一种阻燃聚丙烯及其制备方法和应用与流程

本发明涉及阻燃材料，特别涉及一种阻燃聚丙烯及其制备方法和应用。

背景技术：

1、新能源汽车的续航里程是制约其发展的重要因素之一，然而电池包又是新能源汽车的重要核心部件，因此，电池包的轻量化、安全性设计及材料选择直接影响了电动汽车的发展和普及。聚丙烯因其质轻、耐腐蚀、价格低廉且机械性能好等优点，在建材、管道材料、电子电器等领域得到大量应用。通过对普通聚丙烯材料进行增强、增韧、阻燃等改性后，可以满足新能源汽车电池包的严苛要求。

2、对于聚丙烯而言，提高其阻燃性可能是最重要的改性方法，因其防火性能很差，一经点燃极易燃烧，迅速释放大量的热，并伴有严重的熔滴滴落现象，易引燃其他可燃物，引发大规模火灾。聚丙烯阻燃改性的主要方法是添加阻燃剂，基于环保要求无卤阻燃剂引起了广泛关注。聚磷酸铵是使用量最多的无卤阻燃剂之一，为了增强聚磷酸铵的耐水性和热稳定性，通常使用聚硅氧烷和有机硅烷对聚磷酸铵进行改性。此外，由于聚磷酸铵同时含有p-o和n-h，聚磷酸铵也常被用作膨胀型阻燃剂的成分。

3、cn111100370a记载了一种阻燃剂及其制备方法、聚丙烯复合材料及其制备方法，该发明的阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺氰脲酸盐、单宁按特定比例复配而成的膨胀型阻燃剂经硅烷偶联剂改性而得，具有很好的阻燃性能以及热稳定性，且与聚丙烯的相容性好，有助于改善聚丙烯阻燃性能、力学性能和热稳定性，燃烧时不会产生有毒有腐蚀性气体。

4、然而，目前含有聚磷酸铵的膨胀型阻燃剂添加到聚丙烯中存在添加量较多，相容性差，影响材料的力学性能的弊端，添加后还可能影响聚丙烯的耐水性。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的问题，本发明制备了硼硅改性聚磷酸铵和三聚氰胺修饰硼硅改性聚磷酸铵，改进了聚磷酸铵的耐水性和热稳定性，并将其作为阻燃剂添加到聚丙烯中，阻燃剂与聚丙烯相容性好，不会显著影响聚丙烯的力学性能。

2、为了实现上述目的，本发明提供了一种阻燃聚丙烯，以重量份计包括，

3、聚丙烯70~80份；阻燃剂20~25份；光稳定剂0.5~1份；相容剂0.2~0.5份；

4、其中，所述阻燃剂包括硼硅改性聚磷酸铵和三聚氰胺的混合物或三聚氰胺修饰硼硅改性聚磷酸铵。

5、聚磷酸铵的耐水性和热稳定性较差往往需要对其进行表面改性，最长见的是利用溶胶凝胶法，使用硅烷偶联剂对聚磷酸铵进行改性。研究表明将硼和硅结合也能提高阻燃性，因为硼氧键在高温下能产生对应的氧化物，消耗大量热量；硅则主要起到隔热的作用，从而延缓了硼和氧气的反应速度，进一步增强硼氧化物的阻燃效果。三聚氰胺的三嗪环能够吸收紫外线，并且它也是常用的气源，能释放出nh3等延缓燃烧因此本发明制备了硼硅改性聚磷酸铵，并将其与三聚氰胺混合作为阻燃剂。

6、进一步地，所述硼硅改性聚磷酸铵的制备方法以重量份计包括以下步骤，

7、将20~50份聚磷酸铵、0.5~2份op-10和50~100份二甘醇二甲醚混合并调节ph至1~3获得混合溶液。其中，op-10是辛基苯酚聚氧乙烯醚，为一种双嵌段非离子表面活性剂，常用于制备乳液和胶体系统。

8、在混合溶液加入5~8份硅烷偶联剂和1~2份硼酸，随后升温至100~120℃反应3~6h，自然冷却后除杂得到硼硅改性聚磷酸铵。

9、进一步地，所述硼硅改性聚磷酸铵和三聚氰胺的混合物中，硼硅改性聚磷酸铵和三聚氰胺的质量比为1:1~1:3。

10、硼硅改性聚磷酸铵和三聚氰胺混合作为阻燃剂虽然可以显著提高聚丙烯的阻燃性能，但阻燃聚丙烯的耐水性提升并不明显。将硼硅改性聚磷酸铵和三聚氰胺组装到一起可能提高阻燃聚丙烯稳定性。单宁酸的化学结构包含苯甲酸、羟基苯甲酸、苯丙酸等成分，具有很强的抗氧化性能，诸多基团的存在使得其容易与硼硅改性聚磷酸铵和三聚氰胺在溶液环境下自组装聚合。

11、进一步地，所述三聚氰胺修饰硼硅改性聚磷酸铵的制备方法以重量份计包括以下步骤，

12、将20~50份硼硅改性聚磷酸铵分散于150~200份水中得到硼硅改性聚磷酸铵水溶液；

13、将10~30份三聚氰胺分散于150~200份乙醇中得到三聚氰胺乙醇溶液；

14、将所述硼硅改性聚磷酸铵水溶液与所述三聚氰胺乙醇溶液混合，随后加入5~10份单宁酸反应0.5~3h，得到三聚氰胺修饰硼硅改性聚磷酸铵。

15、进一步地，所述反应在50~80℃下进行。

16、进一步地，所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷或苯基三甲氧基硅烷中的一种或多种混合物。

17、进一步地，所述光稳定剂为受阻胺光稳定剂。

18、受阻胺光稳定剂是一种常用的抗氧化剂和光稳定剂，通常被添加到聚合物材料中以提高其耐氧化性和紫外光稳定性。受阻胺光稳定剂通过中和或减少活性自由基并吸收紫外线光线，从而防止聚合物的光降解。它们可以在吸收紫外线的过程中发生氢原子交换或电荷转移反应，从而降低聚合物分子中的自由基浓度，并吸收光能，减少聚合物分子的光氧化反应速率。

19、当两种聚合物不相容时，由于它们的分子结构和化学性质不同，使得它们很难有效地混合在一起。这时候，加入相容剂可以有效地使两种聚合物相互溶解和混合。相容剂的作用机理是通过它的分子结构自身的亲/疏水性质，将两种不相容聚合物的分子吸引在一起，从而缓解聚合物之间的界面张力，减轻聚合物之间的相互排斥。

20、进一步地，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物中的一种或多种。

21、本发明还提供了上述的阻燃聚丙烯的制备方法，包括，

22、将阻燃聚丙烯的各组分混合，随后进行熔融、挤出得到阻燃聚丙烯。

23、本发明也提供了上述的阻燃聚丙烯在新能源电池包上盖的应用。

24、相对于现有技术，本发明具有以下的有益效果：

25、本发明将硼硅改性聚磷酸铵、三聚氰胺和单宁酸在溶液环境聚合制备了三聚氰胺修饰硼硅改性聚磷酸铵，将其作为阻燃剂添加到聚丙烯中得到阻燃聚丙烯。阻燃聚丙烯中阻燃剂的添加量较少，燃烧实验结果表明阻燃聚丙烯的极限氧指数达到了34.1%，可达到ul-94垂直燃烧测试的v-0等级；此外，阻燃聚丙烯的耐水性也得到了显著提高。

技术特征：

1.一种阻燃聚丙烯，其特征在于，以重量份计包括，

2.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯，其特征在于，所述三聚氰胺修饰硼硅改性聚磷酸铵的制备方法以重量份计包括以下步骤，

3.根据权利要求2所述的阻燃聚丙烯，其特征在于，所述反应在50~80℃下进行。

4.根据权利要求1~3任一项所述的阻燃聚丙烯，其特征在于，所述硼硅改性聚磷酸铵的制备方法以重量份计包括以下步骤，

5.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯，其特征在于，所述硼硅改性聚磷酸铵和三聚氰胺的混合物中，硼硅改性聚磷酸铵和三聚氰胺的质量比为1:1~1:3。

6.根据权利要求4所述的阻燃聚丙烯，其特征在于，所述硅烷偶联剂为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、甲基三丙氧基硅烷或苯基三甲氧基硅烷中的一种或多种混合物。

7.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯，其特征在于，所述光稳定剂为受阻胺光稳定剂。

8.根据权利要求1所述的阻燃聚丙烯，其特征在于，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯、马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝乙烯辛烯共聚物中的一种或多种。

9.一种根据权利要求5~8任一项所述的阻燃聚丙烯的制备方法，其特征在于，包括，

10.一种根据权利要求5~8任一项所述的阻燃聚丙烯在新能源电池包上盖的应用。

技术总结
本发明公开了一种阻燃聚丙烯及其制备方法和应用，所述阻燃聚丙烯包括聚丙烯70~80份；阻燃剂20~25份；光稳定剂0.5~1份；相容剂0.2~0.5份；其中，所述阻燃剂包括硼硅改性聚磷酸铵和三聚氰胺的混合物或三聚氰胺修饰硼硅改性聚磷酸铵。本发明将硼硅改性聚磷酸铵、三聚氰胺和单宁酸在溶液环境聚合制备了三聚氰胺修饰硼硅改性聚磷酸铵，将其作为阻燃剂添加到聚丙烯中得到阻燃聚丙烯。阻燃聚丙烯中阻燃剂的添加量较少，燃烧实验结果表明阻燃聚丙烯的极限氧指数达到了34.1%，可达到UL‑94垂直燃烧测试的V‑0等级；此外，阻燃聚丙烯的耐水性也得到了显著提高。

技术研发人员：翁永华,王在华,郁佳慧,陈燕
受保护的技术使用者：江苏海聚新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/5