本发明属于高分子材料
技术领域：
，特别涉及一种环保型阻燃聚丙烯及其制备方法。
背景技术：
：木质素(lig)是一种具有三维网络结构的天然高分子材料，其分子结构主要由紫丁香基丙烷(s)、愈疮木基丙烷(g)、对羟基苯基丙烷(h)三种苯基丙烷结构单元组成，结构中有大量的苯环结构，且含有羟基、羰基、羧基等极性基团，为其作为成碳剂提供了理论依据。此外，木质素在自然界中的含量仅次于纤维素，属于第二大天然高分子，据估计每年全世界由植物生长可产生1500亿t木质素。工业化木质素主要来源于造纸工业、生物乙醇生产工业的副产物。据报道仅有约2％的木质素被用作生产分散剂、粘合剂、表面活性剂等化工产品，绝大部分都被用作燃料或直接当做废弃物被焚烧或被自然排放。这样不仅浪费了大量的天然生物资源，又污染了环境。因此，对木质素的高附加值综合利用，具有重要的现实和经济意义。粉煤灰(fa)是从煤燃烧后的烟气中收捕下来的细灰。工业化粉煤灰主要来自于燃煤电厂排出的主要固体废物，其组成以sio2、al2o3、fe2o3、cao为主。随着我国燃煤电力工业的发展，粉煤灰排放量逐年增加，已成为当前排放量较大的工业废渣之一。目前，仅有少部分粉煤灰被开发利用，主要作为填料应用于建筑、农业和工业等领域中，绝大多数粉煤灰仍处于露天堆置的状态。这不仅占据了大量的土地，也对环境造成了极大的污染。因此，对粉煤灰进行开发利用及提高其应用附加值，具有明显的环保、经济和社会效益。膨胀阻燃体系具有环保、低烟、低毒等优点，已日益替代含卤阻燃剂，在阻燃高分子材料领域占有主导地位。在无卤阻燃聚丙烯材料中，常用的膨胀型阻燃剂为聚磷酸铵(app)和季戊四醇(per)体系，其中app发挥着酸源和气源作用，per则为炭源组分。但per分子量低，亲水性较强，使得膨胀阻燃材料在储存或者使用过程中容易吸湿，且per易发生迁移或者渗出，导致材料的阻燃性能和力学性能恶化。此外，成碳剂per为石油基产品，随着石油的日益枯竭及价格的波动，难以满足膨胀阻燃材料的可持续、稳定的发展趋势。技术实现要素：为了能够充分利用造纸工业或生物乙醇生产工业的副产物木质素，使得燃煤电力工业的副产物粉煤灰得到高值化利用，同时获得环保型阻燃聚丙烯，本发明提供了一种环保型阻燃聚丙烯及其制备方法。将高分子量的、可再生的木质素作为成碳剂部分替代per，以解决per分子量低，亲水性较强，使得膨胀阻燃材料在储存或者使用过程中容易吸湿，且per易发生迁移或者渗出，导致材料的阻燃性能和力学性能恶化的问题，然后加入少量的协效剂粉煤灰可有效提高含木质素膨胀型阻燃聚丙烯的阻燃性能，同时可以提高木质素对季戊四醇的替代量。为了实现上述发明目的，本发明提供了一种环保型阻燃聚丙烯，所述环保型阻燃聚丙烯的配方组分按重量份数计为：阻燃协效剂0.5-5份，含木质素膨胀型阻燃剂25～29.5份，聚丙烯70份。本发明所用阻燃协效剂为粉煤灰；其粒径尺寸范围为2μm-5μm。本发明所用含木质素膨胀型阻燃剂由碱木质素、季戊四醇和聚磷酸铵组成，三者质量份数比1.5-6:9-3.5:18；为了更好地实现发明目的，本发明还提供了一种环保型阻燃聚丙烯的制备方法，制备方法包括以下步骤：首先按比例将粉煤灰与碱木质素常温下共混，然后将所得共混物与聚磷酸铵、季戊四醇和聚丙烯混合均匀，通过密炼机熔融共混得环保型阻燃聚丙烯。本发明的有益效果是：本发明采用的木质素和粉煤灰原料来源丰富，且二者均为工业副产物，价格低廉，可再生。将木质素替代部分季戊四醇具有很大的优势，能够满足材料的可持续发展趋势；此外，木质素分子量相对较高，至少在1000以上，基本不存在迁移或者渗出现象，使得制备的材料的阻燃性能和力学性能较好，且木质素结构中除了有极性基团外，还含有非极性基团，能够使得本发明材料具有较好的相容性。经大量实验发现粉煤灰能够促进本发明阻燃体系成炭，这可能是由于粉煤灰里含有al和si元素，使得最终形成的炭层质量更好，更加致密，强度更高，从而提高材料的阻燃性。本发明还具有原料来源丰富，生产工艺简单，易于工业化，阻燃协效剂成本低的优点，且可有效提高膨胀型阻燃聚丙烯的阻燃性能。具体实施方式下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。以下实施实例所采用的聚丙烯为镇海炼化的t30s；聚磷酸铵(app)，聚合度n>1000，杭州捷尔思阻燃化工有限公司；季戊四醇(per)，上海凌峰化学试剂有限公司；碱木质素(lig)，济南扬海材料有限公司；粉煤灰(fa)，粒径尺寸范围为2μm-5μm，北京低碳清洁能源研究所。实施例1-12按照表1的配方，首先将粉煤灰(fa)与碱木质素(lig)共混，然后将所得共混物与聚磷酸铵(app)、季戊四醇(per)和聚丙烯(pp)混合均匀，通过密炼机熔融共混得环保型阻燃聚丙烯。环保型阻燃聚丙烯的阻燃性能测试结果见表1。对比例1仅采用app、per阻燃体系制备阻燃聚丙烯材料。按照表1的配方将各组分混合均匀后，通过密炼机熔融共混得环保型阻燃聚丙烯。所得阻燃材料的性能测试结果见表1所示。对比例2木质素替代部分季戊四醇，季戊四醇与木质素的重量份比为9:3，与app复配制备阻燃聚丙烯材料。按照表1的配方将各组分混合均匀后，通过密炼机熔融共混得环保型阻燃聚丙烯。所得阻燃材料的性能测试结果见表1所示。对比例3木质素替代部分季戊四醇，季戊四醇与木质素的重量份比为8:4，与app复配制备阻燃聚丙烯材料，不添加粉煤灰。按照表1的配方将各组分混合均匀后，通过密炼机熔融共混得环保型阻燃聚丙烯。所得阻燃材料的性能测试结果见表1所示。对比例4木质素替代部分季戊四醇，季戊四醇与木质素的重量份比为6:6，与app复配制备阻燃聚丙烯材料。按照表1的配方将各组分混合均匀后，通过密炼机熔融共混得环保型阻燃聚丙烯。所得阻燃材料的性能测试结果见表1所示。对比例5木质素替代部分季戊四醇，季戊四醇与木质素的重量份比为7.3:3.7，与app复配制备阻燃聚丙烯材料，并加入1份有机蒙脱土(ommt)做阻燃协效剂。按照表1的配方将各组分混合均匀后，通过密炼机熔融共混得环保型阻燃聚丙烯。所得阻燃材料的性能测试结果见表1所示。对比例6木质素替代部分季戊四醇，季戊四醇与木质素的重量份比为7.3:3.7，与app复配制备阻燃聚丙烯材料，并加入1份4a分子筛(ms)做阻燃协效剂。表1为环保型阻燃聚丙烯的配方及其阻燃性能测试结果。表1备注：n.r----无级别。从表1中阻燃数据可以看出，协效剂(fa)的加入，即实施例1～实施例12，均可有效提高环保型阻燃聚丙烯的阻燃性能。此外，在保证fa和含木质素膨胀型阻燃剂(ifr)总用量为30份不变的条件下，随着fa用量的增加，环保型阻燃聚丙烯的极限氧指数(loi)呈现先增加后降低的趋势，垂直燃烧ul-94阻燃级别由v-0级降为v-1级或v-2级别；但所得环保型阻燃聚丙烯的阻燃性能分别明显高于其相应对比例2～对比例6。其中实施例2，即pp/ifr1/1.0fa的阻燃性能最好，loi高达32％，且垂直燃烧ul-94过v-0级，达到对比例1(pp/ifr0)的阻燃性能。表2阻燃pp复合材料的力学性能实施例/对比例试样拉伸强度(mpa)对比例117.7对比例521.0对比例620.7实施例622.8表2为对比例1、对比例5、对比例6与实施例6所得阻燃pp复合材料的力学性能。由表2可以看出，加入协效剂后的含木质素膨胀型阻燃聚丙烯的力学性能明显优于对比例1(pp/ifr0)，同时粉煤灰作为协效剂的阻燃聚丙烯(实施例6)的性能最好。由此可见，在含木质素膨胀型阻燃聚丙烯中添加少量粉煤灰，可有效提高含木质素膨胀型阻燃聚丙烯的阻燃性能，同时还能提高阻燃聚丙烯的力学性能。当前第1页12