本发明涉及一种聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料及其制备方法，不依赖传统的卤/锑阻燃体系，属与无卤阻燃复合高分子材料
技术领域：
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背景技术：
：聚丙烯(Polypropylene，缩写代号PP)作为一种质轻，无毒，价廉的通用塑料，具有来源广、密度低、力学性能好、绝缘性能优、耐应力、耐腐蚀及易加工成型等优点，广泛应用于电器、化工、机械、纺织、食品包装等行业。由于聚丙烯属于碳氢类材料，其氧指数仅在17.4%~18.5%，易燃且燃烧速度快，并在燃烧中产生大量熔滴，极易传播火焰，给人们的生产生活带来诸多隐患。为了克服这一缺点，人们往往在聚丙烯中添加各种阻燃剂。目前市场上的阻燃聚丙烯复合材料仍大量采用卤/锑阻燃体系，此类材料燃烧时会产生大量有毒烟雾，不仅造成仪器设备的腐蚀，还会阻碍救援人员及受灾人员的转移。除此之外，无机阻燃剂如氢氧化铝、氢氧化镁等也被大量应用，尽管此类阻燃剂无毒环保，但其添加量过大，影响了材料的力学性能。因此，目前阻燃剂开发的重点是抑烟、抑毒，研制新型环境友好的阻燃剂。本发明中用到的膨胀型阻燃剂很好的解决了以上问题，其添加量比无机阻燃剂少的多，燃烧时也不会产生腐蚀性气体及其有害物质。蒙脱土主要成分蒙脱石，由两层Si-O四面体和一层Al-O八面体组成的层状硅酸盐晶体。具有很大的宽厚比（10~100），经改性之后片层剥离，既能促进成炭，起到良好的阻燃效果和抗滴落效果，又能增强抑烟效果。其阻燃高分子材料的机制包括成炭性及炭层结构机制、化学反应成炭机制、迁移富集机制及改性级季铵盐影响机制。技术实现要素：本发明的目的是解决现有聚丙烯材料采用卤/锑阻燃体系，产生有毒烟雾，造成仪器设备的腐蚀，危害身体以及环境的问题。提供一种聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料的制备方法，此类材料相比无机阻燃复合材料，不仅添加量小，其阻燃性能也有明显的改善，不会使材料的力学性能恶化。本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案如下，一种聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料，其特征包括如下重量分数的各组分：聚丙烯树脂60~75份；纳米蒙脱土1~3.5份；膨胀阻燃剂25~40份；阻燃协效剂1~2份；相容剂0~10份；抗氧剂0.2~0.5份。其中膨胀阻燃剂的组分如下：季戊四醇6.3~33.3；多聚磷酸铵50~62.5；三聚氰胺16.7~31.2。在优选的实施方式中，所述聚丙烯树脂的特性粘度为10，熔点为175℃。在优选的实施方式中，所述纳米蒙脱土为蒙脱土经有机改性自制而得。在优选的实施方式中，所述膨胀阻燃剂为一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸铵、三聚氰胺经高混机高速混合制得。在优选的实施方式中，所述阻燃协效剂为硼酸锌。在优选的实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。在优选的实施方式中，所述抗氧剂市售抗氧剂1010。一种聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)膨胀阻燃剂制备：将一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸铵和三聚氰胺，投入高混机，高速混合3~5分钟；b)制备聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料：将重量份为60~75份的聚丙烯树脂、重量份为25~40份的膨胀阻燃剂、重量份为1~3.5份的纳米蒙脱土、重量份为1~2份的阻燃协效剂、重量份为0~10份的相容剂、重量份为0.2~0.5份的抗氧剂经过高混机充分混合后，经螺杆挤出机挤出造粒得到所述聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料，其中，螺杆挤出机的温度范围为175℃~200℃。在优选的实施方式中，所述阻燃复合材料的阻燃级别为UL94V-0级。由于在发明采用的技术方案中，使用的阻燃剂采用了新型复配的膨胀阻燃剂，因此，与
背景技术：
相比，具有如下优点：1、本发明没有依赖传统的卤/锑阻燃体系，燃烧后不产生腐蚀性气体和有害物质，不危害人体，不污染环境；2、本发明的阻燃复合材料应相对于无机阻燃复合材料，填充量大大减少，具有更好的力学性能；3、本发明的采用的复配成分简单易得，成本低廉，制备工艺简便，便于生产和工业化。具体实施方式下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。实施例1本实施例中的聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料，由重量份为70份的聚丙烯树脂，重量份为1份的纳米蒙脱土，重量份为25份的膨胀阻燃剂（其中含33.3%重量份的季戊四醇，50%重量份的多聚磷酸铵和16.7%重量份的三聚氰胺），重量份为1份的阻燃协效剂，重量份为5份的相容剂，重量份为0.2份的抗氧剂复配加工制得。实施方式中，所述聚丙烯树脂的特性粘度为10，熔点为175℃。实施方式中，所述纳米蒙脱土为市售蒙脱土有机改性制得。实施方式中，所述膨胀阻燃剂为一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸铵、三聚氰胺经高混机高速混合制得。实施方式中，所述阻燃协效剂为硼酸锌。实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。实施方式中，所述抗氧剂为市售抗氧剂1010。一种聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)膨胀阻燃剂制备：将重量份为33.3%的季戊四醇，重量份为50%的多聚磷酸铵和重量份为16.7%的三聚氰胺预混后投入高混机，高速混合3~5分钟；b)制备聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料：将重量份为70份的聚丙烯树脂，重量份为1份的纳米蒙脱土，重量份为25份的膨胀阻燃剂（其中含33.3%重量份的季戊四醇，50%重量份的多聚磷酸铵和16.7%重量份的三聚氰胺），重量份为1份的阻燃协效剂，重量份为5份的相容剂，重量份为0.2份的抗氧剂经过高混机充分混合后，经螺杆挤出机挤出造粒得到所述聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料，其中，螺杆挤出机的温度范围为175℃~200℃。实施方式中，所述阻燃复合材料的阻燃级别为UL94V-0级。实施例2本实施例中的聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料，由重量份为65份的聚丙烯树脂，重量份为1份的纳米蒙脱土，重量份为25份的膨胀阻燃剂（其中含33.3%重量份的季戊四醇，50%重量份的多聚磷酸铵和16.7%重量份的三聚氰胺），重量份为1份的阻燃协效剂，重量份为10份的相容剂，重量份为0.2份的抗氧剂复配加工制得。实施方式中，所述聚丙烯树脂的特性粘度为10，熔点为175℃。实施方式中，所述纳米蒙脱土为市售蒙脱土有机改性制得。实施方式中，所述膨胀阻燃剂为一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸铵、三聚氰胺经高混机高速混合制得。实施方式中，所述阻燃协效剂为硼酸锌。实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。实施方式中，所述抗氧剂为市售抗氧剂1010。一种聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)膨胀阻燃剂制备：将重量份为33.3%的季戊四醇，重量份为50%的多聚磷酸铵和重量份为16.7%的三聚氰胺预混后投入高混机，高速混合3~5分钟；b)制备聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料：将重量份为65份的聚丙烯树脂，重量份为1份的纳米蒙脱土，重量份为25份的膨胀阻燃剂（其中含33.3%重量份的季戊四醇，50%重量份的多聚磷酸铵和16.7%重量份的三聚氰胺），重量份为1份的阻燃协效剂，重量份为10份的相容剂，重量份为0.2份的抗氧剂经过高混机充分混合后，经螺杆挤出机挤出造粒得到所述聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料，其中，螺杆挤出机的温度范围为175℃~200℃。实施方式中，所述阻燃复合材料的阻燃级别为UL94V-0级。实施例3本实施例中的聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料，由重量份为75份的聚丙烯树脂，重量份为1份的纳米蒙脱土，重量份为25份的膨胀阻燃剂（其中含20%重量份的季戊四醇，60%重量份的多聚磷酸铵和20%重量份的三聚氰胺），重量份为1份的阻燃协效剂，重量份为0.2份的抗氧剂复配加工制得。实施方式中，所述聚丙烯树脂的特性粘度为10，熔点为175℃。实施方式中，所述纳米蒙脱土为市售蒙脱土有机改性制得。实施方式中，所述膨胀阻燃剂为一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸铵、三聚氰胺经高混机高速混合制得。实施方式中，所述阻燃协效剂为硼酸锌。实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。实施方式中，所述抗氧剂为市售抗氧剂1010。一种聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)膨胀阻燃剂制备：将重量份为20%的季戊四醇，重量份为60%的多聚磷酸铵和重量份为20%的三聚氰胺预混后投入高混机，高速混合3~5分钟；b)制备聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料：将重量份为75份的聚丙烯树脂，重量份为1份的纳米蒙脱土，重量份为25份的膨胀阻燃剂（其中含20%重量份的季戊四醇，60%重量份的多聚磷酸铵和20%重量份的三聚氰胺），重量份为1份的阻燃协效剂，重量份为0.2份的抗氧剂经过高混机充分混合后，经螺杆挤出机挤出造粒得到所述聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料，其中，螺杆挤出机的温度范围为175℃~200℃。实施方式中，所述阻燃复合材料的阻燃级别为UL94V-0级。实施例4本实施例中的聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料，由重量份为70份的聚丙烯树脂，重量份为2份的纳米蒙脱土，重量份为30份的膨胀阻燃剂（其中含20%重量份的季戊四醇，60%重量份的多聚磷酸铵和20%重量份的三聚氰胺），重量份为2份的阻燃协效剂，重量份为0.2份的抗氧剂复配加工制得。实施方式中，所述聚丙烯树脂的特性粘度为10，熔点为175℃。实施方式中，所述纳米蒙脱土为市售蒙脱土有机改性制得。实施方式中，所述膨胀阻燃剂为一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸铵、三聚氰胺经高混机高速混合制得。实施方式中，所述阻燃协效剂为硼酸锌。实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。实施方式中，所述抗氧剂为市售抗氧剂1010。一种聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)膨胀阻燃剂制备：将重量份为20%的季戊四醇，重量份为60%的多聚磷酸铵和重量份为20%的三聚氰胺预混后投入高混机，高速混合3~5分钟；b)制备聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料：将重量份为70份的聚丙烯树脂，重量份为2份的纳米蒙脱土，重量份为30份的膨胀阻燃剂（其中含20%重量份的季戊四醇，60%重量份的多聚磷酸铵和20%重量份的三聚氰胺），重量份为2份的阻燃协效剂，重量份为0.2份的抗氧剂经过高混机充分混合后，经螺杆挤出机挤出造粒得到所述聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料，其中，螺杆挤出机的温度范围为175℃~200℃。实施方式中，所述阻燃复合材料的阻燃级别为UL94V-0级。实施例5本实施例中的聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料，由重量份为65份的聚丙烯树脂，重量份为2份的纳米蒙脱土，重量份为35份的膨胀阻燃剂（其中含6.3%重量份的季戊四醇，62.5%重量份的多聚磷酸铵和31.2%重量份的三聚氰胺），重量份为1份的阻燃协效剂，重量份为0.2份的抗氧剂复配加工制得。实施方式中，所述聚丙烯树脂的特性粘度为10，熔点为175℃。实施方式中，所述纳米蒙脱土为市售蒙脱土有机改性制得。实施方式中，所述膨胀阻燃剂为一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸铵、三聚氰胺经高混机高速混合制得。实施方式中，所述阻燃协效剂为硼酸锌。实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。实施方式中，所述抗氧剂为市售抗氧剂1010。一种聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)膨胀阻燃剂制备：将重量份为6.3%的季戊四醇，重量份为62.5%的多聚磷酸铵和重量份为31.2%的三聚氰胺预混后投入高混机，高速混合3~5分钟；b)制备聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料：将重量份为65份的聚丙烯树脂，重量份为2份的纳米蒙脱土，重量份为25份的膨胀阻燃剂（其中含6.3%重量份的季戊四醇，62.5%重量份的多聚磷酸铵和31.2%重量份的三聚氰胺），重量份为1份的阻燃协效剂，重量份为0.2份的抗氧剂经过高混机充分混合后，经螺杆挤出机挤出造粒得到所述聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料，其中，螺杆挤出机的温度范围为175℃~200℃。实施方式中，所述阻燃复合材料的阻燃级别为UL94V-0级。实施例6本实施例中的聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料，由重量份为60份的聚丙烯树脂，重量份为3.5份的纳米蒙脱土，重量份为40份的膨胀阻燃剂（其中含6.3%重量份的季戊四醇，62.5%重量份的多聚磷酸铵和31.2%重量份的三聚氰胺），重量份为1份的阻燃协效剂，重量份为0.2份的抗氧剂复配加工制得。实施方式中，所述聚丙烯树脂的特性粘度为10，熔点为175℃。实施方式中，所述纳米蒙脱土为市售蒙脱土有机改性制得。实施方式中，所述膨胀阻燃剂为一定重量比的季戊四醇、多聚磷酸铵、三聚氰胺经高混机高速混合制得。实施方式中，所述阻燃协效剂为硼酸锌。实施方式中，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯。实施方式中，所述抗氧剂为市售抗氧剂1010。一种聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：a)膨胀阻燃剂制备：将重量份为6.3%的季戊四醇，重量份为62.5%的多聚磷酸铵和重量份为31.2%的三聚氰胺预混后投入高混机，高速混合3~5分钟；b)制备聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料：将重量份为60份的聚丙烯树脂，重量份为3.5份的纳米蒙脱土，重量份为40份的膨胀阻燃剂（其中含6.3%重量份的季戊四醇，62.5%重量份的多聚磷酸铵和31.2%重量份的三聚氰胺），重量份为1份的阻燃协效剂，重量份为0.2份的抗氧剂经过高混机充分混合后，经螺杆挤出机挤出造粒得到所述聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料，其中，螺杆挤出机的温度范围为175℃~200℃。实施方式中，所述阻燃复合材料的阻燃级别为UL94V-0级。为了考察本发明所制备的聚丙烯纳米蒙脱土膨胀阻燃复合材料力学性能及阻燃性能的效果，对上述实施例所制备的新型聚丙烯无卤纳米蒙脱土阻燃复合材料按GB/T1040-2006标准进行了拉伸强度测试，按GB/T9341-2008标准进行了弯曲性能的测定，按GB/T1043-2008标准进行了冲击性能测试，按ASTM标准进行了垂直燃烧测试，测试结果见下表。测试项目实施例1实施例2实施例3实施例4实施例5实施例6拉伸强度(MPa)292926262824弯曲强度(MPa)534747464744弯曲模量(MPa)253719862384253725613492冲击强度(kJ/m2)211929252319阻燃性能（UL-94）V-0V-0V-0V-0V-0V-0当前第1页1 2 3