一种阻燃聚烯烃复合物及其制备方法与流程

文档序号：12834894阅读：156来源：国知局

本发明涉及应用于阻燃的高分子材料技术领域，尤其涉及一种阻燃聚烯烃复合物及其制备方法。

背景技术：

聚烯烃材料具有原料丰富、价格低廉、容易加工成型、综合性能优越等优点，被广泛应用在农业、机械、电子、包装、汽车、建材等领域，但其本身易燃，阻燃性能较差，因而在诸多场合应用时需要进行阻燃处理。目前，聚烯烃阻燃主要靠添加各种阻燃剂实现，传统的含卤阻燃剂虽然具有良好的阻燃性能，但在生产和使用过程中易产生大量烟雾和有毒气体，产生二次污染，因此研发无卤阻燃聚烯烃复合材料尤为重要。

以磷氮为阻燃元素的膨胀型阻燃剂是聚烯烃常用的阻燃体系之一，其主要包括：催化剂(酸源)、碳化剂(碳源)、膨胀剂(气源)。燃烧时，膨胀型阻燃剂会在聚合物表面形成一层蓬松多孔的炭质泡沫层，这种隔离层能够隔离氧气，阻止传热，从而起到阻燃作用。

然而，现有的膨胀型阻燃剂与聚烯烃相容性差，难以在基体聚合物中均匀分散。并且为了达到良好的阻燃效果通常需要添加大量阻燃剂，严重影响了复合材料的力学性能，这在一定程度上限制了磷氮类膨胀型阻燃剂的使用。例如公开号cn10134830a中国专利申请公开了膨胀型阻燃剂在聚丙烯中的添加量高达50％。为了提高阻燃性能、减小阻燃剂的添加量，通常需要膨胀型阻燃剂与其它添加剂复配使用，如水滑石、蒙脱土、钛白粉等。然而水滑石和蒙脱土等同样与聚烯烃相容性差，难以均匀分散，因而通常需要进行表面改性处理。但是由于水滑石和蒙脱土等的改性通常需要在甲苯等有机溶剂中进行，其具有接枝率低、操作复杂的缺点，且有机溶剂在使用过程中存在易挥发、污染环境和对人体有害等问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种分散效果好、阻燃效率高、生产效率高，操作简单、高效、绿色环保的阻燃聚烯烃复合物及其制备方法，以解决现有技术中的问题。

本发明提供一种阻燃聚烯烃复合物的制备方法，其包括如下步骤：

(a)称取聚烯烃70～120重量份、膨胀型阻燃剂15～100重量份；

(b)将所述聚烯烃和膨胀型阻燃剂干混得到干混物，然后将该干混物加入第一挤出机内，熔融挤出得到预混合物；

(c)将所述预混合物加入第二挤出机内，并在第二挤出机的螺杆的1/5～1/3处通入超临界态的二氧化碳，熔融挤出得到阻燃聚烯烃复合物。

优选的，步骤(a)中所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。

优选的，步骤(a)中所述膨胀型阻燃剂由酸源、碳源、气源按(2～4)：(0～1)：(0～1)的质量比混合而成，其中所述酸源为聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、磷酸二氢铵、次磷酸盐、氰尿酸、磷酸三甲苯酯、烷基磷酸酯、膦酸酯中至少一种，所述碳源为淀粉、季戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇、山梨醇、酚醛树脂、环糊精中的至少一种，所述气源为双氰胺、三聚氰胺、尿素、脲醛树脂中的至少一种。

优选的，步骤(a)中所述的膨胀型阻燃剂的质量比占所述干混物的总质量的15％～45％。

优选的，步骤(c)中所述超临界态的二氧化碳的质量占所述预混合物总质量的1％～20％。

优选的，步骤(c)中在第二挤出机的螺杆的1/4处通入超临界态的二氧化碳。

优选的，步骤(c)中所述第二挤出机的螺杆的前半区的温度为170℃～210℃，螺杆的后半区的温度为160℃～220℃。

优选的，步骤(c)中所述超临界态的二氧化碳的注入压力为7mpa～30mpa。

本发明还提供一种采用上述制备方法得到的阻燃聚烯烃复合物，所述阻燃聚烯烃复合物包括膨胀型阻燃剂和聚烯烃，所述膨胀型阻燃剂均匀分散于聚烯烃。

相对于传统的膨胀型阻燃剂添加工艺中，存在阻燃剂分散不均、添加量大、阻燃效率低、破坏力学性能等问题，本发明所述阻燃聚烯烃复合物中的聚烯烃在高温受热时，所述膨胀型阻燃剂中的碳源在所述酸源作用下脱水成炭，并在所述酸源所分解产生的气体作用下，形成蓬松多孔的炭质层。该形成的炭质层可以削弱聚烯烃与热源之间的热量传递，并阻止气体扩散。此外，该膨胀型阻燃剂受热分解所形成的氨气等不可燃气体还起到稀释可燃气体的作用，从而阻止火焰的传播，使聚烯烃免于进一步降解、燃烧，以获得良好的阻燃效果。

相较于现有技术，本发明所述制备方法通过在所述螺杆的1/5～1/3处通入超临界态的二氧化碳，利用所述超临界态的二氧化碳具有较强的塑化能力和扩散能力，可显著降低聚烯烃熔体的黏度。一方面，这可以大幅降低实际加工温度，从而能有效抑制加工过程中酸源聚磷酸铵等、碳源季戊四醇等物质的分解，有效解决现有技术中阻燃剂的分解温度低于聚合物的加工温度的问题。另一方面，超临界态的二氧化碳作为加工介质，可以降低聚合物熔体的黏度，有利于阻燃剂分散；同时，其可以显著降低膨胀型阻燃剂和聚烯烃的界面张力，从而增大了膨胀型阻燃剂与聚烯烃的接触几率，因此显著增强了膨胀型阻燃剂在聚烯烃中的分散能力，有效解决了膨胀型阻燃剂的团聚问题和分散不均等问题，从而提高了阻燃聚烯烃复合物的阻燃效率以及力学性能。该制备方法还具有绿色环保、能耗低、生产效率高的优点，得到的阻燃聚烯烃复合物在色泽、力学性能等方面也得到改善。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的阻燃聚丙烯复合物的扫描电镜照片。

图2为对比例1制备的阻燃聚丙烯复合物的扫描电镜照片。

具体实施方式

下面将对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施方式，都属于本发明保护的范围。

本发明提供了一种阻燃聚烯烃复合物的制备方法，其包括如下步骤：

(a)称取聚烯烃70～120重量份、膨胀型阻燃剂15～100重量份；

(b)将所述聚烯烃和膨胀型阻燃剂混合得到干混物，然后将该干混物加入第一挤出机内，熔融挤出得到预混合物；

(c)将所述预混合物加入第二挤出机内，并在第二挤出机的螺杆的1/5～1/3处通入超临界态的二氧化碳，挤出得到高效无卤阻燃的聚烯烃复合材料。

在步骤(a)中，所述聚烯烃为聚乙烯、聚丙烯、乙丙橡胶、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-辛烯共聚物中的至少一种。所述膨胀型阻燃剂由酸源、碳源、气源按(2～4)：(0～1)：(0～1)的质量比混合而成。优选的，所述添加的酸源、碳源和气源的质量比为3:1:1，所述聚烯烃与膨胀型阻燃剂的质量比为(70～120)：(20～150)。

所述膨胀型阻燃剂中的酸源可为聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、磷酸二氢铵、次磷酸盐、氰尿酸、磷酸三甲苯酯、烷基磷酸酯、膦酸酯中至少一种。优选的，所述酸源为聚磷酸铵或三聚氰胺聚磷酸盐。所述膨胀型阻燃剂中的碳源可为淀粉、季戊四醇、双季戊四醇、三季戊四醇、山梨醇、酚醛树脂、环糊精中的至少一种。优选的，所述碳源为淀粉或季戊四醇。所述膨胀型阻燃剂中的气源为双氰胺、三聚氰胺、尿素、脲醛树脂中的至少一种。优选的，所述气源为三聚氰胺。

在步骤(b)中，可先通过一高速混合机将所述聚烯烃和膨胀型阻燃剂混合得到干混物，然后将该干混物通过第一挤出机的进料口加入到第一挤出机内进行熔融共混，挤出得到预混合物。所述第一挤出机具体可为双螺杆挤出机。所述第一挤出机的温度为180℃～220℃。

在步骤(c)中，将所述预混合物通过第二挤出机的进料口加入到第二挤出机内，并在第二挤出机的螺杆的1/5～1/3处通入超临界态的二氧化碳，熔融挤出得到阻燃聚烯烃复合物。所述超临界态的二氧化碳的质量占混合物总质量的1％～20％。所述超临界态的二氧化碳的注入压力为7mpa～30mpa。所述第二挤出机为自主搭建的单螺杆挤出机。所述第二挤出机的螺杆的前半区的温度为170℃～210℃，螺杆的后半区的温度为160℃～220℃。所述第二挤出机内的压力为7mpa～30mpa。

为了保证超临界态的二氧化碳与所述预混合物有较好的混合效果，优选的，在第二挤出机的螺杆的1/4处通入超临界态的二氧化碳，所述超临界态的二氧化碳的质量占所述混合物总质量的2％～10％，所述超临界态的二氧化碳的注入压力为10mpa～20mpa，所述第二挤出机前半区的温度为180℃～200℃，螺杆的后半区的温度为180℃～210℃，所述第二挤出机内的压力为8mpa～18mpa。

本发明还提供一种采用上述制备方法得到的阻燃聚烯烃复合物。所述阻燃聚烯烃复合物包括膨胀型阻燃剂和聚烯烃，所述膨胀型阻燃剂均匀分散于聚烯烃。

下面结合具体实施例对本发明的阻燃聚烯烃复合材料及其制备方法进行说明：

实施例1：

称取约80重量份聚丙烯、23重量份聚磷酸铵及6重量份季戊四醇。