一种耐水阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种耐水阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，该材料由包含以下重量份的组分制成：聚丙烯80～100份，玻璃纤维40～60份，阻燃增效剂2～4份，氮磷类复配膨胀型阻燃剂20～30份，抗氧剂0.3～0.8份，相容剂6～10份，加工助剂1～2份。按重量份比将聚丙烯、玻璃纤维、相容剂、阻燃增效剂加入密炼机中，进行混炼；再加入氮、磷类复配膨胀型阻燃剂、抗氧剂和加工助剂，混合均匀，然后在平板硫化机模具中塑化成型，取出模具，冷却，得到制品。本发明制备的聚丙烯复合材料具有良好的阻燃性能、优异的力学性能、较好的耐水耐老化性能和良好的成型加工性能，可广泛用作传输带、电子元器件、密封和机械防护层等。
【专利说明】一种耐水阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于高分子材料改性和加工【技术领域】，具体涉及一种耐水阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]聚丙烯复合材料由于具有优异的机械物理性能、电气性能、耐高温耐腐蚀性能、耐热性能等优点，正越来越多地用于电力、能源、石油化工、电子、通讯、汽车等行业，广泛用于制备传输带、电子元器件、密封和机械防护层等。但是聚丙烯复合材料容易燃烧，耐水性不好，从而也限制了材料的使用范围。
[0003]当前聚丙烯使用的膨胀型阻燃剂对聚丙烯有很好的阻燃作用，在受热燃烧时具有少烟、低毒、无有害气体析出等优点。但这些阻燃剂仍然存在很多缺点，比如极性强，导致与聚丙烯的相容性差，并且易吸潮，影响聚丙烯的耐候性、耐水性能、使用性能和加工性能。
【发明内容】
[0004]为了克服现有技术的缺陷，本发明的第一目的是提供一种耐水阻燃聚丙烯复合材料，以解决现有技术中使用的聚丙烯阻燃剂极性强，导致与聚丙烯的相容性差，并且易吸潮，影响聚丙烯的耐候性、耐水性能、使用性能和加工性能的缺陷。
[0005]本发明的第二目的是提供一种耐水阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，以解决现有技术中使用的聚丙烯阻燃剂极性强，导致与聚丙烯的相容性差，并且易吸潮，影响聚丙烯的耐候性、耐水性能、使用性能和加工性能的缺陷。
[0006]本发明的技术方案如下:
一种耐水阻燃聚丙烯复合材料，由包含以下重量份的组分制成:
聚丙烯80~100份，
玻璃纤维40-60份，
阻燃增效剂2~4份，
氮磷类复配膨胀型阻燃剂 20-30份，
抗氧剂0.3^0.8份，
相容剂6~10份，
加工助剂2份。
[0007]较佳地，所述的氮磷类复配膨胀型阻燃剂由微胶囊化的阻燃剂和/或耐水性好的阻燃剂按其中炭源:气源:酸源的质量比为1:(Tl.0:2.0-3.5复配而成。
[0008]较佳地，所述的氮磷类复配膨胀型阻燃剂中，炭源:气源:酸源的质量比为1:0.5~1.0:2.0~3.5。
[0009]较佳地，所述的微胶囊化的阻燃剂选自密胺树脂微胶囊化阻燃剂、环氧树脂微胶囊化阻燃剂、硅氧烷微胶囊化阻燃剂或聚氨酯微胶囊化阻燃剂的一种或几种。
[0010]较佳地，所述的炭源选自大分子三嗪系成炭剂、微胶囊化季戊四醇或微胶囊化淀粉中的一种或几种；
所述的气源选自微胶囊化三聚氰胺、微胶囊化尿素或微胶囊化双氰胺中的一种或几
种；
所述的酸源选自微胶囊化聚磷酸胺、微胶囊化磷酸铵或微胶囊化三聚氰胺聚磷酸胺中的一种或几种。
[0011]较佳地，所述的玻璃纤维是经硅烷偶联剂改性的无碱玻璃纤维。
[0012]较佳地，所述硅烷偶联剂选自Y —(2，3_环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(KH560)、3-氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)中的一种或几种。
[0013]较佳地，所述的阻燃增效剂选自有机改性蒙脱土、铁基蒙脱土、镁铝双氢氧化物、锌铝双氢氧化物、镁铁双氢氧化物中的一种或几种；
所述的抗氧剂选自硫代二丙酸十八酯、[β_ (3，5 二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、4，4’ -硫代(6-特丁基-3-甲基苯酚)中的一种或几种。 [0014]较佳地，所述的相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯或马来酸酐接枝三元乙丙橡胶；
所述的加工助剂选自石蜡、硬脂酸锌、N，N’ -亚乙基双硬脂酸胺、聚乙烯蜡中的一种或几种。
[0015]一种上述的耐水阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，该方法包括以下步骤:
(O按重量份比将80-100份的聚丙烯、40-60份的玻璃纤维、6~10份的相容剂、2~4份的阻燃增效剂加入密炼机中，在18(T200°C混炼1(T15 min ；
(2)再向上述密炼机中加入20-30份的氮磷类复配膨胀型阻燃剂、0.3^0.8份的抗氧剂和f 2份的加工助剂，混合15~25 min，使之混合均匀；
(3)将步骤(2)所得混合均匀的物料在平板硫化机模具中塑化成型，温度为210~23(TC，保持5~10 min，压力控制在5~IOMpa ；
(4)降温到80-100?，释压取出模具，冷却，制得耐水阻燃聚丙烯复合材料。该步骤中，冷却可为随室温冷却、风冷或其它类似的冷却方式。
[0016]与现有技术相比，本发明的有益效果如下:
(1)本发明的耐水阻燃聚丙烯复合材料，采用了微胶囊化的氮磷类复配膨胀型阻燃剂，其不易吸潮，应用到聚丙烯材料中提高了聚丙烯复合材料的耐水性和耐候性，克服了使用传统膨胀型阻燃剂的聚丙烯复合材料的耐水性和耐候性差等缺点；
(2)本发明采用的微胶囊化阻燃剂的壳层为高分子材料，应用于聚丙烯材料中提高了阻燃剂在聚丙烯中的相容性，克服了传统阻燃剂在聚丙烯材料中容易团聚或者分散不均匀的缺点，从而减少了对聚丙烯材料的力学性能的损害影响；
(3)本发明中采用的阻燃增效剂，可以制备层离的聚丙烯复合材料，由于层离复合材料中片层的阻隔机理，可以明显提高复合材料的阻燃效果，从而进一步降低阻燃剂的使用量，并使得材料的机械性能得到较大幅度的提高；
(4)本发明的耐水阻燃聚丙烯复合材料具有良好的阻燃性能、优异的力学性能、较好的耐水耐老化性能和良好的成型加工性能，并且其制备工艺简单，成本低。【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
[0018]实施例1
本实施例中的耐水阻燃聚丙烯复合材料，由包含以下重量份的组分制成:
聚丙烯100份，
玻璃纤维60份，
阻燃增效剂2.5份，
氮磷类复配膨胀型阻燃剂 23份，
抗氧剂0.5份，
相容剂8.8份，
加工助剂1.5份。
[0019]其中，玻璃纤维是经硅烷偶联剂KH550 (3-氨丙基三乙氧基硅烷)改性的无碱玻璃纤维，聚丙烯为韩国大韩油化公司生产的PPCB5290 ；
阻燃增效剂为铁基蒙脱土，氮磷类复配膨胀型阻燃剂由密胺树脂微胶囊化季戊四醇6份、聚氨酯微胶囊化三聚氰胺5份、硅氧烷微胶囊化磷酸铵12份复配而成；
抗氧剂为硫代二丙酸二月桂酯，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，加工助剂为石蜡。
[0020]本实施例的耐水阻燃聚丙烯复合材料，按以下方法制得:
(1)按重量份比将100份的上述聚丙烯、60份的上述玻璃纤维、8.8份的马来酸酐接枝聚丙烯、2.5份的铁基蒙脱土加入密炼机中，在190°C混炼15 min ；
(2)再向上述密炼机中加入23份的上述氮磷类复配膨胀型阻燃剂、0.5份的硫代二丙酸二月桂酯和1.5份的石腊,混合20 min,使之混合均匀；
(3)然后将步骤(2)所得混合均匀的物料在平板硫化机模具中塑化成型，升温到220°C，保持8 min，压力控制在7MPa ；
(4)降温到95°C，释压取出模具，随室温冷却，制得耐水阻燃聚丙烯复合材料。
[0021]将上述制品加工成测试样条，所得各项性能测试数据见表1。
[0022]
实施例2
本实施例中的耐水阻燃聚丙烯复合材料，由包含以下重量份的组分制成:
聚丙烯90份，
玻璃纤维40份，
阻燃增效剂2.8份，
氮磷类复配膨胀型阻燃剂 24份，
抗氧剂0.3份，
相容剂7.2份，
加工助剂1.5份。
[0023]其中，玻璃纤维是经硅烷偶联剂KH560 ( Y 一 (2, 3-环氧丙氧)丙基二甲氧基娃烷)改性的无碱玻璃纤维，聚丙烯为韩国大韩油化公司生产的PPCB5290 ；阻燃增效剂为有机改性蒙脱土，氮磷类复配膨胀型阻燃剂由大分子三嗪系成炭剂6份、聚氨酯微胶囊化三聚氰胺4份、聚氨酯微胶囊化聚磷酸胺14份复配而成；
抗氧剂为[β_ (3，5 二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯，相容剂为丙烯酸接枝聚丙烯，加工助剂为N，N’ -亚乙基双硬脂酸胺。
[0024]本实施例的耐水阻燃聚丙烯复合材料，按以下方法制得:
(1)按重量份比将90份的上述聚丙烯、40份的玻璃纤维、7.2份的丙烯酸接枝聚丙烯、
2.8份的有机改性蒙脱土加入密炼机中，在180°C混炼15 min ；
(2)再向上述密炼机中加入24份的上述氮磷类复配膨胀型阻燃剂、0.3份的[β - (3，5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯和1.5份的N，N’ -亚乙基双硬脂酸胺，混合25min,使之混合均匀；
(3)然后将步骤(2)所得混合均匀的物料在平板硫化机模具中塑化成型，升温到210°C，保持10 min，压力控制在5MPa ；
(4)降温到80°C，释压取出模具，随室温冷却，制得耐水阻燃聚丙烯复合材料。
[0025]将上述制品加工成测试样条，所得各项性能测试数据见附表1。
[0026]
实施例3
本实施例中的耐水阻燃聚·丙烯复合材料，由包含以下重量份的组分制成:
聚丙烯80份，
玻璃纤维45份，
阻燃增效剂2.0份，
氮磷类复配膨胀型阻燃剂 20份，
抗氧剂0.6份，
相容剂6.0份，
加工助剂1.0份。
[0027]其中，玻璃纤维是经硅烷偶联剂KH550 (3_氨丙基三乙氧基硅烷)改性的无碱玻璃纤维，聚丙烯为兰州石化生产的PP SP179 ；
阻燃增效剂为镁铝双氢氧化物，氮磷类复配膨胀型阻燃剂由聚氨酯微胶囊化季戊四醇4份、聚氨酯微胶囊化双氰胺2份、硅氧烷微胶囊化聚磷酸胺14份复配而成；
抗氧剂为0.3份的[β - (3，5 二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.3份的硫代二丙酸二月桂酯的混合物，相容剂为丙烯酸接枝聚丙烯，加工助剂为石蜡。
[0028]本实施例的耐水阻燃聚丙烯复合材料，按以下方法制得:
(1)按重量份比将80份的上述聚丙烯、45份的玻璃纤维、6.0份的丙烯酸接枝聚丙烯、
2.0份的镁铝双氢氧化物加入密炼机中，在190°C混炼10 min ；
(2)再向上述密炼机中加入20份的上述氮磷类复配膨胀型阻燃剂、0.3份的[β - (3，5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯、0.3份的硫代二丙酸二月桂酯和1.0份的石腊，混合15min,使之混合均匀；
(3)然后将步骤(2)所得混合均匀的物料在平板硫化机模具中塑化成型，升温到215°C，保持5 min，压力控制在6MPa ;
(4)降温到100°C，释压取出模具，随室温冷却，制得耐水阻燃聚丙烯复合材料。[0029]将上述制品加工成测试样条，所得各项性能测试数据见附表1。
[0030]
实施例4
本实施例中的耐水阻燃聚丙烯复合材料，由包含以下重量份的组分制成:
聚丙烯85份，
玻璃纤维45份，
阻燃增效剂3.5份，
氮磷类复配膨胀型阻燃剂 27份，
抗氧剂0.8份，
相容剂10份，
加工助剂2.0份。
[0031 ] 其中，玻璃纤维是经硅烷偶联剂KH560 ( Y 一(2，3-环氧丙氧)丙基二甲氧基娃烷)改性的无碱玻璃纤维，聚丙烯是兰州石化生产的PP SP179 ；
阻燃增效剂为镁铝双氢氧化物，氮磷类复配膨胀型阻燃剂由大分子三嗪系成炭剂7份、聚氨酯微胶囊化三聚氰胺3份、硅氧烷微胶囊化三聚氰胺聚磷酸胺17份复配而成；
抗氧剂为0.5份的4，4’ -硫代(6-特丁基-3-甲基苯酚)和0.3份的硫代二丙酸二月桂酯的混合物，相容剂为马来酸酐`接枝聚丙烯，加工助剂为聚乙烯蜡。
[0032]本实施例的耐水阻燃聚丙烯复合材料，按以下方法制得:
(1)按重量份比将85份的上述聚丙烯、45份的上述玻璃纤维、10份的马来酸酐接枝聚丙烯、3.5份的铁基蒙脱土加入密炼机中，在200°C混炼12 min ；
(2)再向上述密炼机中加入27份的上述氮磷类复配膨胀型阻燃剂、0.5份的4，4’_硫代(6-特丁基-3-甲基苯酚)、0.3份的硫代二丙酸二月桂酯和2.0份的聚乙烯蜡，混合20min，使之混合均匀；
(3)然后将步骤(2)所得混合均匀的物料在平板硫化机模具中塑化成型，升温到225°C，保持8 min，压力控制在IOMPa ；
(4)降温到85°C，释压取出模具，随室温冷却，制得耐水阻燃聚丙烯复合材料。
[0033]将上述制品加工成测试样条，所得各项性能测试数据见附表1。
[0034]
实施例5
本实施例中的耐水阻燃聚丙烯复合材料，由包含以下重量份的组分制成:
聚丙烯85份，
玻璃纤维50份，
阻燃增效剂4.0份，
氮磷类复配膨胀型阻燃剂 30份，
抗氧剂0.6份，
相容剂9.2份，
加工助剂1.5份。
[0035]其中，玻璃纤维是经硅烷偶联剂KH-570 ( y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)改性的无碱玻璃纤维，聚丙烯为巴塞尔聚烯烃公司生产的PPEP200R ；阻燃增效剂为2.0份的有机改性蒙脱土和2.0份的锌铝双氢氧化物，氮磷类复配膨胀型阻燃剂由大分子三嗪系成炭剂7份、密胺树脂微胶囊化双氰胺3份、硅氧烷微胶囊化聚磷酸胺20份复配而成；
抗氧剂为0.3份的[β - (3，5 二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯和0.3份的4，4’ -硫代(6-特丁基-3-甲基苯酚)的混合物，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，加工助剂为N，N’ -亚乙基双硬脂酸胺。
[0036]本实施例的耐水阻燃聚丙烯复合材料，按以下方法制得:
(1)按重量份比将85份的上述聚丙烯、50份的上述玻璃纤维、9.2份的马来酸酐接枝聚丙烯、2.0份的有机改性蒙脱土和2.0份的锌铝双氢氧化物加入密炼机中，在195°C混炼14min ；
(2)再向上述密炼机中加入30份的上述氮磷类复配膨胀型阻燃剂、0.3份的[β - (3，5二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯、0.3份的4，4’ -硫代(6-特丁基-3-甲基苯酚)和1.5份的N，N’ -亚乙基双硬脂酸胺，混合20min，使之混合均匀；
(3)然后将步骤(2)所得混合均匀的物料在平板硫化机模具中塑化成型，升温到230°C，保持8 min，压力控制在8MPa ;
(4)降温到90°C，释压取出模具，随室温冷却，制得耐水阻燃聚丙烯复合材料。
[0037]将上述制品加工成测试样条，所得各项性能测试数据见下表1。
[0038]表 1
【权利要求】
1.一种耐水阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，由包含以下重量份的组分制成: 聚丙烯80~100份， 玻璃纤维40-60份， 阻燃增效剂2~4份， 氮磷类复配膨胀型阻燃剂 20-30份， 抗氧剂0.3^0.8份， 相容剂6~10份， 加工助剂1~2份。
2.根据权利要求1所述的耐水阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的氮磷类复配膨胀型阻燃剂由微胶囊化的阻燃剂和/或耐水性好的阻燃剂按其中炭源:气源:酸源的质量比为1:(Tl.0:2.0-3.5复配而成。
3.根据权利要求2所述的耐水阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的氮磷类复配膨胀型阻燃剂中，炭源:气源:酸源的质量比为1:0.5^1.0:2.0-3.5。
4.根据权利要求2所述的耐水阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的微胶囊化的阻燃剂选自密胺树脂微胶囊化阻燃剂、环氧树脂微胶囊化阻燃剂、硅氧烷微胶囊化阻燃剂或聚氨酯微胶囊化阻燃剂的一种或几种。
5.根据权利要求2或3所述的耐水阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的炭源选自大分子三嗪系成炭剂、微胶囊化季戊四醇或微胶囊化淀粉中的一种或几种； 所述的气源选自微胶囊化三聚氰胺、微胶囊化尿素或微胶囊化双氰胺中的一种或几种； 所述的酸源选自微胶囊化聚磷酸胺、微胶囊化磷酸铵或微胶囊化三聚氰胺聚磷酸胺中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的耐水阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的玻璃纤维是经硅烷偶联剂改性的无碱玻璃纤维。
7.根据权利要求6所述的耐水阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述对无碱玻璃纤维进行改性的硅烷偶联剂选自Y_(2，3_环氧丙氧)丙基二甲氧基硅烷、3-氨丙基二乙氧基硅烷、Y-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述的耐水阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的阻燃增效剂选自有机改性蒙脱土、铁基蒙脱土、镁铝双氢氧化物、锌铝双氢氧化物、镁铁双氢氧化物中的一种或几种； 所述的抗氧剂选自硫代二丙酸十八酯、[β_ (3，5 二叔丁基4-羟基-苯基)丙酸]季戊四醇酯、硫代二丙酸二月桂酯、4，4’ -硫代(6-特丁基-3-甲基苯酚)中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述的耐水阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述的相容剂选自马来酸酐接枝聚丙烯、丙烯酸接枝聚丙烯或马来酸酐接枝三元乙丙橡胶； 所述的加工助剂选自石蜡、硬脂酸锌、N，N’ -亚乙基双硬脂酸胺、聚乙烯蜡中的一种或几种。
10.一种权利要求广9中任一项所述的耐水阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: (O按重量份比将80-100份的聚丙烯、40-60份的玻璃纤维、6~10份的相容剂、2~4份的阻燃增效剂加入密炼机中，在18(T200°C混炼1(T15 min ； (2)再向上述密炼机中加入20-30份的氮磷类复配膨胀型阻燃剂、0.3^0.8份的抗氧剂和广2份的加工助剂，混合15~25 min，使之混合均匀； (3)将步骤(2)所得混合均匀的物料在平板硫化机模具中塑化成型，温度为210~23(TC，保持5~10 min，压力控制在5~IOMpa ； (4)降温到80-1 00?，释压取出模具，冷却，制得耐水阻燃聚丙烯复合材料。
【文档编号】C08L23/12GK103589052SQ201210287767
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2012年8月14日 优先权日:2012年8月14日
【发明者】郭学林 申请人:滁州格美特科技有限公司