专利名称：丙烯酸接枝聚丙烯改性氢氧化铝／聚丙烯阻燃材料及其制备方法
技术领域：
本发明属于高分子阻燃材料技术领域，具体涉及一种丙烯酸接枝聚丙烯改性氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料及其制造方法。
背景技术：
氢氧化铝作为聚烯烃环境友好阻燃剂，具有阻燃、消烟和填充等功能，但要起到有效的阻燃功能，氢氧化铝重量用量通常须达到40％以上。由于氢氧化铝与聚丙烯相容性差，高用量的氢氧化铝加入通常使聚丙烯材料的力学性能明显降低，存在阻燃功能与力学性能不平衡的问题。虽然用传统的有机低分子偶联剂对氢氧化铝进行表面处理，对氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料的力学性能有所改善。但由于有机偶联剂的有机链锻短，与聚丙烯基体大分子链相互作用较弱。其次，有机偶联剂在阻燃材料加工过程中存在热稳定性差的问题。因此，用有机低分子偶联剂处理氢氧化铝/聚丙烯阻燃复合材料的力学性能改善有一定限度。
发明内容
本发明的目的是提供一种阻燃功能与力学性能平衡的氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料及其制造方法，以解决已有技术所存在的上述问题。
针对现有氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料存在的问题，本发明采用外加丙烯酸接枝聚丙烯作为改性剂的方法，在氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料引进多种界面相互作用，利用丙烯酸接枝聚丙烯的极性部分与氢氧化铝的作用、非极性长链部分与聚丙烯基体共结晶或者相容等作用，强化氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料中各种界面相互作用，使氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料达到阻燃功能与力学性能平衡的目的。
本发明的丙烯酸接枝聚丙烯改性氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料(以下简称氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料)由聚丙烯基体A，氢氧化铝阻燃剂B，丙烯酸接枝聚丙烯改性剂C，和PP材料通用的稳定剂D组成，各组分配比按重量比为A 40-60B 60-35C 3-10D∶A0.5-1.5∶100
其中，A可为聚丙烯或其共聚物，B为氢氧化铝，C通常为接枝率0.15-0.56％的丙烯酸接枝聚丙烯，D可为PP材料通用的稳定剂1010。
上述本发明的氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料，其中作为组分C的丙烯酸接枝聚丙烯可由聚丙烯或其共聚物、丙烯酸及过氧化物自由基引发剂的混合物经双螺杆挤出机熔融挤出制备而成的；其中聚丙烯或其共聚物重量用量100份，丙烯酸重量用量1～4份，自由基引发剂重量用量为0.2-0.5份。
本发明丙烯酸接枝聚丙烯改性氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料的制备方法，是按所需配比将丙烯酸接枝聚丙烯、聚丙烯、氢氧化铝和PP材料通用的稳定剂经高速混合后，用双螺杆挤出机在一定条件下熔融挤出制备。利用丙烯酸接枝聚丙烯的极性部分和非极性长链部分，在熔融挤出过程实现丙烯酸接枝聚丙烯的极性部分与氢氧化铝的极性基团发生化学作用，非极性部分与聚丙烯基体共结晶或者物理纠缠相容等作用，强化氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料中各种界面(尤其氢氧化铝与改性剂、改性剂与聚丙烯基体)相互作用，提高组份间的界面粘结。同时丙烯酸接枝聚丙烯起到增塑作用，降低聚丙烯基体熔体粘度，提高氢氧化铝的分散性和材料的加工性，不但使氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料的阻燃性能提高，而且制品外观质量、力学性能提高。
本发明丙烯酸接枝聚丙烯改性氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料的制备方法的具体步骤及工艺条件如下①混合将各组分原料按前面所述比例加入到高速混合机中，室温高速混合1分钟；②将上述混合物料用双螺杆挤出机于190-220℃熔融挤出，转速300-350rpm；③挤出物经水冷却，切粒，即得到所需的丙烯酸接枝聚丙烯改性氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料。
本发明按照上述物料组成配方及制造工艺制备的氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料，相对于未加有丙烯酸接枝聚丙烯的高用量氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料，可使阻燃材料的熔融指数提高，流动性改善，阻燃性能(氧指数)提高，基体聚丙烯结晶温度提高，氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料的强度提高，尤其是弯曲强度。
本发明在氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料制备过程中加入丙烯酸接枝聚丙烯作为改性剂，可产生以下效果(1)丙烯酸接枝聚丙烯起到增塑作用，使氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料的熔融指数提高，流动性改善，有利于高用量氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料的加工与制品表面光泽提高。
(2)阻燃复合材料的熔融指数随丙烯酸接枝聚丙烯的接枝率提高而降低，表明氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料中丙烯酸接枝聚丙烯改性剂与氢氧化铝间存在化学相互作用。
(3)氢氧化铝加入及其用量增加，聚丙烯材料氧指数提高；外加丙烯酸接枝聚丙烯改性剂改性的氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料氧指数进一步提高，并且随丙烯酸接枝聚丙烯的接枝率增加而提高。表明氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料的阻燃性能提高。
(4)丙烯酸接枝聚丙烯改性剂与氢氧化铝存在协同作用，使阻燃材料中聚丙烯的结晶温度进一步提高。氢氧化铝加入使聚丙烯的结晶温度提高，并且随氢氧化铝含量增加而提高，熔融温度也移向高温，表明氢氧化铝对聚丙烯结晶起到异相成核作用。丙烯酸接枝聚丙烯加入及其接枝率提高使阻燃聚丙烯材料中的聚丙烯结晶温度进一步提高，熔融温度移向高温。归结于丙烯酸接枝聚丙烯有利于氢氧化铝在聚丙烯基体中分散，使氢氧化铝与聚丙烯相互接触界面积增加，界面诱导结晶成核点增加，结晶温度提高。
(5)丙烯酸接枝聚丙烯对氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料的热降解行为无影响。
(6)丙烯酸接枝聚丙烯提高氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料的力学性能。氢氧化铝加入及其用量增加，聚丙烯强度降低，断裂伸长率明显下降，材料的模量提高。丙烯酸接枝聚丙烯改性氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料提高阻燃材料的冲击强度、拉伸强度、弯曲强度。其提高的程度依赖于丙烯酸接枝聚丙烯的接枝率及其用量。
(7)丙烯酸接枝聚丙烯增强了氢氧化铝与基体聚丙烯间的界面粘结。
(8)外加丙烯酸接枝聚丙烯在制备氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料中，存在以下几种相互作用(a)氢氧化铝粒子被丙烯酸接枝聚丙烯层所包覆，氢氧化铝的-OH与丙烯酸接枝聚丙烯的-COOH发生化学作用，加强了填料与改性剂界面粘结；(b)丙烯酸接枝聚丙烯的聚丙烯段长链与基体聚丙烯链发生物理纠缠(相容)和共结晶作用，强化了基体与改性剂的界面粘结，尤其后者克服了有机低分子偶联剂存在偶联剂与基体相互作用小的缺点，使氢氧化铝/聚丙烯阻燃组分间不同界面粘结得到增强；(c)丙烯酸接枝聚丙烯由于分子量比纯聚丙烯的低，在材料加工过程中起到增塑作用，使填料分散性提高，加工性改善；(d)丙烯酸接枝聚丙烯改性剂与氢氧化铝存在协同作用，使阻燃材料中聚丙烯的结晶与熔融温度提高。
具体实施例方式
以下通过具体实施例对本发明作进一步说明。
本发明各实施例的阻燃材料的成分配比及物理与力学性能如表2和表3所示。其中，实施例1-4所用丙烯酸接枝聚丙烯改性剂的接枝率为0.15％，实施例5-8所用丙烯酸接枝聚丙烯改性剂的接枝率为0.56％。各实施例所用的稳定剂为聚丙烯通用抗氧剂1010。
各实施例的制备方法如前面发明内容部分所述。
表1为各实施例中使用的聚丙烯原料的性质。
表1.聚丙烯基体性质
表2.加有丙烯酸接枝聚丙烯改性氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料的氧指数、结晶和熔融温度
表3.加有丙烯酸接枝聚丙烯改性氢氧化铝阻燃聚丙烯材料的力学性能
权利要求
1.一种丙烯酸接枝聚丙烯改性氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料，其特征是该阻燃材料由聚丙烯基体A，氢氧化铝阻燃剂B，丙烯酸接枝聚丙烯改性剂C，和PP材料通用的稳定剂D组成，各组分配比按重量比为A 40-60B 60-35C 3-10D∶A 0.5-1.5∶100
2.按照权利要求1所述的氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料，其特征是其中组分C的丙烯酸接枝聚丙烯的接枝率为0.15-0.56％。
3.按照权利要求1或2所述的氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料，其特征是作为组分C的丙烯酸接枝聚丙烯是由聚丙烯或其共聚物、丙烯酸及过氧化物自由基引发剂的混合物经双螺杆挤出机熔融挤出制备而成的；其中聚丙烯或其共聚物重量用量100份，丙烯酸重量用量1～4份，自由基引发剂重量用量为0.2-0.5份。
4.按照权利要求1或2所述的氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料，其特征是其中组分D为PP材料通用的稳定剂1010。
5.权利要求1或2所述的丙烯酸接枝聚丙烯改性氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料的制备方法，具体步骤及工艺条件如下①混合将各组分原料按所需比例加入到高速混合机中，室温高速混合1分钟；②将上述混合物料用双螺杆挤出机于190-220℃熔融挤出，转速300-350rpm；③挤出物经水冷却，切粒，即得到所需的丙烯酸接枝聚丙烯改性氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料。
全文摘要
本发明涉及一种阻燃功能与力学性能平衡的氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料及其制造方法。本发明的氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料由聚丙烯基体、氢氧化铝阻燃剂、丙烯酸接枝聚丙烯改性剂和PP材料通用的稳定剂D组成。本发明阻燃材料的制备方法是将聚丙烯、氢氧化铝、丙烯酸接枝聚丙烯和其他助剂在高速混合机下混合均匀后，用双螺杆挤出机制备。本发明采用丙烯酸接枝聚丙烯大分子作为改性剂替代传统有机偶联剂，相对于未加有丙烯酸接枝聚丙烯的高用量氢氧化铝/聚丙烯阻燃材料，可使阻燃材料的熔融指数提高，流动性改善，阻燃性能(氧指数)提高，强度提高，尤其是弯曲强度；并使基体聚丙烯结晶温度提高。
文档编号C08L23/12GK1401697SQ02134769
公开日2003年3月12日 申请日期2002年9月20日 优先权日2002年9月20日
发明者麦堪成, 李政军, 曾汉民 申请人:中山大学