本发明涉及高分子材料领域，尤其涉及一种阻燃聚丙烯材料及其制备方法和应用。
背景技术
聚丙烯是五大通用树脂之一，具有质量轻、易加工、耐化学药品等优良特性，在化工、电器、包装等工业领域得到广泛的应用。然而，随着聚丙烯在建筑、汽车、船舶和电子电器绝缘材料等行业的需求日益增大，人们对其阻燃性能的要求也越来越高。聚丙烯本身属于易燃材料，其氧指数仅为17％～18％，且其成炭率低，燃烧时容易产生熔滴，会使周围的可燃物也起燃，而且聚丙烯的表面电阻大于1014ω，抗静电性能差，所以在很多应用场合都要求对其进行改性。
目前，常见的阻燃聚丙烯材料通常为卤-锑阻燃体系，兼具有气相阻燃和固相阻燃机理。将溴系阻燃剂和锑系阻燃剂加入到聚丙烯树脂中，当聚丙烯受热裂解时，首先是溴系阻燃剂自身受热分解，释放出自由基抑制剂hbr，从而使燃烧中断或延缓链式燃烧反应，hbr与sb2o3反应生成细微粒子的sbobr，它能促进自由基相互结合以终止链式反应，同时还产生大量惰性气体或高密度蒸汽，惰性气体可稀释氧和气态可燃产物，并降低此可燃气的温度，致使燃烧终止，高密度蒸汽则可覆盖于可燃气体上，将可燃气体与空气隔绝，因而使燃烧窒息，达到阻燃的目的。常规的阻燃聚丙烯并不高光，部分阻燃剂容易析出，静电效应明显，制成的成品容易粘附灰尘。
目前涉及聚丙烯阻燃材料的改性材料有：cn106117805a公开了一种抗菌阻燃聚丙烯板材，其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的杀菌率达到93％以上，表面电阻率在108ω，但其抗菌剂和抗静电剂都是通过复配得到，合成较复杂，且原料投入量较多；cn106810753a公开了一种v-0阻燃抗静电聚丙烯材料，当其抗静电剂达到20份时，其表面电阻率才能达到108ω，效果较差，因此，如何对聚丙烯阻燃材料进行改性，使其兼具高光、抗静电及抗菌的阻燃材料以满足市场需求具有重要的意义。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种阻燃聚丙烯材料及其制备方法和应用。该阻燃聚丙烯材料兼具高光、抗静电、抗菌和高阻燃的效果，且该制备方法简单，易于控制。
本发明所采取的技术方案是：
本发明的目的之一在于提供一种阻燃聚丙烯材料。
一种阻燃聚丙烯材料，按100份质量计，由以下份数的原料组成：72～85份共聚聚丙烯树脂、8～15份溴系阻燃剂-抗氧剂1010复配物、3～6份锑系阻燃剂、1～3份钛白粉、0.5～1.2份润滑剂、1～2份抗静电剂、0.5～1.2份抗氧化剂、0.3～1份抗菌剂。
优选地，原料的质量份数为：74～85份共聚聚丙烯树脂、8～15份溴系阻燃剂-抗氧剂1010复配物、3～6份锑系阻燃剂、1～3份钛白粉、0.6～1份润滑剂、1.2～1.8份抗静电剂、0.6～1份抗氧化剂、0.3～0.8份抗菌剂。
优选地，抗氧化剂为抗氧剂626和抗氧剂1010按质量比为(0.5～5)：(1～10)进行复配所得的混合物。
优选地，抗氧化剂为抗氧剂626和抗氧剂1010按质量比为(1～3)：(3～5)进行复配所得的混合物。
更优选地，抗氧化剂为抗氧剂626和抗氧剂1010按质量比为2：4进行复配所得的混合物。
优选地，上述共聚聚丙烯选自熔融指数(mi)为10～20g/10min，弯曲模量为950～1200mpa，悬臂梁缺口冲击强度为100j/m以上。
优选地，溴系阻燃剂-抗氧剂1010复配物包括溴系阻燃剂和抗氧剂1010，所述溴系阻燃剂选自四溴双酚a、四溴双酚a双(2,3-二溴丙基)醚、十溴二苯乙烷、六溴环十二烷、三(2,3-二溴丙基)异三聚氰酸酯、十溴二苯醚、溴化聚苯乙烯、六溴苯、八溴双酚s醚、双(2，3-二溴丙基)反丁烯二酸酯中的至少一种，
优选地，溴系阻燃剂选自八溴双酚s醚。
优选地，溴系阻燃剂和抗氧剂1010的质量比为(90～99.9)：(0.1～10)。
更优选地，溴系阻燃剂与抗氧剂1010的质量比为98：2。
优选地，锑系阻燃剂为三氧化二锑、五氧化二锑、锑酸钠中的至少一种，优选三氧化二锑，更优选纯度为99.9％的三氧化二锑。
优选地，钛白粉为经过氧化铝表面处理，蓝色相的金红石型钛白粉。
优选地，润滑剂选自硬脂酸、乙撑双硬脂酰胺、聚乙烯蜡、硬脂酸钙、硬脂酸锌、硅酮粉中的至少一种。
更优选地，润滑剂为硬脂酸钙与聚乙烯蜡复配的混合物。
优选地，硬脂酸钙与聚乙烯蜡按质量比为(1～5)：1复配所得的混合物。
更优选地，硬脂酸钙与聚乙烯蜡按质量比为3：1复配所得的混合物。
优选地，抗静电剂选自非离子型抗静电剂、阳离子抗静电剂和阴离子抗静电剂中的至少一种。
优选地，抗静电剂选自非离子型抗静电剂。
优选地，非离子型抗静电剂选自羟乙基烷基胺、脂肪酰胺类、聚氧乙烯类或多元醇酯类中的至少一种。
更优选地，非离子型抗静电剂选自山梨糖醇酐单脂肪酸酯。
优选地，抗菌剂选自无机抗菌剂、有机抗菌剂、天然抗菌剂中的至少一种。
优选地，抗菌剂选自无机抗菌剂。
优选地，无机抗菌剂选自银系、铜系、锌系、钛系、银锌复合系、银锌铜复合系、无机有机复合系中的至少一种，优选银锌复合系，即：有效成分为ag+和zn2+，更优选地，载体为玻璃，粒径d50为5～10μm的无机银锌复合抗菌剂，更优选为粒径d50为8μm的无机银锌复合抗菌剂。
本发明的另一目的在于提供上述阻燃聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
1)将溴系阻燃剂-抗氧剂1010复配物、锑系阻燃剂、钛白粉、润滑剂、抗氧剂和抗菌剂分散均匀；
2)加入共聚聚丙烯，混合均匀，得混合物；
3)将混合物加入挤出机，混炼剪切、冷却、拉条、切粒，得初级阻燃聚丙烯材料；
4)加入抗静电剂，混和均匀，得阻燃聚丙烯材料。
优选地，步骤1)在40～60℃下高速分散，
更优选地，步骤1)在50℃下高速分散。
优选地，步骤3)的混炼剪切温度为170～190℃。
本发明还提供了该阻燃聚丙烯材料的应用。
上述阻燃聚丙烯材料在厨卫用品、电器外壳中的应用，尤其在马桶盖中的应用。
本发明的有益效果是：
1、该阻燃聚丙烯具有良好的抗静电的效果，其表面电阻为108～109ω、光泽度高、阻燃剂不析出、阻燃等级达到ul94v-0，能长期抑制细菌生长，抗菌效果好等优点。
2、该制备方法简单高效，易于保证阻燃性和材料高光亮白的颜色，生产效率高。
3、本发明选用共聚聚丙烯树脂为基材，其材料加工可塑性好，适合注塑各类产品，价格便宜，同时具有较好的韧性，抗冲击，中等的弯曲模量，耐化学腐蚀性好。
4、本发明选用八溴双酚s醚-三氧化二锑的阻燃体系，添加量少，阻燃效果好且稳定，阻燃剂添加量低且不析出，高光效果好。
5、本发明选用添加了金红石型的钛白粉，可以提高阻燃聚丙烯的遮光性，钛白粉本身耐热性好，不变形，不迁移，经过氧化铝表面处理，色相显蓝相，加入到阻燃聚丙烯中，使得阻燃聚丙烯更高光亮白。
6、本发明选用的润滑剂为硬脂酸钙与聚乙烯蜡复配的混合物，硬脂酸钙可以作为阻燃剂的吸酸剂，硬脂酸钙遇酸分解为硬脂酸和相应的钙盐，可以在加工过程中吸收阻燃剂分解出来的酸，可以起到保护阻燃剂的作用，硬脂酸钙的耐热性好，硬脂酸钙和pe蜡都是聚丙烯(pp)的高效润滑剂，有助于产品脱模。
7、本发明选用的非离子型抗静电剂，其与pp的相容性好，抗静电剂加入到阻燃聚丙烯中，借助聚丙烯分子的链段运动而向表面迁移，吸收空气中的水分，形成均匀的导电层，从而消除静电，而且非离子型抗静电剂是内添加型抗静电剂，添加量少，对阻燃性能和力学性能影响小。
8、本发明选用的抗氧化剂为抗氧剂626与抗氧剂1010复配的混合物，抗氧剂626是一种高效能的亚磷酸酯类抗氧剂，优于一般的亚磷酸酯类抗氧剂，可使聚合物获得更好的加工稳定性，保证颜色稳定性和长期耐老化性，抗氧剂1010是一种常见的受阻酚类抗氧剂，价格便宜，抗抽出能力强，相容性好，抗氧剂626与抗氧剂1010复配使用，为阻燃聚丙烯提供长效的稳定保护。
9、本发明选用的无机抗菌剂为无机银锌复合抗菌剂，有效成分ag离子和zn离子对大肠杆菌、绿脓杆菌等革兰阴性细菌类、黄色葡萄球菌、mrsa等革兰阳性细菌类、黑曲霉菌、青霉菌等霉菌类的广范围的微生物显示了其抗菌作用，无机银锌复合抗菌剂添加量低，且具有高效广谱的抗菌性能，良好的耐热性和抗变色性能，可长期保持抗菌，防霉的效果。
10、本发明在50℃下高速搅拌，可以在搅拌时将助剂的水分挥发掉，再按比例添加共聚聚丙烯进行高速混合2min，使聚丙烯树脂与各种助剂。
11、本发明在170～190℃温度下通过混炼剪切抽粒成初级阻燃聚丙烯材料，对溴系阻燃剂、润滑剂有较好的保护作用，抗氧剂也不会在加工过程中过多消耗，影响长期老化性能。
12、本发明最后加入非离子型抗静电剂，抗静电剂与聚丙烯的相容性好，在注塑成品时容易分散，减少了抗静电剂在挤出加工过程受热分解而降低抗静电性能和变色。
具体实施方式
下面进一步列举实施例以详细说明本发明。同样应理解，以下实施例只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域技术人员根据本发明阐述的原理做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。下述示例具体的工艺参数等也仅是合适范围中的一个示例，即本领域技术人员可以通过本文的说明做合适范围内的选择，而并非要限定于下文示例的具体数据。
实施例1
一种阻燃聚丙烯材料，原料及其质量份数如下：
84.4份共聚聚丙烯树脂、8份八溴双酚s醚-抗氧化剂1010复配物(八溴双酚s醚与抗氧剂1010的质量比为98：2)、3份三氧化二锑、1份钛白粉、0.8份润滑剂(硬脂酸钙与聚乙烯蜡按质量比为3：1复配所得的混合物)、1.5份山梨糖醇酐单脂肪酸酯、0.8份抗氧化剂(抗氧剂626和抗氧剂1010按质量比为2：4进行复配所得的混合物)、0.5份无机银锌复合抗菌剂。
一种阻燃聚丙烯材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按上述质量份数的溴系阻燃剂、三氧化二锑、钛白粉、润滑剂、抗氧剂、无机抗菌剂在50℃下高速搅拌2min，充分分散均匀；
2)加入共聚聚丙烯，高速搅拌混合2min，得混合物；
3)将步骤2)中的混合物从主喂料口加入到双螺杆挤出机，在170～190℃加工温度下进行混炼剪切，经水冷却后拉条、切粒，得初级阻燃聚丙烯材料；
4)在初级阻燃聚丙烯材料中加入非离子型抗静电剂，混合均匀，得阻燃聚丙烯材料。
实施例2
一种阻燃聚丙烯材料，原料及其质量份数如下：
79.4份共聚聚丙烯树脂、12份八溴双酚s醚-抗氧化剂1010复配物(八溴双酚s醚与抗氧剂1010的质量比为98：2)、4份三氧化二锑、1份钛白粉、0.8份润滑剂(硬脂酸钙与聚乙烯蜡按质量比为3：1复配所得的混合物)、1.5份山梨糖醇酐单脂肪酸酯、0.8份抗氧化剂(抗氧剂626和抗氧剂1010按质量比为2：4进行复配所得的混合物)、0.5份无机银锌复合抗菌剂。
制备方法同实施例1，不同的是各原料的质量份数按照实施例2的加入。
实施例3
一种阻燃聚丙烯材料，原料及其质量份数如下：
77.4份共聚聚丙烯树脂、12份八溴双酚s醚-抗氧化剂1010复配物(八溴双酚s醚与抗氧剂1010的质量比为98：2)、4份三氧化二锑、3份钛白粉、0.8份润滑剂(硬脂酸钙与聚乙烯蜡按质量比为3：1复配所得的混合物)、1.5份山梨糖醇酐单脂肪酸酯、0.8份抗氧化剂(抗氧剂626和抗氧剂1010按质量比为2：4进行复配所得的混合物)、0.5份无机银锌复合抗菌剂。
制备方法同实施例1，不同的是各原料的质量份数按照实施例3的加入。
实施例4
一种阻燃聚丙烯材料，原料及其质量份数如下：
74.4份共聚聚丙烯树脂、15份八溴双酚s醚-抗氧化剂1010复配物(八溴双酚s醚与抗氧剂1010的质量比为98：2)、6份三氧化二锑、1份钛白粉、0.8份润滑剂(硬脂酸钙与聚乙烯蜡按质量比为3：1复配所得的混合物、1.5份山梨糖醇酐单脂肪酸酯)、0.8份抗氧化剂(抗氧剂626和抗氧剂1010按质量比为2：4进行复配所得的混合物)、0.5份无机银锌复合抗菌剂。
制备方法同实施例1，不同的是各原料的质量份数按照实施例4的加入。
对比例1
一种阻燃聚丙烯材料，原料及其质量份数如下：
74.4份共聚聚丙烯树脂、15份十溴二苯乙烷-抗氧剂1010复配物(十溴二苯乙烷与抗氧剂1010的质量比为98：2)、6份三氧化二锑、1份钛白粉、0.8份乙撑双硬脂酰胺(ebs)、1.5份山梨糖醇酐单脂肪酸酯、0.8份抗氧剂b215、0.5份无机银锌复合抗菌剂。
制备方法同实施例1，不同的是各原料的质量份数按照对比例1的加入。
对比例2
75.9份共聚聚丙烯树脂、15份十溴二苯乙烷-抗氧剂1010复配物(十溴二苯乙烷与抗氧剂1010的质量比为98：2)、6份三氧化二锑、1份钛白粉、0.8份ebs、0.8份抗氧剂b215、0.5份无机银锌复合抗菌剂。
制备方法同实施例1，不同的是各原料的质量份数按照对比例2的加入。
对比例3
79.4份共聚聚丙烯树脂、12份八溴醚-抗氧化剂1010复配物、4份三氧化二锑、1份钛白粉、0.8份ebs、1.5份山梨糖醇酐单脂肪酸酯、0.8份抗氧剂b215、0.5份无机银锌复合抗菌剂。
制备方法同实施例1，不同的是各原料的质量份数按照对比例3的加入。
材料性能测试：
采用cg110e卧式注射机进行注射成型，得到标准试样。成型工艺条件：注射温度(加料口)160/175/185/185℃(喷嘴)；注射压力50mpa；保压时间5s；冷却时间8s。
各项性能测试标准如下：
熔融指数：按照astmd-1238标准进行测试，230℃/2.16kg；
拉伸强度：按照astmd-638标准进行测试；
弯曲强度和弯曲模量：按照astmd-790标准进行测试；
缺口冲击性能：按照astmd-256标准进行测试；
光泽度测试：按gb/t8807-1988标准进行测试，gu60°；
阻燃测试：按ul1694和ul94标准进行测试；
不同配方制备的阻燃聚丙烯材料的各项测试性能及阻燃等级见下表1。
表1
由表1可知：本申请制备的阻燃聚丙烯材料，其阻燃等级能达到ul94v-0，光泽度高、阻燃剂不析出、色差小，加入非离子型抗静电剂后其表面电阻明显下降，具有良好的抗静电效果，加入抗菌剂能长期抑制细菌生长，相比于对比例，实施例的熔融指数均较高，基本保持在共聚聚丙烯的熔融指数范围内(10～20g/10min)，而对比例却出现下降的现象，这说明实施例的阻燃聚丙烯材料还保有较高的流动性，易成型，有利于缩短产品的制备周期，提高生产效率，降低成本，同时，实施例的拉伸强度、断裂伸长率、弯曲强度、悬臂梁缺口冲击强度等均处于较高的水平，这说明本申请制备的阻燃聚丙烯的综合性能均较好。