本發(fā)明涉及阻燃材料領(lǐng)域，尤其涉及一種石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

聚丙稀（pp）作為五大通用塑料之一，具有密度小、價格低、耐腐燭、力學(xué)性能佳等優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于汽車、家電、醫(yī)藥、食品包裝、建筑等領(lǐng)域。但聚丙稀的氧指數(shù)極低（僅為17%），離火后能持續(xù)燃燒，屬于易燃的高分子材料。隨著其應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)展，應(yīng)用數(shù)量不斷增大，迫切需要發(fā)展高阻燃聚丙烯材料。

傳統(tǒng)的提高阻燃性能的方法是添加鹵系阻燃劑，其具有添加量少、阻燃效果顯著的特點，在阻燃領(lǐng)域中占據(jù)重要的地位；但其在燃燒時產(chǎn)生腐蝕性氣體且發(fā)煙量大，導(dǎo)致二次污染而危及環(huán)境和人類安全；無鹵阻燃聚丙烯發(fā)展迅速，截至2015年，全球阻燃聚丙烯中無鹵阻燃產(chǎn)品占有率已超過30%。在適用于聚丙烯的無鹵阻燃劑中，主要有氫氧化鋁（ath）、氫氧化鎂（mh）、微膠囊化紅磷、膨脹石墨及磷-氮系膨脹阻燃劑（ifr），尤以ifr最為用戶青睞。

傳統(tǒng)的膨脹阻燃劑同樣存在著一些問題，（1）傳統(tǒng)膨脹阻燃劑與聚丙烯兼容性差，分散效果不理想；（2）生成的膨脹炭層致密性較差，熱穩(wěn)定性欠佳、導(dǎo)致阻燃性能不夠理想；（3）為達(dá)到阻燃效果，添加量較大，一般為25-30%，此類阻燃劑力學(xué)性能較差，使得材料力學(xué)性能，尤其是拉伸強(qiáng)度、抗沖擊強(qiáng)度大副度下降，導(dǎo)致工程上應(yīng)用面狹窄。

因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和發(fā)展。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料及其制備方法，旨在解決現(xiàn)有的聚丙烯材料阻燃效果不理想、阻燃劑添加量大、影響產(chǎn)品品質(zhì)等問題。

本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料，其中，按重量百分比計，包含75-89%的聚丙烯、10-20%的膠囊化的聚磷酸銨和1-5%的改性氧化石墨烯。

所述的石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料，其中，按重量百分比計，所述膠囊化的聚磷酸銨包括0.2-5%的膠囊殼體和95%-99.8%的位于膠囊殼體中的聚磷酸銨。

所述的石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料，其中，膠囊化的聚磷酸銨中，膠囊殼體由馬來酸酐接枝聚丙烯構(gòu)成。

所述的石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料，其中，所述聚磷酸銨是聚合度>1000的ii型聚磷酸銨。

所述的石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料，其中于，按重量百分比計，所述改性氧化石墨烯包括40%-80%的氧化石墨烯、1%-2%的三聚氰胺和19%-59%的馬來酸酐接枝聚丙烯。

所述的石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料，其中，所述氧化石墨烯的層數(shù)為1層-10層。

所述的石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料，其中，所述氧化石墨烯的長邊尺寸為0.5μm-10μm。

所述的石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料，其中，按重量百分比計，所述氧化石墨烯含10%-30%的極性官能團(tuán)。

一種如上所述的石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料的制備方法，其中，包括如下步驟：

（1）制備膠囊化的聚磷酸銨；

（2）制備改性氧化石墨烯；

（3）將聚丙烯原料、膠囊化的聚磷酸銨、改性氧化石墨烯經(jīng)分散混合后，擠出機(jī)熔融、混煉、擠出、冷卻、干燥、切粒、包裝得到成品。

有益效果：本發(fā)明利用石墨烯極強(qiáng)的阻隔作用，降低氧氣進(jìn)入基材和避免基材受熱后可燃?xì)怏w溢出的概率，極大的減小阻燃劑用量，有效提高阻燃效果；其其可顯著增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能，可廣泛用于汽車，家電、醫(yī)藥、食品包裝、建筑等領(lǐng)域，具有良好的推廣價值。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一種石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料的制備方法較佳實施例的流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明提供一種石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料及其制備方法，為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及效果更加清楚、明確，以下對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明所提供的一種石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料，按重量百分比計，包含75-89%的聚丙烯、10-20%的膠囊化的聚磷酸銨和1-5%的改性氧化石墨烯。

進(jìn)一步，按重量百分比計，所述膠囊化的聚磷酸銨包括0.2-5%的膠囊殼體和95%-99.8%的位于膠囊殼體中的聚磷酸銨。也就是說，聚磷酸銨是由膠囊殼體包裹，而膠囊化的聚磷酸銨中，膠囊殼體由馬來酸酐接枝聚丙烯構(gòu)成。采用馬來酸酐接枝聚丙烯作為膠囊殼體包裹聚磷酸銨，極大的提高了聚磷酸銨與聚丙烯的相容性。

進(jìn)一步，按重量百分比計，所述改性氧化石墨烯包括40%-80%的氧化石墨烯、1%-2%的三聚氰胺和19%-59%的馬來酸酐接枝聚丙烯。本發(fā)明優(yōu)選是采用馬來酸酐接枝聚丙烯和三聚氰胺對氧化石墨烯進(jìn)行改性，從而顯著提升氧化石墨烯在聚丙烯中的分散效果。

也就是說，本發(fā)明采用馬來酸酐接枝聚丙烯作為膠囊殼體包裹聚磷酸銨，采用馬來酸酐接枝聚丙烯和三聚氰胺對氧化石墨烯進(jìn)行改性，極大促進(jìn)聚磷酸銨和氧化石墨烯在聚丙烯中的分散效果。

優(yōu)選的，按重量百分比計，所述氧化石墨烯含10%-30%的極性官能團(tuán)。利用極性官能團(tuán)對氧化石墨烯進(jìn)行修飾，可提高氧化石墨烯的分散效果。所述氧化石墨烯的層數(shù)為1層-10層，例如5層。所述氧化石墨烯的長邊尺寸為0.5μm-10μm，例如5μm。上述條件下的氧化石墨烯可提高自身在聚丙烯中的分散效果。

上述改性氧化石墨烯具有高阻隔和優(yōu)異的力學(xué)性能，可顯著降低膠囊化聚磷酸銨的使用量，增強(qiáng)阻燃性，并提高力學(xué)性能。

進(jìn)一步，所述聚磷酸銨是聚合度>1000的ii型聚磷酸銨。聚磷酸銨又稱多聚磷酸銨或縮聚磷酸銨(簡稱app)。聚磷酸銨無毒無味，不產(chǎn)生腐蝕氣體，吸濕性小，熱穩(wěn)定性高，是一種性能優(yōu)良的非鹵阻燃劑。本發(fā)明中，采用聚合度>1000的ii型聚磷酸銨，可減小材料的吸濕性，降低對工程塑料的力學(xué)性能影響。

本發(fā)明還提供一種如上所述的石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料的制備方法，如圖1所示，其包括如下步驟：

（1）制備膠囊化的聚磷酸銨；

（2）制備改性氧化石墨烯；

（3）將聚丙烯原料、膠囊化的聚磷酸銨、改性氧化石墨烯經(jīng)分散混合后，擠出機(jī)熔融、混煉、擠出、冷卻、干燥、切粒、包裝得到成品。

其中，膠囊化的聚磷酸銨的制備過程如下：將聚磷酸銨和馬來酸酐接枝聚丙烯加入足量的甲苯中，加熱至120℃，持續(xù)攪拌5h；冷卻，過濾，干燥，得到膠囊化的聚磷酸銨。

其中，改性氧化石墨烯的制備過程如下：將氧化石墨烯和三聚氰胺加入足量的甲苯中，在120℃條件下持續(xù)攪拌2h，再加入馬來酸酐接枝聚丙烯，在120℃條件下持續(xù)攪拌10h，冷卻，過濾，干燥，得到改性氧化石墨烯。

實施例1

（1）采用聚合度n>1000的ii型聚磷酸銨1000g，馬來酸酐接枝聚丙烯2g，與10l甲苯，120℃持續(xù)攪拌5h，冷卻，過濾，干燥，得到膠囊化的聚磷酸銨，其中馬來酸酐接枝聚丙烯重量百分比為0.2%，聚磷酸銨重量百分比為99.8%；

（2）采用層數(shù)5層，長邊尺寸5μm，含極性官能團(tuán)20%的氧化石墨烯1000g，三聚氰胺25g，加入10l甲苯中，120℃持續(xù)攪拌2h，之后加入馬來酸酐接枝聚丙烯1475g，120℃持續(xù)攪拌10h，冷卻，過濾，干燥，得到改性氧化石墨烯，其中氧化石墨烯重量百分比為40%，三聚氰胺重量百分比1%，馬來酸酐接枝聚丙烯重量百分比59%。

（3）將聚丙烯、（1）中制備的膠囊化的聚磷酸銨、（2）中制備的改性氧化石墨烯，質(zhì)量百分比分別為聚丙烯75%，膠囊化的聚磷酸銨20%，改性氧化石墨烯5%，加入混料機(jī)混料，之后采用螺桿擠出機(jī)，熔融、混煉、擠出、冷卻、干燥、切粒、包裝得到成品。

制備的石墨烯增強(qiáng)高阻燃聚丙烯（即石墨烯增強(qiáng)阻燃性的聚丙烯材料），氧指數(shù)大于30，垂直燃燒試驗v-0級，抗拉強(qiáng)度大于38mpa，性能優(yōu)異。

實施例2

（1）采用聚合度n>1000的ii型聚磷酸銨1000g，馬來酸酐接枝聚丙烯25.6g，與10l甲苯，120℃持續(xù)攪拌5h，冷卻，過濾，干燥，得到膠囊化的聚磷酸銨，其中馬來酸酐接枝聚丙烯重量百分比為2.5%，聚磷酸銨重量百分比為97.5%；

（2）采用層數(shù)1層，長邊尺寸10μm，含極性官能團(tuán)10%的氧化石墨烯1000g，三聚氰胺25g，加入10l甲苯中，120℃持續(xù)攪拌2h，之后加入馬來酸酐接枝聚丙烯641.7g，120℃持續(xù)攪拌10h，冷卻，過濾，干燥，得到改性氧化石墨烯，其中氧化石墨烯重量百分比為60%，三聚氰胺重量百分比1.5%，馬來酸酐接枝聚丙烯重量百分比38.5%。

（3）將聚丙烯，（1）中制備的膠囊化的聚磷酸銨，（2）中制備的改性氧化石墨烯，質(zhì)量百分比分別為聚丙烯80%，膠囊化的聚磷酸銨16%，改性氧化石墨烯4%，加入混料機(jī)混料，之后采用螺桿擠出機(jī)，熔融、混煉、擠出、冷卻、干燥、切粒、包裝得到成品。

制備的石墨烯增強(qiáng)高阻燃聚丙烯，氧指數(shù)大于30，垂直燃燒試驗v-0級，抗拉強(qiáng)度大于38mpa，性能優(yōu)異。

實施例3

（1）采用聚合度n>1000的ii型聚磷酸銨1000g，馬來酸酐接枝聚丙烯52.6g，與10l甲苯，120℃持續(xù)攪拌5h，冷卻，過濾，干燥，得到膠囊化的聚磷酸銨，其中馬來酸酐接枝聚丙烯重量百分比為5%，聚磷酸銨重量百分比為95%；

（2）采用層數(shù)10層，長邊尺寸0.5μm，含極性官能團(tuán)30%的氧化石墨烯1000g，三聚氰胺12.5g，加入10l甲苯中，120℃持續(xù)攪拌2h，之后加入馬來酸酐接枝聚丙烯237.5g，120℃持續(xù)攪拌10h，冷卻，過濾，干燥，得到改性氧化石墨烯，其中氧化石墨烯重量百分比為80%，三聚氰胺重量百分比1%，馬來酸酐接枝聚丙烯重量百分比19%。

（3）將聚丙烯，（1）中制備的膠囊化的聚磷酸銨，（2）中制備的改性氧化石墨烯，質(zhì)量百分比分別為聚丙烯89%，膠囊化的聚磷酸銨10%，改性氧化石墨烯1%，加入混料機(jī)混料，之后采用螺桿擠出機(jī)，熔融、混煉、擠出、冷卻、干燥、切粒、包裝得到成品。

本發(fā)明采用上述實施例制備的聚丙烯材料，氧指數(shù)大于30，垂直燃燒試驗v-0級，抗拉強(qiáng)度大于38mpa，性能優(yōu)異。

綜上所述，本發(fā)明利用石墨烯極強(qiáng)的阻隔作用，降低氧氣進(jìn)入基材和避免基材受熱后可燃?xì)怏w溢出的概率，極大的減小阻燃劑用量，有效提高阻燃效果；其其可顯著增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能，可廣泛用于汽車，家電、醫(yī)藥、食品包裝、建筑等領(lǐng)域，具有良好的推廣價值。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明的應(yīng)用不限于上述的舉例，對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進(jìn)或變換，所有這些改進(jìn)和變換都應(yīng)屬于本發(fā)明所附權(quán)利要求的保護(hù)范圍。