本发明涉及高分子阻燃材料制备领域，具体涉及一种挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料及其制备方法。
背景技术：
：聚丙烯(pp)具有比重轻，易加工，耐化学药品等诸多优点，应用十分广泛，其氧指数为18％，可通过添加阻燃剂提高pp的耐燃性，但与与其他聚合物相比，要提高pp的耐燃性需要添加更大量的阻燃剂，可选择的阻燃剂种类较少，上世纪大部分通过添加阻燃效果好的八溴联苯醚。2004年欧盟推出rosh指令后，禁止使用八溴联苯醚与十溴联苯醚。近几年，业内推出多种无卤阻燃剂用于pp阻燃材料，如：无机类阻燃剂体系：mg(oh)2、al(oh)3。但是这类阻燃体系中阻燃剂的用量高达60％，所制备的阻燃pp比重大、脆性大；膨胀型无卤阻燃体系，虽然所制备的阻燃pp天然环保，比重轻，但存在表面析出问题。这些无卤阻燃pp仅可用于注塑成型，很难用于挤出成型，尤其不宜薄片的挤出成型，而且，无法制备高阻燃性pp复合材料。因此，如何提高pp的阻燃效果，又能保持材料的力学性能，是业内一大课题。技术实现要素：本发明提供一种挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料及其制备方法，以解决上述现有技术挤出成型难、无法制备高阻燃性pp复合材料的问题。为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：一种挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料，其特征在于，该复合材料由如下重量份的组分组成：pp:65-75份阻燃剂：20-30份阻燃协效剂：5-8份成碳剂：0.5-5份纳米无机材料：1-5份抗氧化剂：0.5-1.0份润滑剂：0.3-1.0份抗滴落剂：0.1-0.5份硅烷类偶联剂：0.1-0.5份。优选地，所述pp为分子量为100000-150000的均聚pp和/或共聚pp。优选地，所述阻燃剂为溴化聚苯稀、溴化环氧树脂、十溴二苯乙烷的一种或多种。优选地，所述阻燃协效剂为三氧化二锑、五氧化二锑、硼酸锌的一种或多种，细度为500～1500目。优选地，所述成碳剂为嗪类化合物和/或含苯环聚合物。优选地，所述纳米无机材料为纳米蒙脱土、纳米zno、纳米mgo、纳米硅灰石、纳米滑石粉、碳纳米管以及纳米海泡石的一种或多种。优选地，所述抗氧化剂包括主抗氧化剂和辅抗氧化剂，所述主抗氧化剂为2.6—二溴丁醛-4-甲酚和/或季戊四醇酯，所述辅抗氧化剂为硫酸脂类化合物。优选地，所述润滑剂为n’n-乙撑双碳酯酰胺(ebs)、硅酮粉、季戊四醇硬酸酯的一种或多种。优选地，所述抗滴落剂为聚四氟乙烯微粉，粒径为10—50um。一种挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)先将纳米无机材料与硅烷类偶联剂混合，在40～80℃下高速搅拌3～10min，使得其中的硅烷类偶联剂对纳米无机材料进行表面活化处理；(2)将阻燃剂、阻燃协效剂、成碳剂、抗氧化剂、润滑剂、抗滴落剂以及经表面活化处理的纳米无机材料按比例混合得到阻燃助剂混合料备用；(3)pp和阻燃助剂混合料分别计量进入双螺杆，熔融共混挤出造粒，即得到阻燃pp纳米复合材料。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：(1)本发明采用含溴阻燃剂、协效剂、成碳剂及纳米材料复合阻燃体系与pp熔融共混挤出工艺，制得高阻燃性、高延展性阻燃pp复合材料，其阻燃等级达到0.4mm,v-o级(ul94),伸长率达30％，材料加工性完全满足熔融挤出片材工艺技术。(2)本发明采用高分子量的均聚pp或共聚pp，其熔融指数为0.5-3.0g╱10min，由于高分子量pp具有较的强度，尤其是高分子量共聚pp具有很高的断裂伸长率，所以即使添加较多的填充物时，仍可保持较高的伸长率。(3)本发明采用溴系阻燃剂作主阻燃剂，其阻燃效率高，其中，选用高纯度十溴二苯乙烷、中高分子量溴化聚苯乙烯及溴化环氧树脂作阻燃剂，均可制备出达到ul94-v-o级阻燃pp，三种阻燃剂可以单独使用，十溴二苯乙烷与溴化苯乙烯，或溴化环氧树脂可以复合使用，均有较好的阻燃效果与力学性能，其用量为20-30份，最佳用量可在24-28份，阻燃剂用量太大时，严重降低材料的力学性能，尤其是伸长率大幅下降，加入量太小，则达不到阻燃效果。(4)本发明采用阻燃协效剂可有效提高阻燃效力，可单独使用三氧化二锑，同时，也可将三氧化二锑与硼酸锌复合使用，可减少三氧化二锑的用量，其配比为3：2，其中，阻燃剂与阻燃协效剂的重量比为4.5:1达到最佳。(5)本发明采用成碳剂可提高阻燃效力，减少阻燃剂使用量，降低材料的燃烧速度，其作用是在材料燃烧过程中，成碳剂分解形成碳层，覆盖于材料表面，起到隔氧作用，从而达到减缓材料的燃烧速度，提高阻燃效力之目的；本发明采用嗪类有机化合物，或含有苯环结构的聚合物作成炭剂，分子中具有环状结构的化合物在燃烧过程中可分解成炭，尤其加入少量的含苯环结构聚合物，由于含苯环结构聚合物分解温度高，可延缓材料的燃烧速度并具有明显的成碳作用，也可以将嗪类化合物与ps、pps含苯环含硫结构的聚合物结合使用，这些聚合物除有成碳作用外，分子链中的硫元素具有阻燃作用；成碳剂另一作用是抑烟作用，添加成炭剂可有效减少pp燃烧过程中的发烟量，同时，还具有一定的抗滴落作用,其用量在0.5～5份，最佳用量为：1.0～1.5份，加入量大时，由于其与pp相容性差，会降低pp材料的力学性能。(6)本发明在阻燃体系中加入防滴落剂，防滴落剂为聚四氟乙烯微粉(ptfe)其粒径在10—50um，最好是20-30um，防滴剂颗粒太大，可能分散不均影响材料力学性能与阻燃性，颗粒太小，则微粉易团聚，难以分散；其用量在0.1—0.5份，最好为0.2—0.3份，加入量大时，ptfe与pp不相容而导致材料力学性能下降，加入量太少，则可能导致分散不均，起不到作用。(7)本发明采用硅烷类偶联剂活化处理纳米无机材料，作为阻燃剂体系的组成部分，其作用在于纳米材料对pp具有成核结晶的作用；纳米材料的加入可促进pp的结晶细化，结晶完全规整的pp在燃烧过程中吸收的热量比结晶不完善的pp大，从而，在一定程设上延缓了材料的燃烧速度，起到阻燃增效的作用。，对纳米无机粒子进行偶联化处理，有利于纳米无机粒子与pp的结合与分散，有利于提高材料的力学性，一般来讲，纳米无机材料用量为1—5份，最好是1-2份，硅烷类偶联剂用量为0.1-0.5份，最好是0.2-0.3份。(8)本发明在体系中加入一定量的抗氧剂，pp在熔融加工过程中易受热氧化降解，降解的低分子量pp将更容易燃烧，从而降低阻燃效力，因此，抗氧剂可有效地缓解pp受热时的氧化降解，抗氧剂具有一定的捕捉自由基的功能，具有抗老化的作用；采用主抗氧化剂和辅抗氧化剂搭配使用，既有抗老化功能，又可抑制pp受热分解；受阻酚类主抗氧剂用量为：0.1—0.4份，最佳用量为0.2-0.3份，硫酸脂类辅抗氧剂用量为0.3—0.6份，最好是0.4—0.5份。(9)本发明在阻燃pp体系中应用润滑剂，pp属于易燃材料，低分子润滑剂的加入在提高复合材料的流动性的同时，在一定程度上影响阻燃性，所以选择合适的润滑剂，既保证材料表面光泽性，又不降低材料的阻燃性，润滑剂在本体系中应起到两个作用；一是促进阻燃剂及其他助剂在pp中的分散性，二是提高挤出片材的表面光泽性，本发明选择的ebs、硅酮粉pets、ebs、pets均兼具内外润滑作用，硅酮粉具有较好的外润作用，且有利于阻燃作用，因此，采用硅酮粉与ebs或pets复合应用，硅酮粉与ebs或pets的配比为：6:4,总用量为0.2—1.0份，最好为0.3—0.5份。具体实施方式本说明书中公开的所有特征，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。实施例1采用pp5.0kg、十溴二苯乙烷1.25kg、三氧化二锑0.25kg、纳米蒙脱土0.10kg、硅烷偶联剂kh55020g、pps50g、聚四氟乙烯微粉25g、硅酮粉15g以及ebs10g来制备挤出片材专用阻燃聚丙烯纳米复合材料，包括如下步骤：(1)纳米蒙脱土表面处理，将纳米蒙脱土100g、硅烷偶联剂kh55020g加入高速搅拌机，加热至60℃，开启搅拌，转速200rpm，搅拌5min后取出装入助剂混合器中；(2)将十溴二苯乙烷1.25kg、三氧化二锑0.1kg、pps50g、聚四氟乙烯微粉25g、硅酮粉15g以及ebs10g加入助剂混合器，与之前加入的纳米蒙脱土混合5min，搅拌转速50rpm,取出加入助剂料斗；(3)将均聚pp5.0kg加入主料机备用；(4)开启双螺旋挤出机、转速350rpm,按配比设量加入，加入量分别为1000g/min,344g/min，开启计量输送螺杆，将主料pp及助剂送入双螺旋杆挤出机熔融共混挤出，带条经冷却、切粒、干燥，得到产物，双螺杆挤出温度设置(℃)：220、225、230、235、230、235、230、225；(5)产品性能测试：①制样，在120g型注塑机上注塑成型样条，样条放置24小时后，进行性能测试；②检测材料的拉伸强度，断裂伸长率，弯曲强度，缺口冲击强度，阻燃性及燃烧速度，具体测试结果：拉伸强度、断裂伸长率均符合gb/t1040规定，弯曲强度符合gb/t9341规定，缺口冲击强度符合gb/t1043规定；阻燃性及燃烧速度符合ul-94水平燃烧标准，具体操作为：样条燃烧10s后，离火熄灭，测残留长度，以残留样条长度表征其燃烧速度，其残留长度长，则材料燃烧速度慢，反之亦然。本实施例中，所用材料均为采购所得。实施例2参照实施例1的操作步骤，采用不同材料与配比，配方与效果分别如表1、表2所示。表1不同组阻燃pp纳米复合材料的组成材料1234567891011均聚pp1008010010010010010010010010080共聚pp-20--------20十溴二苯乙烷2525--20202525252525溴化ps--28-8-----3.0溴化环氧树脂---28-8-----三氧化二锑5.05.05.25.25.25.25.04.05.05.05.2硼酸锌--------2.0---蒙脱土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不同组阻燃pp纳米复合材料的性能从表1、表2结果看出，本发明的阻燃pp纳米复合材料具有高冲击强度、伸长率，高阻燃性与低燃烧速度，表面光泽度好，完全满足挤出片材要求。当前第1页12