一种改性聚丙烯复合材料的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种改性聚丙烯复合材料的制备方法：按照重量百分比组成准备好各种原料；在高速搅拌机中首先投入无卤阻燃剂，再投入偶联剂，搅拌，然后投入硬脂酸，搅拌，最后投入共聚聚丙烯、光稳定剂、增韧剂和马来酸酐接枝聚丙烯，搅拌，得到混合物料；将混合物料送入双螺杆挤出机中进行挤出，得到挤出制品；对得到的挤出制品在冷却水槽中进行冷却；对冷却后的挤出制品进行造粒。本发明制备方法工艺简单，制备得到的改性聚丙烯复合材料具有良好的耐候性、阻燃性、韧性、刚性和耐划性，使用寿命长，环保性满足RoHS标准要求，同时满足低烟无卤环保要求，可以进行吹塑加工，适用于生产各种汽车部件、电器部件等，尤其适用于生产户外坐台看椅。
【专利说明】一种改性聚丙烯复合材料的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于热塑性高分子材料【技术领域】，具体涉及一种改性聚丙烯复合材料的制备方法。
【背景技术】
[0002]聚丙烯(PP)作为三大通用塑料之一，具有无毒、密度轻、易加工、耐化学腐蚀、电绝缘性好等优良性能，被广泛用于日常生活用品、电子电器、交通、机电和建材等诸多领域。但PP属易燃材料，其氧指数(LOI)只有17.4~18.5，燃烧时产生大量的熔滴极易传播火焰，这就使PP在许多领域的应用受到限制。对PP的阻燃，过去常采用含卤阻燃剂。这类阻燃剂虽然添加量少，阻燃效果显著，但在燃烧时产生较多的烟雾和有毒、腐蚀性气体，造成二次污染。随着环保和卫生法规的完善，目前欧美等发达国家已经开始禁止使用含卤、磷及重金属阻燃剂。无毒、抑烟和环保的无卤阻燃剂逐渐取代含卤阻燃剂必将成为主流。特别是2005年欧盟《关于在电子电气设备中禁止使用某些有害物质指令》的出台，更加快了无卤阻燃剂的发展进程。无卤阻燃剂主要以磷系化合物和金属氢氧化物为主。这两类化合物燃烧时不挥发、不产生腐蚀性气体，被称为无公害阻燃剂，已在国外得到深入的研究和广泛应用。
[0003]耐侯改性聚丙烯材料是由于聚丙烯含有不稳定的叔碳基团，经光、热、氧作用后，易发生老化降解而导致变色、强度下降等问题，从而限制了其在户外制品上的应用。因此，通过对聚丙烯进行耐候改性，可以大幅度提高聚丙烯材料在户外恶劣气候条件下的使用寿命。
`[0004]本发明针对上述情况，研发出一种低烟无卤耐候的新型聚丙烯改性材料，可以满足各种户外聚丙烯制品材料的要求。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种改性聚丙烯复合材料的制备方法。
[0006]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种改性聚丙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤:
[0007]I)按照共聚聚丙烯60~80%、增韧剂2~10%、马来酸酐接枝聚丙烯I~10%、偶联剂0.1~2%、无卤阻燃剂5~30%、光稳定剂0.2~2%、硬脂酸I~2%的重量百分比组成准备好各种原料；
[0008]2)在高速搅拌机中首先投入无卤阻燃剂，再投入偶联剂，以400~600rpm的搅拌速度搅拌2~5min,然后投入硬脂酸，以650~1400rpm的搅拌速度搅拌2~5min,最后投入共聚聚丙烯、光稳定剂、增韧剂和马来酸酐接枝聚丙烯，以400~600rpm的搅拌速度搅拌3~7min,得到搅拌均匀的混合物料；
[0009]3)将上述混合物料送入转速为300~450r/min的双螺杆挤出机中进行挤出，挤出温度为185~201°C，得到挤出制品；
[0010]4)对上述得到的挤出制品在水温为45~65°C的冷却水槽中进行冷却；
[0011]5)对冷却后的挤出制品采用转速为400~600rpm的切粒机进行造粒，即得到改性聚丙烯复合材料的粒料。
[0012]采用步骤2)的加料顺序和搅拌工艺后，无卤阻燃剂首先被偶联剂充分包覆，然后被硬脂酸再次包覆，提高阻燃性和无卤阻燃剂与共聚聚丙烯的相容性，降低对光稳定剂的影响，使光稳定剂的光稳定效果得以发挥，保证了改性聚丙烯复合材料的耐候性；硬脂酸还能够与偶联剂一起形成无卤阻燃剂和光稳定剂之间的缓冲物质，同时提高制得的改性聚丙烯复合材料的阻燃性和光稳定性。
[0013]步骤3)中，若挤出温度低，物料在双螺杆挤出机中混炼熔融不好，极易形成各成分分散不均；挤出温度高，会破坏各种物料的性能，因此将挤出温度控制在185~201°C。
[0014]步骤4)中，若冷却水的温度低，后续切粒时的切口会发白，且料粒易碎，产生碎屑；冷却水的温度高，易造成连粒和粘粒现象，因此将冷却水槽中的水温控制在45~65°C。
[0015]优选地，所述的增韧剂为聚烯烃弹性体。聚烯烃弹性体的增韧效果较好，使制得的改性聚丙烯复合材料在_40°C的低温仍能保持良好的力学性能。
[0016]优选地，所述的马来酸酐接枝聚丙烯的接枝度为8~20%。接枝度达到8~20%时，马来酸酐接枝聚丙烯提高无卤阻燃剂与共聚聚丙烯的相容性的效果较好，使制得的改性聚丙烯复合材料最大限度保持共聚聚丙烯的原有物性。
[0017]优选地，所述的偶 联剂为Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷。Y-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷可以很好地包覆无卤阻燃剂，提高无卤阻燃剂与共聚聚丙烯的相容性，降低对光稳定剂的影响，使光稳定剂的光稳定效果得以发挥，保证了制得的改性聚丙烯复合材料的耐候性。
[0018]优选地，所述的无卤阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺或三聚氰胺聚磷酸盐、季戊四醇和有机蒙脱土组成。无卤阻燃剂燃烧时不会产生有毒的腐蚀性气体，避免了对人体健康和环境的危害，符合欧盟RoHS的标准，满足低烟无卤环保阻燃要求。复配后的无卤阻燃剂大大提高了制得的改性聚丙烯复合材料的阻燃性，同时能够满足聚丙烯塑料的吹塑要求，降低成本。
[0019]优选地，聚磷酸铵、三聚氰胺或三聚氰胺聚磷酸盐、季戊四醇和有机蒙脱土的质量比为2~6:1~4:1~3:0.2~0.6。控制聚磷酸铵、三聚氰胺或三聚氰胺聚磷酸盐、季戊四醇和有机蒙脱土的质量比在该范围内，在达到较好的阻燃效果的同时，进一步降低了成本。
[0020]优选地，所述的光稳定剂为聚{(6-吗啉基-5-三嗪-2，4- 二基)(2，2，6，6_四甲基哌啶基)亚胺基六亚甲基[(2，2，6，6-四甲基哌啶基)-亚胺基]}，其分子式为(C31H56N8O)n，CAS号为82451-48-7。该光稳定剂为聚合型高分子量受阻胺光稳定剂，含有受阻胺基团和三嗪基团，光稳定效果优良，能够提高改性聚丙烯复合材料的耐候性和使用寿命。
[0021]与现有技术相比，本发明的优点在于:本发明制备方法工艺简单，现有的通用设备即可满足制备要求，成本低，不必进行设备改造；制备时无卤阻燃剂首先被偶联剂充分包覆，然后被硬脂酸再次包覆，通过二次包覆，不仅加强了阻燃性，而且在加工过程中可以有效地保证无卤阻燃剂的阻燃性，另外二次包覆有效地将无卤阻燃剂和光稳定剂隔离，避免了无卤阻燃剂和光稳定剂的直接接触，避免了无卤阻燃剂对光稳定剂的不利影响，提高了本发明改性聚丙烯复合材料的耐候性。因此，采用本发明方法制备得到的改性聚丙烯复合材料具有良好的耐候性、阻燃性、韧性、刚性和耐划性，使用寿命长，环保性满足RoHS标准要求，同时满足低烟无卤环保要求，可以进行吹塑加工，适用于生产各种汽车部件、电器部件等，尤其适用于生产户外坐台看椅。
【具体实施方式】
[0022]以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
[0023]实施例1:按照共聚聚丙烯65%，聚烯烃弹性体6%，马来酸酐接枝聚丙烯6%，Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.5%，聚磷酸铵10%，三聚氰胺5%，季戊四醇5%，有机蒙脱土 1%，CAS号为82451-48-7的光稳定剂0.5%，硬脂酸1%的重量百分比组成准备好各种原料；在高速搅拌机中首先投入无卤阻燃剂，再投入偶联剂，以600rpm的搅拌速度搅拌5min，然后投入硬脂酸，以1400rpm的搅拌速度搅拌5min，最后投入共聚聚丙烯、光稳定剂、增韧剂和马来酸酐接枝聚丙烯，以600rpm的搅拌速度搅拌6min，得到搅拌均匀的混合物料；
3)将上述混合物料送入转速为300r/min的双螺杆挤出机中进行挤出，挤出温度为185~2010C，得到挤出制品；4)对上述得到的挤出制品在水温为45~65°C的冷却水槽中进行冷却；5)对冷却后的挤出制品采用转速为400rpm的切粒机进行造粒，即得到实施例1的改性聚丙烯复合材料的粒料。
[0024]实施例2:按照共聚聚丙烯60%，聚烯烃弹性体4%，马来酸酐接枝聚丙烯5%，Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷0.3%，聚磷酸铵14%，三聚氰胺7.5%，季戊四醇6.5%，有机蒙脱土 1.3%，CAS号为82451-48-7的光稳定剂0.2%，硬脂酸1.2%的重量百分比组成准备好各种原料；在高速搅拌机中首先投入无卤阻燃剂，再投入偶联剂，以550rpm的搅拌速度搅拌5min，然后投入硬脂酸，以1200rpm的搅拌速度搅拌5min，最后投入共聚聚丙烯、光稳定剂、增韧剂和马来酸酐接枝`入转速为350r/min的双螺杆挤出机中进行挤出，挤出温度为185~201°C，得到挤出制品；4)对上述得到的挤出制品在水温为45~65°C的冷却水槽中进行冷却；5)对冷却后的挤出制品采用转速为550rpm的切粒机进行造粒，即得到实施例2的改性聚丙烯复合材料的粒料。
[0025]实施例3:按照共聚聚丙烯70%，聚烯烃弹性体8%，马来酸酐接枝聚丙烯8%，Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.0%，聚磷酸铵4.5%，三聚氰胺2.7%，季戊四醇2.3%，有机蒙脱土 0.3%，CAS号为82451-48-7的光稳定剂1.5%，硬脂酸1.7%的重量百分比组成准备好各种原料；在高速搅拌机中首先投入无卤阻燃剂，再投入偶联剂，以400rpm的搅拌速度搅拌4min，然后投入硬脂酸，以650rpm的搅拌速度搅拌5min，最后投入共聚聚丙烯、光稳定剂、增韧剂和马来酸酐接枝聚丙烯，以400rpm的搅拌速度搅拌6min，得到搅拌均匀的混合物料；3)将上述混合物料送入转速为450r/min的双螺杆挤出机中进行挤出，挤出温度为185~201°C，得到挤出制品；4)对上述得到的挤出制品在水温为45~65°C的冷却水槽中进行冷却；5)对冷却后的挤出制品采用转速为600rpm的切粒机进行造粒，即得到实施例3的改性聚丙烯复合材料的粒料。
[0026]实施例4:按照共聚聚丙烯77%，聚烯烃弹性体2%，马来酸酐接枝聚丙烯3%，Y -甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷1.6%，聚磷酸铵5.8%，三聚氰胺3.4%，季戊四醇2.9%，有机蒙脱土 0.5%，CAS号为82451-48-7的光稳定剂1.8%，硬脂酸2%的重量百分比组成准备好各种原料；在高速搅拌机中首先投入无卤阻燃剂，再投入偶联剂，以580rpm的搅拌速度搅拌3min，然后投入硬脂酸，以1000rpm的搅拌速度搅拌4min，最后投入共聚聚丙烯、光稳定剂、增韧剂和马来酸酐接枝聚丙烯，以550rpm的搅拌速度搅拌7min，得到搅拌均匀的混合物料；3)将上述混合物料送入转速为420r/min的双螺杆挤出机中进行挤出，挤出温度为185~201°C，得到挤出制品；4)对上述得到的挤出制品在水温为45~65°C的冷却水槽中进行冷却；5)对冷却后的挤出制品采用转速为580rpm的切粒机进行造粒，即得到实施例4的改性聚丙烯复合材料的粒料。
[0027]以上具体实施例中，聚烯烃弹性体可以为日本三井制造的商品型号为DF740的增韧剂产品，其密度为870g/cm3，熔点为59°C，表面硬度shore A为73，190°C的熔融指数为
3.6g/10min,维卡软化点为48°C，脆化温度〈_70°C，断裂强度>10Mpa，断裂伸长>800%，扭曲刚性为3Mpa。
[0028]对上述实施例1~4得到的改性聚丙烯复合材料粒料进行性能测试。根据IS04582-2007《塑料暴露于透过玻璃的日光、自然风化或实验室光源以后颜色改变和性能变化的测定》方法进行老化试验，其3000小时色差小于I ;根据UL94-1996REV.9:2009《设备和器具部件用塑料材料易燃性的试验》测试阻燃性，其阻燃等级达到VO级，且环保性满足RoHS标准要求。
[0029]对于以上实施例1~实施例4中得到的改性聚丙烯复合材料粒料，采用国标GB/T1843-2008《塑料悬臂梁冲击试验方法》测试了悬臂梁缺口冲击强度性能，采用国标GB/T1634-2004《塑料弯曲负载热变形温度试验方法》测试热变形温度性能，采用国标GB/T1040-2006《塑料拉伸试验方法》测试了拉伸强度、断裂伸长率性能，采用GB9341-2008《塑料弯曲性能试验方法》测试了弯曲强度和弯曲模量，其性能检测结果见表1。可见，本发明提供的聚丙烯复合材料具有较高的刚性、强度和韧性`。
[0030]表1实施例1~实施例4聚丙烯复合材料的性能检测结果
[0031]
性能中位测试标准实施例1 实施例2 实施例3 实施例4
J 、KJ/m2 GB/T1843-2008 80767270
强度
热变形温度
VGB/T1634-2004116114113110
(IJIVlPa)
拉伸强度MPa G B/T1040-200629333742
断裂伸长率。G B/T1040-200650607080
弯曲模量MPa GB/T9341-20081415139813761356
弯曲强度MPa GB/T9341-200834323130
【权利要求】
1.一种改性聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 1)按照共聚聚丙烯6(T80%、增韧剂2~10%、马来酸酐接枝聚丙烯广10%、偶联剂0.广2%、无卤阻燃剂5~30%、光稳定剂0.2~2%、硬脂酸f 2%的重量百分比组成准备好各种原料； 2)在高速搅拌机中首先投入无卤阻燃剂，再投入偶联剂，以40(T600rpm的搅拌速度搅拌2~5min，然后投入硬脂酸，以65(Tl400rpm的搅拌速度搅拌2~5min，最后投入共聚聚丙烯、光稳定剂、增韧剂和马来酸酐接枝聚丙烯，以40(T600rpm的搅拌速度搅拌3~7min，得到搅拌均匀的混合物料； 3)将上述混合物料送入转速为30(T450r/min的双螺杆挤出机中进行挤出，挤出温度为185~201°C，得到挤出制品； 4)对上述得到的挤出制品在水温为45飞5°C的冷却水槽中进行冷却； 5)对冷却后的挤出制品采用转速为40(T600rpm的切粒机进行造粒，即得到改性聚丙烯复合材料的粒料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的增韧剂为聚烯烃弹性体。
3.根据权利要求1所述的一种改性聚丙烯复合材料，其特征在于所述的马来酸酐接枝聚丙烯的接枝度为8~20%。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的偶联剂为Y-甲基丙烯酰氧基丙基二甲氧基硅烷。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的无卤阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺或三聚氰胺聚磷酸盐、季戊四醇和有机蒙脱土组成。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于聚磷酸铵、三聚氰胺或三聚氰胺聚磷酸盐、季戊四醇和有机蒙脱土的质量比为2飞:r4: r3: 0.2、.6。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的光稳定剂为聚{(6-吗啉基-5-三嗪-2，4-二基)(2，2，6，6-四甲基哌啶基)亚胺基六亚甲基[(2，2，6，6-四甲基哌啶基)-亚胺基]I，其分子式为(C31H56N8O) n，CAS号为82451-48-7。
【文档编号】C08K3/32GK103483689SQ201310361843
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月19日 优先权日:2013年7月31日
【发明者】黄孟波, 黄立波, 刘永利 申请人:宁波泛龙塑料新材料有限公司