5份。(9)本發(fā)明在阻燃pp體系中應用潤滑劑，pp屬于易燃材料，低分子潤滑劑的加入在提高復合材料的流動性的同時，在一定程度上影響阻燃性，所以選擇合適的潤滑劑，既保證材料表面光澤性，又不降低材料的阻燃性，潤滑劑在本體系中應起到兩個作用；一是促進阻燃劑及其他助劑在pp中的分散性，二是提高擠出片材的表面光澤性，本發(fā)明選擇的ebs、硅酮粉pets、ebs、pets均兼具內外潤滑作用，硅酮粉具有較好的外潤作用，且有利于阻燃作用，因此，采用硅酮粉與ebs或pets復合應用，硅酮粉與ebs或pets的配比為：6:4,總用量為0.2—1.0份，最好為0.3—0.5份。具體實施方式本說明書中公開的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。實施例1采用pp5.0kg、十溴二苯乙烷1.25kg、三氧化二銻0.25kg、納米蒙脫土0.10kg、硅烷偶聯(lián)劑kh55020g、pps50g、聚四氟乙烯微粉25g、硅酮粉15g以及ebs10g來制備擠出片材專用阻燃聚丙烯納米復合材料，包括如下步驟：(1)納米蒙脫土表面處理，將納米蒙脫土100g、硅烷偶聯(lián)劑kh55020g加入高速攪拌機，加熱至60℃，開啟攪拌，轉速200rpm，攪拌5min后取出裝入助劑混合器中；(2)將十溴二苯乙烷1.25kg、三氧化二銻0.1kg、pps50g、聚四氟乙烯微粉25g、硅酮粉15g以及ebs10g加入助劑混合器，與之前加入的納米蒙脫土混合5min，攪拌轉速50rpm,取出加入助劑料斗；(3)將均聚pp5.0kg加入主料機備用；(4)開啟雙螺旋擠出機、轉速350rpm,按配比設量加入，加入量分別為1000g/min,344g/min，開啟計量輸送螺桿，將主料pp及助劑送入雙螺旋桿擠出機熔融共混擠出，帶條經冷卻、切粒、干燥，得到產物，雙螺桿擠出溫度設置(℃)：220、225、230、235、230、235、230、225；(5)產品性能測試：①制樣，在120g型注塑機上注塑成型樣條，樣條放置24小時后，進行性能測試；②檢測材料的拉伸強度，斷裂伸長率，彎曲強度，缺口沖擊強度，阻燃性及燃燒速度，具體測試結果：拉伸強度、斷裂伸長率均符合gb/t1040規(guī)定，彎曲強度符合gb/t9341規(guī)定，缺口沖擊強度符合gb/t1043規(guī)定；阻燃性及燃燒速度符合ul-94水平燃燒標準，具體操作為：樣條燃燒10s后，離火熄滅，測殘留長度，以殘留樣條長度表征其燃燒速度，其殘留長度長，則材料燃燒速度慢，反之亦然。本實施例中，所用材料均為采購所得。實施例2參照實施例1的操作步驟，采用不同材料與配比，配方與效果分別如表1、表2所示。表1不同組阻燃pp納米復合材料的組成材料1234567891011均聚pp1008010010010010010010010010080共聚pp-20--------20十溴二苯乙烷2525--20202525252525溴化ps--28-8-----3.0溴化環(huán)氧樹脂---28-8-----三氧化二銻5.05.05.25.25.25.25.04.05.05.05.2硼酸鋅--------2.0---蒙脫土2.02.02.02.02.02.0-2.0-2.02.0zno------3----滑石粉--------3.0--kh5500.20.20.20.20.20.20.20.20.20.20.2pps1.01.01.01.01.01.01.01.01.01.0-pet----------1.0聚四氟乙烯0.30.30.30.30.30.30.30.30.30.30.3硅酮粉0.30.30.30.30.30.30.30.30.30.30.3ebs0.20.20.20.20.20.20.20.20.2-0.2季成四醇酯--------0.2-表2不同組阻燃pp納米復合材料的性能從表1、表2結果看出，本發(fā)明的阻燃pp納米復合材料具有高沖擊強度、伸長率，高阻燃性與低燃燒速度，表面光澤度好，完全滿足擠出片材要求。當前第1頁12