一种含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚丙烯材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚丙烯材料及其制备方法，包括以下质量份数的各组分：聚丙烯30~60%，无卤阻燃剂22~28%，聚酰胺成炭剂5~8%，相容剂3~6%，无碱玻纤纱10~30%，抗氧剂0.2~0.5%，加工助剂0.4~0.8%；所述复合物的制备方法包括如下步骤：按重量百分比称取各组分，在低速混料机中混合3～5分钟后出料，然后在双螺杆挤出机上挤出造粒，加工温度190~210℃，螺杆转速为420~460rpm。与现有技术相比，本发明采用新的聚酰胺成炭剂阻燃聚丙烯，具有很好的相容性和成炭效果，所得的无卤阻燃增强聚丙烯材料具有不析出、易加工、力学性能良好的特点，满足环保要求且产品的阻燃性能优良，不同厚度的测试样条（1.6/2.5/3.2mm）均能满足UL94V0级，灼热丝阻燃性能好，可以广泛应用于家电制品和电子电气行业。
【专利说明】一种含聚酰胺成炭剂的无南阻燃增强聚丙烯材料及其制备 方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子材料【技术领域】，涉及一种含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚丙 烯材料及其制备方法，该材料可广泛用于家电制品、电子电气等领域。
【背景技术】
[0002] 聚丙烯（PP)作为一种综合性能优良的通用聚合物材料，已广泛应用于电子电器、 汽车和电线电缆等领域。然而，由于PP的极限氧指数只有17. 4,属于易燃材料，燃烧后形 成大量熔滴且火焰很容易传播，因此极大地限制了 PP材料的应用领域。无卤膨胀型阻燃 (IFR)聚丙烯因其环保低毒、少烟、无有害气体产生等优点，成为环境友好的一类高分子材 料。IFR阻燃聚丙烯时往往采用以聚磷酸铵（APP)、季戊四醇（PER)、三聚氰胺（MA)分别作 为膨胀型阻燃剂的酸源、碳源和气源。但是该体系中小分子成炭剂PER极性大、易迁移、吸 湿性强，与非极性聚烯烃基体相容性差，阻燃剂在树脂基体中分散不均，易团聚，影响了材 料的阻燃效果及制品的美观度。
[0003] 选择成炭聚合物代替多羟基化合物可以用来克服阻燃剂水溶性大及容易析出等 问题。聚酰胺-6 (PA6)作为聚酰胺族中应用广泛的材料，是一种自成炭聚合物，当其用 来作为PP的阻燃协效剂时最大的难点就是相容性的改善和加工温度的匹配。中国专利 200710202263公开了一种制备低熔点尼龙的方法，专利CN 102286199 B也公开了一种复 合低熔点尼龙-6的配方及制备方法。由于聚酰胺和聚烯烃是极不相容的体系，因而把尼 龙-6用于聚烯烃的阻燃不是同行业领域显而易见的思路与技术，而纳米蒙脱土粒子具有 的增容和协效阻燃的双重作用不能忽略，它可以增加聚酰胺与基体相容性的同时还具有成 炭和抗熔滴的作用。因此，结合这两点为我们提供了制备与PP相容性好并且与PP加工温 度接近的低熔点尼龙的方法，即用于阻燃聚丙烯的聚酰胺成炭剂。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种力学性能较好，耐热性佳，垂直燃烧性能和灼热丝阻 燃性能良好，可广泛用于电器内衬件、接插件等的高性能的无卤阻燃增强聚丙烯材料及其 制备方法。
[0005] 本发明进一步要解决的技术问题在于，降低聚酰胺的熔点使聚酰胺成炭剂能够适 用于阻燃聚丙烯的加工环境中，并与玻璃纤维复合提供一种力学性能优异、阻燃性能良好 的高性能无卤阻燃增强聚丙烯材料及其制备方法。
[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚 丙烯材料，由以下以重量份计的原料组成： PP树脂 30?60% 无卤阻燃剂 22?28% 聚酰胺成炭剂 5~8% 相容剂 3?6% 无碱玻纤纱 1(Γ30% 抗氧剂 0. 2、. 5% 加工助剂 （λ 4?0.8%。
[0007] 所述的ΡΡ树脂为一种均聚ΡΡ，或者是一种均聚ΡΡ和另一种共聚ΡΡ的混合物，均 聚ΡΡ的熔指为1〇?20 g/10min，共聚ΡΡ的熔指为：Γ5 g/10min (2.16 kg，230 °C下测得)。
[0008] 所述的无卤阻燃剂为磷氮类膨胀型阻燃剂，为聚磷酸铵、正磷酸三聚氰胺、聚磷酸 三聚氰胺、氰尿酸三聚氰胺其中两种或三种的混合物。
[0009] 所述的聚酰胺成炭剂为一种中粘的普通尼龙_6与无机钙盐、有机蒙脱土的复合 物。
[0010] 所述的相容剂为一种极性单体接枝聚合物，如马来酸酐接枝聚丙烯。
[0011] 所述的无碱玻纤纱为一种碱金属氧化物含量低的玻璃纤维。
[0012] 所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂（1010)和有机亚磷酸酯类抗氧剂（168)1 :2的复配 物。
[0013] 所述的加工助剂为Ν，Ν' -乙撑双硬脂酸酰胺（EBS)或改性EBS。
[0014] 本发明所述的聚酰胺成炭剂可按以下方法制备：首先分别将ΡΑ6树脂和有机蒙脱 土、无机钙盐粒子按一定重量比混合后加入到双螺杆挤出机中挤出冷却造粒，再将得到的 粒子在双螺杆挤出机上熔融复合，即通过两步法工艺得到所述的聚酰胺成炭剂。采用两步 法的工艺主要是为了抑制钙离子和有机蒙脱土中的硅酸盐发生反应，保证纳米蒙脱土粒子 在聚酰胺中的良好分散从而保持较好的成炭效果。
[0015] 本发明所述的一种含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚丙烯材料的制备方法，其特 征在于包括以下步骤： (1)聚酰胺成炭剂的制备 将烘干好的ΡΑ6树脂、无机钙盐粒子和有机蒙脱土按一定的重量比例混匀后在双螺 杆挤出机上挤出、造粒，得到聚酰胺成炭剂；挤出温度为225~245 °C，主机转速为42(Γ440 rpm〇
[0016] (2)原材料的混合 将上述制备好的聚酰胺成炭剂在120 °C下烘4~6小时，水分控制在0. 1 %以下；再将聚 酰胺成炭剂、复配无齒阻燃剂、相容剂、抗氧剂、加工助剂等在混料机中混合:Γ5分钟，充分 搅拌使各组分均匀分散且避免物料分层。
[0017] (3)熔融挤出 将混合好的物料在双螺杆挤出机上挤出造粒，无碱玻纤纱通过玻纤口加入，调节主 机转速和喂料频率，保持一定的真空度，熔融挤出温度在19(T210 °C之间，主机转速为 420?460 rpm〇
[0018] (4)造粒及后处理 对挤出的物料进行冷却、风干、切粒、包装得到成品。
[0019] 本发明采用聚酰胺成炭剂作为无卤阻燃体系新的成炭剂，与无卤阻燃剂复配后阻 燃玻璃纤维增强的聚丙烯，加工性能良好，综合成本低，无析出现象；本产品力学性能较好， 耐热性佳，垂直燃烧性能和灼热丝阻燃性能良好，可广泛用于电器内衬件、接插件等。
【具体实施方式】
[0020] 以下结合实施例对本发明作详细的说明，但实施例并不对本发明做任何形式的限 定。
[0021] PP树脂为一种均聚PP1和一种共聚PP2,牌号分别为V30G和K8003,熔指分别为 15和3 g/10min (2. 16 kg，230 °C下测得）；无卤阻燃剂为复配的磷氮类膨胀型阻燃剂，优 选为聚磷酸铵和聚磷酸三聚氰胺的复配物；聚酰胺成炭剂为自制阻燃剂，其中PA6树脂为 中粘树脂，牌号为M2800,相对粘度为2.7 ;相容剂优选为马来酸酐接枝的聚丙烯，牌号为 SWJ-1B ;无碱玻纤纱为巨石集团生产的998A ;抗氧剂为受阻胺抗氧剂（1010)和有机亚磷酸 类抗氧剂（168) 1:2的复配物；加工助剂为EBS，目数为325目。
[0022] 实施例1 将PP树脂(质量比PP1 :PP2=1 :1)重量百分比为55份，无卤阻燃剂24. 2份，聚酰胺成 炭剂6. 3份，相容剂3. 0份，无碱玻纤纱10份，抗氧剂0. 5份、加工助剂1份，在搅拌机中低 速混合240s再高速混合成180s，玻璃纤维在挤出机玻纤口（螺杆第四区)加入，经过熔融温 度为19(T210 °C双螺杆挤出机挤出，经冷却、切粒、过筛、包装得到产品。其中主机转速为 425,给料频率为24。
[0023] 实施例2 将PP树脂(质量比PP1 :PP2=1 :1)重量百分比为42份，无卤阻燃剂26. 7份，聚酰胺成 炭剂6. 3份，相容剂3. 5份，无碱玻纤纱20份，抗氧剂0. 5份、加工助剂1份，在搅拌机中低 速混合240s再高速混合成180s，玻璃纤维在挤出机玻纤口加入，经过熔融温度为19(Γ210 °C双螺杆挤出机挤出，经冷却、切粒、过筛、包装得到产品。其中主机转速为440,给料频率为 20 〇
[0024] 实施例3 将PP树脂(质量比PP1 :PP2=1 :1)重量百分比为35份，无卤阻燃剂23. 7份，聚酰胺成炭 剂6. 3份，相容剂4. 0份，无碱玻纤纱29. 5份，抗氧剂0. 5份、加工助剂1份，在搅拌机中低 速混合240s再高速混合成180s，玻璃纤维在挤出机玻纤口加入，经过熔融温度为19(Γ210 °C双螺杆挤出机挤出，经冷却、切粒、过筛、包装得到产品。其中主机转速为460,给料频率为 16。
[0025] 性能评价方式及实行标准 对实施例1、实施例2和实施例3所得一种含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚丙烯材料 的性能如下：
【权利要求】
1. 一种含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚丙烯材料，其特征在于按重量百分比由以下 组份组成： PP树脂 30?60% 无卤阻燃剂 22?28% 聚酰胺成炭剂 5~8% 相容剂 3?6% 无碱玻纤纱 1(Γ30% 抗氧剂 0. 2、. 5% 加工助剂 （λ 4?0.8%。
2. 如权利要求1所述的含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚丙烯材料，其特征在于：所 述的ΡΡ树脂为聚丙烯树脂，可以是单一的均聚ΡΡ树脂，或者一定比例的均聚ΡΡ和共聚ΡΡ 的混合物。
3. 如权利要求1所述的含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚丙烯材料，其特征在于：所 述的无卤阻燃剂为磷氮类无卤环保膨胀型阻燃剂，是聚磷酸铵、正磷酸三聚氰胺、聚磷酸三 聚氰胺和氰尿酸三聚氰胺中两种或三种的混合物。
4. 如权利要求1所述的含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚丙烯材料，其特征在于：所 述的聚酰胺成炭剂为自制的ΡΑ6复合物，是将ΡΑ6树脂、无机钙盐粒子和有机蒙脱土按照一 定比例复合而成的混合物。
5. 如权利要求1所述的含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚丙烯材料，其特征在于：所 述的相容剂为极性单体接枝聚合物，其中聚合物单体为聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯与丁二烯的 共聚物和乙烯-丙烯酸酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物中的一种或者混合物，极性单体 为马来酸酐、丙烯酸、甲基丙烯酸和甲基丙烯酸环氧丙酯中的一种或其混合物。
6. 如权利要求1所述的含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚丙烯材料，其特征在于：所 述的无碱玻纤纱是Ε型玻璃纤维，为碱金属氧化物含量低的玻璃纤维。
7. 如权利要求1所述的含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚丙烯材料，其特征在于：所 述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和有机亚磷酸酯类抗氧剂的复配物。
8. 如权利要求1所述的含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚丙烯材料，其特征在于：所 述的加工助剂为乙撑双脂肪酸酰胺或改性的乙撑双脂肪酸酰胺。
9. 如权利要求1所述的含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚丙烯材料的制备方法，其特 征在于包括以下步骤： (1) 称取ΡΑ6树脂、无机钙盐、纳米有机蒙脱土，制备聚酰胺成炭剂； (2) 将ΡΡ树脂、无卤阻燃剂、（1)中制得的聚酰胺成炭剂、相容剂、抗氧剂、加工助剂在 混合器中混合； (3 )将步骤（2 )中混好的原料经双螺杆挤出机熔融同时在玻纤口加入玻纤，挤出造粒。
10. 根据权利要求9所述的含聚酰胺成炭剂的无卤阻燃增强聚丙烯材料的制备方法， 其特征在于包括以下步骤： (1) 按照重量份数称取ΡΑ6树脂、无机钙盐、纳米有机蒙脱土，通过两步法工艺挤出制 备聚酰胺成炭剂； (2) 按照重量份数称取ΡΡ树脂、无卤阻燃剂、（1)中制得的聚酰胺成炭剂、相容剂、抗氧 齐U、加工助剂在混合器中低速混合240s，再高速混合180s，确保物料混合均匀； (3)将步骤（2)混好的原料经双螺杆挤出机熔融挤出同时在玻纤口加入玻纤；双螺杆 挤出机工艺条件为：双螺杆挤出机一区温度150-170 °C，二区温度160-180 °C，三区温度 180-200 °C，四区温度170-190 °C，五区温度170-190 °C，六区温度180-200 °C，七区温 度180-200 °C，八区温度190-210 °C，模头温度为180-200 °C，混合料在螺杆中输送时间 为1?2分钟；螺杆转速为42(T460 rpm，给料频率为14?25 rpm，玻纤含量的控制可通过调节 螺杆转速、给料频率以及玻纤加入的股数。
【文档编号】C08L23/12GK104098836SQ201410298765
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】王 琦, 皮正亮, 薛鹏, 葛嘉宝, 郭建强 申请人:广东威林工程塑料有限公司