專利名稱：一種玄武巖纖維增強無鹵阻燃聚丙烯復合材料及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種玄武巖纖維增強無鹵阻燃聚丙烯材料及其制備方法，具體涉及一種使用磷腈類化合物作為阻燃劑、玄武巖纖維作為增強介質(zhì)的無鹵阻燃聚丙烯復合材料的制備方法。
背景技術：
聚丙烯是一種無臭、無味、無毒的乳白色產(chǎn)品，具有良好的機械性能、耐熱性、電絕 緣性和化學穩(wěn)定性，與許多化學藥品不發(fā)生作用，是目前重要的通用塑料之一，無論是從絕對數(shù)量上，還是從應用的廣度與深度上都屬于發(fā)展最快的品種。如今，改性聚丙烯因為其性能優(yōu)勢和價格優(yōu)勢，在人們的生活中無處不在，如汽車零部件、家電、戶外家具等。聚丙烯的阻燃劑中的無鹵阻燃劑因其具有較小的煙密度，燃燒時有毒物質(zhì)的揮發(fā)及煙氣的揮發(fā)對人體的傷害小而成為目前重點發(fā)展的阻燃技術。其中，磷腈類化合物阻燃劑就是其中一類，磷腈化合物是以P、N交替雙鍵排列為主鏈結(jié)構的一類無機化合物，以環(huán)狀或線性結(jié)構存在，在磷原子上接入苯氧基即本產(chǎn)品，苯氧基的引入使磷腈化合物成為無機化合物和有機化合物相結(jié)合的產(chǎn)物，是一種良好的無鹵的環(huán)保型綠色阻燃劑，具有較高的熱分解溫度和阻燃效果，發(fā)煙及有毒氣體少。玄武巖在我國分布較廣，價格便宜，而玄武巖纖維的制造成本低，相對化學纖維、玻璃纖維、碳纖維等有較為明顯的綜合優(yōu)勢，替代潛力大，是高科技含量和高附加值的新產(chǎn)品。玄武巖纖維與玻璃纖維相比，在耐高低溫、力學、電學、聲學性能及化學穩(wěn)定性等方而均具有較大優(yōu)勢。由于玄武巖熔化過程中沒有硼和其他堿金屬氧化物排出，使玄武巖纖維制造過程的池爐排放煙塵中無有害物質(zhì)析出，不向大氣排放有害氣體，無工業(yè)垃圾及有毒物質(zhì)污染環(huán)境。所以玄武巖纖維作為聚丙烯的增強介質(zhì)，可以大大增強聚丙烯材料的剛性和柔性，提高其力學性能，拓寬聚丙烯復合材料的應用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種玄武巖纖維增強無鹵阻燃聚丙烯復合材料，在體系配方中加入了玄武巖纖維作為增強介質(zhì)，以磷腈類化合物作為阻燃劑，提高了復合材料的力學性能，如拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量等都顯著提高，同時材料的煙密度較小，拓寬了該聚丙烯復合材料的應用領域。本發(fā)明的另一個目的是為了提供這種無鹵阻燃聚丙烯復合材料的制備方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)一種玄武巖纖維增強無鹵阻燃聚丙烯復合材料，其特征在于包含以下按重量百
分數(shù)計的原料聚丙烯3 -6
增韌劑1%-9%
磷腈類服燃劑20%-50%
玄武巖纖維10X-30·/*
PIUi協(xié)效剤2I-4X
相參劍2%-15% 熱穩(wěn)定劑I 5%-1%
加工助劑O. 5|-11=所述增韌劑為烯烴-α烯烴-辛烯三元共聚物、苯乙烯與丁二烯的共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、氫化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、氫化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、乙烯-α -乙烯-辛烯共聚物、乙烯與丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的共聚物、三元乙丙膠或聚氨酯的一種或幾種的混合物。所述熱穩(wěn)定劑選自酚類、胺類、亞磷酸酯類、半受阻酚類、杯芳烴類和硫代二丙酸二月桂酯熱穩(wěn)定劑中的一種或兩種以上的混合物。其中，所述的酚類熱穩(wěn)定劑為雙酚Α、雙酚C以及2，6-二叔丁基對甲酚中的一種或兩種以上的混合物；所述的胺類熱穩(wěn)定劑為苯基對苯二胺、二苯基對苯二胺、4-輕基十二烷酰替苯胺和4-羥基十八烷酰替苯胺中的一種或兩種以上的混合物；所述的亞磷酸酯類熱穩(wěn)定劑為亞磷酸三壬基苯酯、亞磷酸三苯酯和亞磷酸辛二苯酯中的一種或兩種以上的混合物；所述的半受阻酚類熱穩(wěn)定劑為1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5- 二叔丁基-4-羥基芐基)苯、三甲基苯和2，2’-甲撐雙(4-乙基-6-叔丁基苯酚)中的一種或兩種以上的混合物；所述的杯環(huán)烴類熱穩(wěn)定劑為對叔丁基杯[4]芳烴、對叔丁基杯[6]芳烴和對叔丁基杯[8]芳烴中的一種或兩種以上的混合物合物；所述加工助劑選自低分子酯類、金屬皂類、硬脂酸復合酯類和酰胺類中的一種或兩種以上的混合物。其中，所述的低分子酯類加工助劑為硬脂酸丁脂、硬脂酸單甘油酯和三硬脂酸甘油酯中的一種或兩種以上的混合物；所述的金屬皂類加工助劑為硬脂酸鈣、硬脂酸鋅和硬脂酸鎂中的一種或兩種以上的混合物；所述的硬脂酸復合酯類加工助劑為三聚甘油單硬脂酸酯、聚甘油單硬脂酸酯和山梨醇酐單硬脂酸酯中的一種或兩種以上的混合物；所述的酰胺類加工助劑為油酯酰胺、硬脂酰胺和乙撐雙硬脂酰胺中的一種或兩種以上的混合物。所述的磷腈類阻燃劑為苯氧基磷腈、三鄰苯二胺基環(huán)三磷腈、N- (二氯磷?；?三氯磷腈和六異丙氧基環(huán)三磷腈中的一種或兩種以上的組合物。所述協(xié)效阻燃劑為協(xié)效阻燃劑為硼酸鋅、氧化鋅或沸石中一種或兩種以上混合物。所述相容劑為極性單體接枝聚合物，選自聚乙烯、聚丙烯、乙烯-α -乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯與丁二烯的共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物中的一種或幾種的混合物；所述的極性單體為馬來酸酐及其類似物，丙烯酸及其酯類衍生物一種或幾種的混合物。所述玄武巖纖維為短切纖維或連續(xù)纖維。優(yōu)先的，玄武巖纖維為短切纖維。一種制備上述玄武巖纖維增強聚丙烯復合材料的方法，包括如下步驟( I)按配比稱量各種原料；(2)將聚丙烯、玄武巖纖維、熱穩(wěn)定劑、加工助劑、相容劑、增韌劑、磷腈類阻燃劑和阻燃協(xié)效劑加入長徑比為36 45:1的雙螺桿擠出機中熔融擠出造粒，擠出溫度為2000C _250°C，玄武巖纖維從側(cè)喂料口處加入。
本發(fā)明的有益效果是在磷腈類阻燃聚丙烯復合材料配方中加入玄武巖纖維作為增強介質(zhì)，使得聚丙烯復合材料的拉伸強度、彎曲強度、彎曲模量及缺口沖擊強度等力學性能都明顯提高，尤其是當玄武巖纖維含量占整個配方體系的重量百分數(shù)達到30%時，聚丙烯材料的力學性能達到最佳。而且以磷腈類化合物作為阻燃劑，在具有很好阻燃效果的同時又具有較小的煙密度，減少燃燒時有毒物質(zhì)的揮發(fā)及煙氣的揮發(fā)對人體的傷害，適合用于大型公共場合的塑料制件。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明作進一步說明實施例I將50公斤聚丙烯PP M2600R.3公斤烯烴-α烯烴-辛烯三元共聚物(增韌劑)、2公斤氧化鋅、30公斤苯氧基磷腈、3公斤相容劑馬來酸酐接枝聚丙烯、O. 9公斤熱穩(wěn)定劑苯基對苯二胺、I. I公斤加工助劑硬脂酸鈣混合，在長徑比為36 45:1的雙螺桿擠出機中熔融混合分散，玄武巖短切纖維10公斤從側(cè)喂口加入，在220°C _250°C擠出造粒，最終得到產(chǎn)品。所得料粒經(jīng)制樣并測試性能，檢測數(shù)據(jù)見下面表格。實施例2將40公斤聚丙烯PP M2600R.5公斤烯烴-α烯烴-辛烯三元共聚物、2公斤氧化鋅、28公斤N- (二氯磷?；?三氯磷腈及六異丙氧基環(huán)三磷腈、3公斤相容劑馬萊酸酐接枝聚乙烯、O. 8公斤熱穩(wěn)定劑4-羥基十八烷酰替苯胺、I. 2公斤加工助劑硬脂酰胺混合，在長徑比為36 45:1的雙螺桿擠出機中熔融混合分散，玄武巖短切纖維20公斤從側(cè)喂口加入，在220°C _250°C擠出造粒，最終得到產(chǎn)品。所得料粒經(jīng)制樣并測試性能，結(jié)果見下面表格。實施例3將32公斤聚丙烯PP M2600R、3公斤氫化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、2公斤硼酸鋅、28公斤三鄰苯二胺基環(huán)三磷腈、3公斤相容劑馬來酸酐接枝聚乙烯、O. 3公斤熱穩(wěn)定劑亞磷酸三壬基苯酯、O. 3公斤熱穩(wěn)定劑對叔丁基杯[6]芳烴、I. 4公斤加工助劑混合,在長徑比為36 45:1的雙螺桿擠出機中熔融混合分散，玄武巖短切纖維30公斤從側(cè)喂口加入，在220°C -250°C擠出造粒，最終得到產(chǎn)品。所得料粒經(jīng)制樣并測試性能，結(jié)果見下面表格。實施例4將30公斤聚丙烯PP M2600R、I公斤乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、3公斤硼酸鋅、32公斤六異丙氧基環(huán)三磷腈、2. 5公斤相容劑馬來酸酐接枝乙烯- α -乙烯-辛烯共聚物、O. 3公斤熱穩(wěn)定劑1，3，5-三甲基-2，4，6-三(3，5- 二叔丁基-4-羥基芐基)苯、O. 3公斤熱穩(wěn)定劑雙酚C、0. 3公斤加工助劑硬脂酸丁脂、O. 6公斤加工助劑乙撐雙硬脂酰胺混合，在長徑比為36 45:1的雙螺桿擠出機中熔融混合分散，玄武巖短切纖維30公斤從側(cè)喂口加入，在220°C _250°C擠出造粒，最終得到產(chǎn)品。所得料粒經(jīng)制樣并測試性能，結(jié)果見下面表格。對比例將32公斤聚丙烯PP M2600R.3公斤烯烴-α烯烴-辛烯三元共聚物、2公斤硼酸鋅、28公斤三鄰苯二胺基環(huán)三磷腈、3公斤相容劑馬來酸酐接枝聚乙烯、O. 3公斤熱穩(wěn)定劑亞磷酸三苯酯、O. 5公斤熱穩(wěn)定劑4-羥基十八烷酰替苯胺、O. 6公斤加工助劑硬脂酸丁脂、 O. 6公斤加工助劑聚甘油單硬脂酸酯混合，在長徑比為36 45:1的雙螺桿擠出機中熔融混合分散，短切玻璃纖維30公斤從側(cè)喂口加入，在220°C _250°C擠出造粒，最終得到產(chǎn)品。所得料粒經(jīng)制樣并測試性能，結(jié)果見下表。性能檢測數(shù)據(jù)
測試結(jié)果__
性ft 單位測試標準實施例實施例實施例實施例對比例
____I__2__3__4__
纖維含量. I ISO 3451 10 20 30 30 30 拉伸霞度 MPa ISO 527 6279929782
彎曲強度 MPa ISO 178 97128 134 145 120
彎曲模量 MPa ISO 178 4800 5900 6600 7000 5400缺口沖擊強度 KJ/m; ISO 180 1219242616
密度 g/cnr ISO 1 183 1.36 1.42 1. 48 1. 53 1.45
1,6mm 1.6mm 1.6mm 0.8miti 1,6_
Pi燃性龜UL94
VOVOVOVOVO
最大_ 密度值___KBS__7274777776通過上述表格中的對比測試數(shù)據(jù)可知，隨著玄武巖纖維的逐量增加，聚丙烯材料的力學性能也隨之提升，尤其是當玄武巖纖維含量占整個配方體系的重量百分數(shù)達到30%時，聚丙烯材料的力學性能達到最佳。在其他配方不變的情況下，用玄武巖纖維替代等量的玻璃纖維，所得到的聚丙烯材料的拉伸強度、彎曲強度、缺口沖擊強度等明顯提高。
權利要求
1.一種玄武巖纖維增強無鹵阻燃聚丙烯復合材料，其特征在于包含以下按重量百分數(shù)計的原料 聚丙烯30%-60% J# 韌劑1%-9%磷腈類阻燃劑2W-50X玄武巖纖維10%-30%阻燃協(xié)效劑2%-4%相容劑2%-15%熱穩(wěn)定劑O. 5%-1%加工助劑O. 5%-l%c
2.根據(jù)權利要求I所述的一種玄武巖纖維增強無鹵阻燃聚丙烯復合材料，其特征在于所述的增韌劑為烯烴-α烯烴-辛烯三元共聚物、苯乙烯與丁二烯的共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、氫化的乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、氫化的苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三嵌段共聚物、乙烯-α -乙烯-辛烯共聚物、乙烯與丙烯腈共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的共聚物、三元乙丙膠和聚氨酯中的一種或幾種混合物。
3.根據(jù)權利要求I所述的一種玄武巖纖維增強無鹵阻燃聚丙烯復合材料，其特征在于所述熱穩(wěn)定劑選自酚類、胺類、亞磷酸酯類、半受阻酚類、杯芳烴類和硫代二丙酸二月桂酯熱穩(wěn)定劑中的一種或兩種以上的混合物。
4.根據(jù)權利要求I所述的一種玄武巖纖維增強無鹵阻燃聚丙烯復合材料，其特征在于所述加工助劑選自低分子酯類、金屬皂類、硬脂酸復合酯類和酰胺類中的一種或兩種以上的混合物。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種玄武巖纖維增強無鹵阻燃聚丙烯復合材料，其特征在于所述的磷腈類阻燃劑為苯氧基磷腈、三鄰苯二胺基環(huán)三磷腈、N- (二氯磷酰基)三氯磷腈和六異丙氧基環(huán)三磷腈中的一種或兩種以上的組合物。
6.根據(jù)權利要求I所述的一種玄武巖纖維增強無鹵阻燃聚丙烯復合材料，其特征在于協(xié)效阻燃劑為硼酸鋅、氧化鋅或沸石中一種或兩種以上混合物。
7.根據(jù)權利要求I所述的一種玄武巖纖維增強無鹵阻燃聚丙烯復合材料，其特征在于所述相容劑為極性單體接枝聚合物，選自聚乙烯、聚丙烯、乙烯-α -乙烯-辛烯共聚物、苯乙烯與丁二烯的共聚物、聚乙烯-聚苯乙烯-聚丙烯三元共聚物、乙烯-丙烯-丁二烯三元共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸縮水甘油酯共聚物中的一種或幾種的混合物； 所述的極性單體為馬來酸酐及其衍生物，丙烯酸及其酯類衍生物中一種或幾種的混合物。
8.根據(jù)權利要求I所述的一種玄武巖纖維增強無鹵阻燃聚丙烯復合材料，其特征在于所述玄武巖纖維為短切纖維或連續(xù)纖維。
9.一種制備權利要求I所述的玄武巖纖維增強無鹵阻燃聚丙烯復合材料的方法，包括如下步驟 (1)按配比稱量各種原料； (2)將聚丙烯、玄武巖纖維、熱穩(wěn)定劑、加工助劑、相容劑、增韌劑、磷腈類阻燃劑和阻燃協(xié)效劑加入長徑比為36 45:1的雙螺桿擠出機中熔融擠出造粒，擠出溫度為2000C _250°C，玄武巖纖維從側(cè)喂料口處加入。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種玄武巖纖維增強無鹵阻燃聚丙烯材料及其制備方法，具體涉及一種使用磷腈類化合物作為阻燃劑、玄武巖纖維作為增強介質(zhì)的無鹵阻燃聚丙烯復合材料的制備方法，它包含以下按重量百分數(shù)計的原料聚丙烯30％-60％，增韌劑1％-9％，磷腈類阻燃劑20％-50％，玄武巖纖維10％-30％，阻燃協(xié)效劑2％-4％，相容劑2％-15％，熱穩(wěn)定劑0.5％-1％，加工助劑0.5％-1％。在磷腈類阻燃聚丙烯復合材料配方中加入玄武巖纖維作為增強介質(zhì)，使得聚丙烯復合材料的力學性能明顯提高，而且在具有較好阻燃效果的同時又具有較小的煙密度，減少燃燒時有毒物質(zhì)的揮發(fā)及煙氣的揮發(fā)對人體的傷害。
文檔編號C08K3/34GK102964677SQ201210425500
公開日2013年3月13日 申請日期2012年10月30日 優(yōu)先權日2012年10月30日
發(fā)明者楊澤, 夏建盟, 邵華, 何威, 肖鵬 申請人:上海金發(fā)科技發(fā)展有限公司, 金發(fā)科技股份有限公司