本发明涉及通用塑料阻燃技术领域，特别涉及一种无卤阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。
背景技术
聚丙稀是五大通用塑料之一，具有优异的性能，已广泛应用于生活用品、汽车、家电等领域，但其具有易燃烧的特性，使人们在使用过程中存在风险。目前为降低其燃烧特性人们多数采用添加卤系阻燃剂的方法。卤系阻燃剂的添加可以达到较为理想的阻燃效果且对聚丙烯各项力学性能影响较小，但卤系阻燃聚丙烯复合材料在受热燃烧时会产生有毒有害、有腐蚀性的气体和大量烟雾，对人体和环境都会造成严重的危害。
碱式碳酸镁是一种无机原料，来源广，价格低，其受热分解时生产co2、h2o、mgo。由于co2可降低材料燃烧时空气的氧气浓度，h2o可吸收燃烧时的热变成水蒸气，mgo可附着于材料表面阻止材料的进一步燃烧，因此碱式碳酸镁可作为无机阻燃剂。但研究表明碱式碳酸镁在110℃和200℃附近会有吸附水和部分结晶水脱去，而聚丙烯的加工温度在200℃左右，直接将碱式碳酸镁填充将会在加工过程中引入水份，从而影响聚丙烯的物性；且碱式碳酸镁与聚丙烯的相容性差，直接填充会严重降低聚丙烯的韧性和流动性。由于碱式碳酸镁相对密度小，质轻而松，用作阻燃剂填充时聚丙烯时所需量较大，导致用共混再挤出的方式制备复合材料时难加工且碱式碳酸镁的添加量难增大。
中国专利cn102070832a公开了一种改性碱式碳酸镁填充聚丙烯制备阻燃聚丙烯复合材料的方法，该方法采用硬脂酸/硬脂酸锌在60℃-130℃环境下改性碱式碳酸镁，并将改性的碱式碳酸镁直接与聚丙烯共混、挤出，该方法在加工过程中会引入水份，最终改性碱式碳酸镁填充后的聚丙烯复合材料力学性能明显下降。
技术实现要素：
为了解决现有技术存在的不足，本发明的首要目的是提供相容性好、不引入水份且具有良好力学性能和流动性能的无卤阻燃聚丙烯复合材料。
本发明的另一目的在于提供上述无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法。
本发明上述目的通过如下技术方案予以实现：
一种无卤阻燃聚丙烯复合材料，按重量份数计，包括如下组分：
聚丙烯28份-58份；
改性的碱式碳酸镁40份-70份；
聚乙二醇1份-5份；
其中，改性的碱式碳酸镁的制备方法如下：将碱式碳酸镁与偶联剂按照重量比为16-140：1的比例放入高速混合机中，温度设定为200℃-210℃，共混改性30min-60min，得到改性的碱式碳酸镁。
其中，所述聚丙烯选自等规聚丙烯、间规聚丙烯、无规聚丙烯中的一种或几种。
其中，所述改性的碱式碳酸镁为分子式4mgco3•mg(oh)2•4h2o的无机物。
其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂。
其中，所述聚乙二醇选自聚乙二醇2000、聚乙二醇6000、聚乙二醇12000中一种或几种。
本发明所述的无卤阻燃聚丙烯复合材料还包括0.5份-1份抗氧剂。
其中，所述抗氧剂为四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯与三（2,4-二叔丁基）亚磷酸苯酯的任意比例组合物。
一种上述无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：
a）将聚丙烯、聚乙二醇、抗氧剂、以及45wt%-55wt%改性的碱式碳酸镁加入高速混合机中，共混5min-20min，得到混合物；
b）将步骤a）得到的混合物通过一区喂入挤出机；
c）将剩余45wt%-55wt%改性的碱式碳酸镁通过六区侧喂添加的方式加入到挤出机；
d）最终所有物料经挤出机挤出、冷却、造粒得到无卤阻燃聚丙烯复合材料。
其中，步骤d）中，所述挤出机一区、二区、三区、四区、五区、六区、七区、八区、九区、机头温度范围分别为75℃-85℃、175℃-185℃、205℃-215℃、205℃-215℃、185℃-195℃、185℃-195℃、185℃-195℃、185℃-195℃、185℃-195℃、205℃-215℃。
其中，步骤a和c）中，所述改性的碱式碳酸镁为分子式4mgco3•mg(oh)2•4h2o的无机物。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：
1）本发明通过将特定含量的改性的碱式碳酸镁以及特定含量的聚乙二醇添加到聚丙烯基体树脂中，改性的碱式碳酸镁作为无卤阻燃剂，生产成本低，且安全环保，而聚乙二醇在复合材料中既可作为分散剂使得碱式碳酸镁在聚丙烯基体树脂中分散更均匀，又可以作为润滑剂改善复合材料的流动性能，还能提高复合材料的韧性，从而使得制备得到的无卤阻燃聚丙烯复合材料力学性能、流动性能、阻燃性能均较优异。
2）本发明的无卤阻燃聚丙烯复合材料在制备过程中，通过采用200℃-210℃共混改性30min-60min，既能提高改性的碱式碳酸镁的改性效果，同时又可以脱去碱式碳酸镁部分结晶水；该改性的碱式碳酸镁能够拓宽复合材料加工所允许的温度范围。
3）本发明的无卤阻燃聚丙烯复合材料在制备过程中，采用第六区侧喂方式进料改性的碱式碳酸镁，可以提高改性的碱式碳酸镁添加量，同时可以减小因改性的碱式碳酸镁质轻酥松导致的复合材料制备的难度。
4）本发明的无卤阻燃聚丙烯复合材料的工艺简单，操作方便，适于大规模量产。
具体实施方式
下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。
本发明的实施例及对比例采用如下原料，但不仅限于这些原料：
聚丙烯：eps30r，齐鲁石化；
碱式碳酸镁：4mgco3·mg(oh)2·5h2o的无机物，广州彬荣化工有限公司；
偶联剂：硅烷偶联剂，kh550，曲阜易顺化工有限公司；
聚乙二醇：聚乙二醇2000/聚乙二醇6000/聚乙二醇12000，南通永润化工有限公司；
抗氧剂：四[β-（3,5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酸]季戊四醇酯和三（2,4-二叔丁基）亚磷酸苯酯的1:1比例组合物。
各性能指标的测试方法：
拉伸强度测试标准依据gb/t1040；
弯曲强度测试标准依据gb/t9341；
冲击强度测试标准依据gb/t1043；
熔体流动速率测试标准依据gb/t3682；
氧指数测试标准依据gb/t2406；
垂直燃烧测试标准依据ul-94。
无卤阻燃聚丙烯复合材料的制备
实施例1-6及对比例1-7：
按表1配比称量聚丙烯、聚乙二醇、抗氧剂、以及45wt%-55wt%得到的改性的碱式碳酸镁加入高速混合机中，共混5min-20min，得到混合物；将上述得到的混合物通过一区喂入挤出机，然后将剩余45wt%-55wt%得到的改性的碱式碳酸镁通过六区侧喂添加的方式加入到挤出机；最终所有物料经挤出、冷却、造粒得到无卤阻燃聚丙烯复合材料；其中，所述挤出机一区、二区、三区、四区、五区、六区、七区、八区、九区、机头温度范围分别为75℃-85℃、175℃-185℃、205℃-215℃、205℃-215℃、185℃-195℃、185℃-195℃、185℃-195℃、185℃-195℃、185℃-195℃、205℃-215℃；
其中，改性的碱式碳酸镁的制备方法如下：将碱式碳酸镁与偶联剂按照重量比为16-140：1的比例放入高速混合机中，温度设定为200℃-210℃，共混改性30min-60min，得到改性的碱式碳酸镁。
制备得到的无卤阻燃聚丙烯复合材料采用注塑机注塑成标准试样进行拉伸强度、弯曲强度、冲击强度、熔体流动速率、氧指数和垂直燃烧性能测试，测试结果如表1所示。
对比例8：
按表1配比称量聚丙烯、聚乙二醇、抗氧剂、以及100wt%得到的改性的碱式碳酸镁加入高速混合机中，共混5min，得到混合物；然后将混合物从一区主喂加入到挤出机，其他同实施例4；
其中，改性的碱式碳酸镁的制备方法如下：将碱式碳酸镁与偶联剂按照重量比为16-140：1的比例放入高速混合机中，温度设定为200℃-210℃，共混改性30min-60min，得到改性的碱式碳酸镁。
对比例9：
按表1配比称量聚丙烯、聚乙二醇、抗氧剂、以及100wt%得到的改性的碱式碳酸镁加入高速混合机中，共混5min，得到混合物；然后将混合物从一区主喂加入到挤出机，其他同实施例2；
其中，改性的碱式碳酸镁的制备方法如下：将碱式碳酸镁与偶联剂按照重量比为16-140：1的比例放入高速混合机中，温度设定为200℃-210℃，共混改性30min-60min，得到改性的碱式碳酸镁。
对比例10：
按表1配比称量聚丙烯、聚乙二醇、抗氧剂、以及100wt%得到的改性的碱式碳酸镁加入高速混合机中，共混5min，得到混合物；然后将混合物从一区主喂加入到挤出机，其他同实施例3；
其中，改性的碱式碳酸镁的制备方法如下：将碱式碳酸镁与偶联剂按照重量比为16-140：1的比例放入高速混合机中，温度设定为200℃-210℃，共混改性30min-60min，得到改性的碱式碳酸镁。
对比例11：
改性的碱式碳酸镁的制备方法如下：将碱式碳酸镁与偶联剂按照重量比为16-140：1的比例放入高速混合机中，温度设定为120℃，共混改性30min-60min，得到改性的碱式碳酸镁，其他同实施例4。
对比例12：
按表1配比称量聚丙烯、聚乙二醇、抗氧剂、以及30wt%得到的改性的碱式碳酸镁加入高速混合机中，共混5min-20min，得到混合物；将上述得到的混合物通过一区喂入挤出机，然后将剩余70wt%得到的改性的碱式碳酸镁通过六区侧喂添加的方式加入到挤出机，其他同实施例4；
其中，改性的碱式碳酸镁的制备方法如下：将碱式碳酸镁与偶联剂按照重量比为16-140：1的比例放入高速混合机中，温度设定为200℃-210℃，共混改性30min-60min，得到改性的碱式碳酸镁。
表1实施例1-6及对比例1-12的各组分配比（重量份）及各性能测试结果
续表1