一種環保型高韌、阻燃聚丙烯材料及其制備方法
【專利摘要】本發明提供一種環保型高韌、阻燃聚丙烯材料及其制備方法，其是由聚丙烯100份、交聯乙烯-α烯烴共聚物10~25份、環保阻燃劑25~35份、馬來酸酐0.1~0.3份、抗氧劑0.2~0.5份、潤滑劑0.5~1.5份經混合、擠出造粒制備而成；所述交聯乙烯-α烯烴共聚物是由100份乙烯-α烯烴共聚物、0.6~2.8份交聯引發劑、0.3~0.45份抗氧劑和0.3~0.45份潤滑劑進行混合、熔融交聯擠出、拉條、切粒制得。本發明采用原位兩步法制備的聚丙烯材料比現有的一步法共混制備出的阻燃聚丙烯材料的增韌效果更優，并可達UL94阻燃V0等級，力學性能優異，可廣泛應用于家電、電子電氣等行業。
【專利說明】一種環保型高韌、阻燃聚丙烯材料及其制備方法
[0001]【技術領域】:
本發明涉及塑料改性領域，尤其涉及一種環保型高韌、阻燃聚丙烯材料及其制備方法。
[0002]【背景技術】:
聚丙烯(PP)是目前用量最大的廉價通用塑料之一，具有很多優異的特性，如:來源廣、價格低、密度小、無毒、易加工等，因而廣泛應用于汽車、家電、電子電氣等領域。尤其在家電領域，有時需要對PP進行阻燃改性需達到UL94阻燃等級，并且根據材料使用環境的不同，客戶會要求達到阻燃UL94的不同等級(如:V0、V1、V2等級)。對PP的阻燃改性，目前分為有鹵阻燃和無鹵阻燃，其中有鹵阻燃又分環保型(符合歐盟RoHS指令)和不環保型(不符合歐盟RoHS指令)，無鹵阻燃目前都是環保型。有鹵環保型阻燃劑主要有四溴雙酚A、八溴醚、八溴雙酚S醚、溴化環氧樹脂、溴化聚苯乙烯、氯化聚乙烯、十溴二苯乙烷等；有鹵不環保型阻燃劑目前有五溴二苯醚、八溴二苯醚等；無鹵環保型阻燃劑目前常見的有氮-磷系膨脹型無鹵阻燃劑。
[0003]但是目前不管是有鹵阻燃改性PP還是無鹵阻燃改性PP，最大的缺點就是阻燃劑的引入會使得材料的力學性能顯著下降，尤其是抗沖擊性能下降最為顯著。為了避免沖擊性能的下降，在聚丙烯和阻燃劑中直接加入彈性體進行增韌，利用一步法進行熔融擠出共混來達到。其中常用的彈性體為乙烯-辛烯共聚物(Ρ0Ε)、三元異丙橡膠(EPDM)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物(SBS)等。現有的一步法主要的缺點就是需要加入大量的彈性體才可以提高沖擊性能，這樣一來的話會使得材料的拉伸強度、彎曲強度等顯著下降，且大量彈性體的引入會使得阻燃劑的用量增加，成本增加。
[0004]本發明采用原位兩步法制備環保型高韌、阻燃聚丙烯材料，比現有的一步法制備出的阻燃聚丙烯材料具有更好的力學性能，尤其是沖擊韌性可得到明顯提高。
[0005]
【發明內容】
:
本發明針對現有技術的不足，提供了一種環保型高韌、阻燃聚丙烯材料及其制備方法，采用原位兩步法制備的環保型高韌、阻燃聚丙烯材料，其力學性能尤其是沖擊韌性比現有技術的一步法制備的阻燃聚丙烯提高很多。
[0006]一種環保型高韌、阻燃聚丙烯材料，由以下組分按重量份制備而成:
聚丙烯100份，
交聯乙烯-a烯烴共聚物 10-25份，
環保阻燃劑25~35份，
馬來酸酐0.1~0.3份，
抗氧劑0.2^0.5份，
潤滑劑0.5^1.5份。
[0007]所述的交聯乙烯- a烯烴共聚物是由100份乙烯- a烯烴共聚物、0.6^2.8份交聯引發劑、0.3^0.45份抗氧劑和0.3^0.45份潤滑劑進行混合、熔融交聯擠出、拉條、切粒制得。
[0008]所述的乙烯-a烯烴共聚物為乙烯-a 丁烯共聚物或乙烯-a辛烯共聚物。[0009]所述的交聯引發劑為過氧化二異丙苯、過氧化苯甲酸叔丁酯、過氧化二苯甲酰中的一種。
[0010]所述的抗氧劑為四[β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯(抗1010)、三[2，4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯(抗168)進行復配使用。
[0011]所述的環保阻燃劑為溴-銻系有鹵阻燃劑或氮-磷系無鹵阻燃劑。
[0012]所述的溴-銻系有鹵阻燃劑為八溴雙酚S醚與氧化銻的混合物或十溴二苯乙烷與氧化銻的混合物；所述的氮-磷系無鹵阻燃劑為含有多聚磷酸銨的膨脹型無鹵阻燃劑。
[0013]所述的潤滑劑為有機硅類潤滑劑和硬脂酸鈣的混合物。
[0014]本發明的另一個目的是提供一種制備上述環保型高韌、阻燃聚丙烯材料的方法，包括如下步驟:
(I)制備交聯乙烯-α烯烴共聚物
將100份乙烯-α烯烴共聚物、0.6~2.8份交聯引發劑、0.3^0.45份抗氧劑和0.3^0.45份潤滑劑放入轉速為200-300轉/分鐘、溫度為25~30°C的高速混合機中進行混合2~5分鐘；然后將混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融交聯擠出、拉條、切粒，最終得交聯乙烯_α烯烴共聚物；
所述雙螺桿擠出機的溫度從喂料段到機頭依次為300C>400C、1000C、105°C、105°C、108°C、108°C、110°C，雙螺桿長徑比為25，螺桿轉速為100~130轉/分鐘。
[0015](2)制備環保型高韌、阻燃聚丙烯材料。
[0016]首先將10-25份交聯乙烯-α烯烴共聚物、0.1-θ.3份馬來酸酐放入高速混合機中于5(T55°C進行混合2~5分鐘；接著加入100份聚丙烯、0.2~0.5份抗氧劑、0.5~1.5份潤滑劑進行混合2飛分鐘；然后加入25~35份環保阻燃劑在55飛5°C混合2飛分鐘；最后將混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融接枝擠出、拉條、切粒，最終得環保型高韌、阻燃聚丙烯材料；
所述高速混合機的轉速為200-300轉/分鐘；所述雙螺桿擠出機的溫度從喂料段到機頭依次為 100 V、185 V、195 V、195°C、190°C、190 V、185 V、185 V，雙螺桿長徑比為 30，螺桿轉速為10(Tl30轉/分鐘。
[0017]本發明與現有技術相比具有以下有益效果:
1、本發明采用原位兩步法制備環保型高韌、阻燃聚丙烯材料，即第一步制備交聯乙烯-α烯烴共聚物，第二步制備環保型高韌、阻燃聚丙烯材料；其比現有的一步法共混制備出的阻燃聚丙烯材料的各種性能都優異。
[0018]2、本發明的原位兩步法中的溫度等工藝參數是極其嚴格的，稍高或稍低都得不到理想的性能，從而提高了最終產品的性能。
[0019]3、本發明中交聯乙烯-α烯烴共聚物比未交聯的乙烯-α烯烴共聚物具有更好的增韌效果。
[0020]4、本發明的原位兩步法操作簡單，易于產業化，并拓寬了聚丙烯復合材料的應用領域。
[0021]5、本發明制備方法中將原料分三批次進行混合，即先將交聯乙烯- α烯烴共聚物與馬來酸酐進行混合，接著加入聚丙烯、抗氧劑、潤滑劑進行混合；使得材料預混均勻，從而提高最終聚丙烯材料韌性與阻燃性能。[0022]具體實施例:
下面結合實施例以及對比例對本發明作進一步說明。以下所有實施例及對比例中，測試標準執行國家標準，即拉伸性能執行GB/T 1040且拉伸測試速度50mm/min，彎曲性能執行GB/T 9341且彎曲測試速度2mm/min，沖擊性能執行GB/T 1843，阻燃性能執行UL-94 ;且測試環境為 23°C ±1°C、50%RH±3%RH。
[0023]實施例以及對比例中用到的原材料有:
乙烯- α 丁烯共聚物型號=POE 7467 美國陶氏化學；
乙烯-α辛烯共聚物型號:POE 8150 美國陶氏化學；
過氧化二異丙苯型號=DCP 鑫圣輝化工；
過氧化苯甲酸叔丁酯型號:TBPB 鑫圣輝化工； 過氧化二苯甲酰型號:BPO山東鄒平恒泰化工有限公司；
馬來酸酐型號:ΜΑ 青島恒瑞化工有限公司；
聚丙烯A型號:Κ7726Η中石化燕山石化；
聚丙烯B型號:S700 中石化揚子石化；
阻燃劑A型號:八溴雙酚S醚上海翱輝實業有限公司；
阻燃劑B型號:十溴二苯乙烷上海翱輝實業有限公司；
阻燃劑C型號:氧化銻益陽市華昌銻業；
阻燃劑D型號:膨脹型無鹵阻燃劑WR03蘇州安鴻泰；
抗氧劑1010型號:IrganoxlOlO瑞士汽巴精化；
抗氧劑168型號:Irganoxl68瑞士汽巴精化；
有機硅類潤滑劑型號:E525德國德固賽；
潤滑劑型號:硬脂酸鈣(優等品)山東省高密市友和助劑有限公司。
[0024]實施例1
(I)制備交聯乙烯-α烯烴共聚物
將 100 份 POE 7467,0.6 份 DCP,0.15 份抗 1010,0.15 份抗 168,0.2 份 Ε525、0.1 份硬
脂酸鈣放入高速混合機中進行混合2分鐘，將混合好的混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融交聯擠出、拉條、切粒，最終得交聯乙烯-α烯烴共聚物。
[0025]高速混合機的轉速為200轉/分鐘、溫度為25V ;雙螺桿擠出機的溫度從喂料段到機頭依次為 30°C、40°C、100°C、105°C、105°C、108°C、108°C、110°C，雙螺桿長徑比為 25，螺桿轉速為100轉/分鐘。
[0026](2)制備環保型高韌、阻燃聚丙烯材料
首先將10份交聯乙烯-α烯烴共聚物、0.1份馬來酸酐放入溫度為50°C高速混合機中進行混合2分鐘；接著加入100份聚丙烯K7726H、0.1份抗氧劑1010、0.1份抗氧劑168、0.4份E525、0.1份硬脂酸鈣繼續混合2分鐘；最后加入19份八溴雙酚S醚、6份氧化銻于溫度為55°C混合2分鐘；最后將混合好的混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融接枝擠出、拉條、切粒，最終得環保型高韌、阻燃聚丙烯材料。
[0027]高速混合機的轉速為200轉/分鐘，雙螺桿擠出機的溫度從喂料段到機頭依次為100 V、185 V、195 V、195 V、190 V、190 V、185 V、185 V，雙螺桿長徑比為 30，螺桿轉速為100轉/分鐘。性能如表1。[0028]對比例I
首先將10份POE 7467,0.1份馬來酸酐放入溫度為50°C高速混合機中進行高速混合2分鐘；接著加入100份聚丙烯K7726H、0.1份抗氧劑1010,0.1份抗氧劑168,0.4份E525、
0.1份硬脂酸鈣繼續混合2分鐘；最后加入19份八溴雙酚S醚、6份氧化銻于溫度為55°C混合2分鐘。將混合好的混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融接枝擠出、拉條、切粒，最終得環保型高韌、阻燃聚丙烯材料。
[0029]高速混合機的轉速為200轉/分鐘，雙螺桿擠出機的溫度從喂料段到機頭依次為100 V、185 V、195 V、195 V、190 V、190 V、185 V、185 V，雙螺桿長徑比為 30，螺桿轉速為100轉/分鐘。性能如表1。
[0030]實施例2
(I)制備交聯乙 烯-α烯烴共聚物。
[0031]將100 份 POE 8150,2.8 份 ΤΒΡΒ、0.3 份抗 1010,0.15 份抗 168,0.35 份 Ε525、0.I份硬脂酸鈣放入高速混合機中進行混合5分鐘，高速混合機的轉速為300轉/分鐘、溫度為30°C。將混合好的混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融交聯擠出、拉條、切粒，最終得交聯乙烯-α烯烴共聚物。
[0032]雙螺桿擠出機的溫度從喂料段到機頭依次為30 0C >40 V、100 V、105 V、105 V、108°C、108°C、110°C，雙螺桿長徑比為25，螺桿轉速為130轉/分鐘。
[0033](2)制備環保型高韌、阻燃聚丙烯材料
首先將25份第一步制備的交聯乙烯-α烯烴共聚物、0.3份馬來酸酐放入溫度為55°C高速混合機中進行混合5分鐘；接著加入100份聚丙烯S700、0.35份抗氧劑1010、0.15份抗氧劑168、1.2份E525、0.3份硬脂酸鈣進行混合5分鐘；最后加入26份十溴二苯乙烷、9份氧化銻于溫度為65°C混合5分鐘。將混合好的混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融接枝擠出、拉條、切粒，最終得環保型高韌、阻燃聚丙烯材料。
[0034]高速混合機的轉速為300轉/分鐘，雙螺桿擠出機的溫度從喂料段到機頭依次為100 V、185 V、195 V、195 V、190 V、190 V、185 V、185 V，雙螺桿長徑比為 30，螺桿轉速為130轉/分鐘。性能如表1。
[0035]對比例2
首先將25份POE 8150,0.3份馬來酸酐放入高速混合機中進行高速混合5分鐘，高速混合機的轉速為300轉/分鐘、溫度為55°C ;接著加入100份聚丙烯S700、0.35份抗氧劑1010,0.15份抗氧劑168、1.2份E525、0.3份硬脂酸鈣進行高速混合5分鐘，高速混合機的轉速為300轉/分鐘、溫度為55°C;最后加入26份十溴二苯乙烷、9份氧化銻高速混合5分鐘，高速混合機的轉速為300轉/分鐘、溫度為65°C。將混合好的混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融接枝擠出、拉條、切粒，最終得環保型高韌、阻燃聚丙烯材料。雙螺桿擠出機的溫度從喂料段到機頭依次為 IOO0C、185 0C、195 0C、195 °C、190 °C、190 °C、185 °C、185 °C，雙螺桿長徑比為30，螺桿轉速為130轉/分鐘。性能如表1。
[0036]表1實施例f 2及對比例f 2性能
【權利要求】
1.一種環保型高韌、阻燃聚丙烯材料，其特征在于:由以下組分按重量份制備而成: 聚丙烯100份， 交聯乙烯-a烯烴共聚物 10-25份， 環保阻燃劑25~35份， 馬來酸酐0.1~0.3份， 抗氧劑0.2^0.5份， 潤滑劑0.5^1.5份， 所述的交聯乙烯-a烯烴共聚物是由100份乙烯-a烯烴共聚物、0.6~2.8份交聯引發劑、0.3^0.45份抗氧劑和0.3^0.45份潤滑劑進行混合、熔融交聯擠出、拉條、切粒制得。
2.根據權利要求1所述的環保型高韌、阻燃聚丙烯材料，其特征在于:所述的乙烯-a烯烴共聚物為乙烯_a 丁烯共聚物或乙烯-a辛烯共聚物。
3.根據權利要求1所述的環保型高韌、阻燃聚丙烯材料，其特征在于:所述的交聯引發劑為過氧化二異 丙苯、過氧化苯甲酸叔丁酯、過氧化二苯甲酰中的一種。
4.根據權利要求1所述的環保型高韌、阻燃聚丙烯材料，其特征在于:所述的抗氧劑為四[β- (3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯、三[2，4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯進行復配使用。
5.根據權利要求1所述的環保型高韌、阻燃聚丙烯材料，其特征在于:所述的環保阻燃劑為溴-銻系有鹵阻燃劑或氮-磷系無鹵阻燃劑。
6.根據權利要求5所述的環保型高韌、阻燃聚丙烯材料，其特征在于:所述的溴-銻系有鹵阻燃劑為八溴雙酚S醚與氧化銻的混合物或十溴二苯乙烷與氧化銻的混合物；所述的氮-磷系無鹵阻燃劑為含有多聚磷酸銨的膨脹型無鹵阻燃劑。
7.根據權利要求1所述的環保型高韌、阻燃聚丙烯材料，其特征在于:所述的潤滑劑為有機硅類潤滑劑和硬脂酸鈣的混合物。
8.一種制備如權利要求1所述的環保型高韌、阻燃聚丙烯材料的方法，其特征在于:包括如下步驟: (1)制備交聯乙烯-a烯烴共聚物 將100份乙烯-a烯烴共聚物、0.6~2.8份交聯引發劑、0.3^0.45份抗氧劑和0.3^0.45份潤滑劑放入轉速為200-300轉/分鐘、溫度為25~30°C的高速混合機中進行混合2~5分鐘；然后將混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融交聯擠出、拉條、切粒，最終得交聯乙烯_a烯烴共聚物； 所述雙螺桿擠出機的溫度從喂料段到機頭依次為300C>400C、1000C、105°C、105°C、108°C、108°C、110°C，雙螺桿長徑比為25，螺桿轉速為100~130轉/分鐘； (2)制備環保型高韌、阻燃聚丙烯材料 首先將10-25份交聯乙烯- a烯烴共聚物、0.1~0.3份馬來酸酐放入高速混合機中于5(T55°C進行混合2飛分鐘；接著加入100份聚丙烯、0.2~0.5份抗氧劑、0.5~1.5份潤滑劑進行混合2飛分鐘；然后加入25~35份環保阻燃劑在55飛5°C混合2飛分鐘；將混合物加入雙螺桿擠出機中進行熔融接枝擠出、拉條、切粒，最終得環保型高韌、阻燃聚丙烯材料； 所述高速混合機的轉速為200-300轉/分鐘；所述雙螺桿擠出機的溫度從喂料段到機頭依次為 100 V、185 V、195 V、195 V、190 V、190 V、185 V、1850C，雙螺桿長徑比為 30，螺桿轉速為100-l 30轉/分鐘。
【文檔編號】B29C47/92GK103951876SQ201410131785
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月2日 優先權日:2014年4月2日
【發明者】楊桂生, 俞飛 申請人:合肥杰事杰新材料股份有限公司