本发明涉及一种阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，是针对聚丙烯的易燃特性，采用在聚丙烯材料中添加改性的阻燃助剂聚磷酸铵，先在烧杯中，在加热70℃、在水浴、快速搅拌下制成改性阻燃混合溶液，经抽滤、干燥制成改性阻燃聚磷酸铵，聚磷酸铵与聚丙烯粉体混合、注塑，在注塑机上加热压制成阻燃聚丙烯产品样条，此制备方法工艺先进合理，数据翔实准确，安全稳定可靠，聚丙烯产品样条阻燃效果好，阻燃性能可提高76.47％，阻燃复合材料力学性能好，热力学性能稳定，是十分理想的制备阻燃聚丙烯材料和器件的方法。
1.一种阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：使用的化学物质材料为：聚丙烯、聚磷酸铵、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、无水乙醇、乙酸、水浴水，其组合用量如下：以克、毫升为计量单位制备方法如下：
对制备所需的化学物质原料要进行精选，并进行质量纯度控制，质量百分率如下：(2)配置改性剂
称取γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.8g±0.0005g、无水乙醇5ml±0.5ml置于烧杯中；将乙酸4ml±0.01ml缓慢地加入烧杯中，使烧杯中的溶液酸碱度pH值为3.5-5，偏酸性；用超声波分散机分散20min±1min，成：γ-氨丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液；
②将聚磷酸铵40g±0.0005g加入烧杯中，然后加入无水乙醇295ml±0.5ml，高速搅拌
20min，搅拌速度300r/min；并开启加热器，将温度升至70℃±2℃；
③缓慢加入改性剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液9ml±1ml，继续高速搅拌
④在制备过程中，将发生化学反应，反应式如下：⑤关闭加热器，使混合溶液随烧杯自然冷却至25℃；
将烧杯内的混合溶液置于抽滤瓶上的布氏漏斗中，用二层中速定性滤纸进行抽滤，滤纸上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；
将产物滤饼置于烧杯中，加入去离子水100ml，用搅拌器搅拌5min，成混合液；洗涤后将混合液置于抽滤瓶上的布氏漏斗中，用二层中速定性滤纸进行抽滤，滤纸上留存产物滤饼，洗液抽至滤瓶中；
将产物滤饼收集于石英产物舟中，然后置于真空干燥箱中进行干燥，真空度20Pa，干燥温度80℃，干燥时间720min；干燥后得产物：改性聚磷酸铵；
制备阻燃聚丙烯复合材料样条是在开合式不锈钢模具、注塑机上完成的；
称取聚丙烯160g±0.0005g、改性聚磷酸铵40g±0.0005g于容器中，比例为4∶1，然后在混合机上充分均匀混合，成混合粉末；
将混合均匀的聚丙烯+改性聚磷酸铵粉末置于注塑机的不锈钢容器内；
注塑机加热温度分四个不同区间，温度分别为200℃、200℃、200℃、210℃，注塑机首先预热30min，后开始给料加压、加热，时间为5min，成粘流态混合料；
将加热熔融的粘流态混合料注入开合式不锈钢模具中的注口，使其在模具内流动充填、固化成型；
停止给料，降压，使模具置于自然空气中冷却至25℃；
对注塑的三个样条进行切割、修边、抛光，使形状规整、光洁；
对制备的阻燃聚丙烯复合材料样条的形貌、色泽、化学成分、化学物理性能、力学性能进行检测、化验、分析、表征：用红外光谱仪进行红外光谱分析；
用直接燃烧和氧指数测试仪进行极限氧指数LOI分析；
结论：γ-氨丙基三乙氧基硅烷对聚磷酸铵进行了表面改性，成改性聚磷酸铵，阻燃聚丙烯复合材料样条为微黄色，聚丙烯的组织内含改性聚磷酸铵，阻燃性能提高76.47％，化学物理性能稳定，热力学性能稳定，强度、硬度得到提高；
对制备的阻燃聚丙烯样条用软质材料包装，储存于阴凉、洁净环境，要防水、防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃±2℃，相对湿度≤10％。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：在加热器(1)上设有显示屏(2)、指示灯(3)、控制开关(4)；在加热器(1)上部为水浴缸(5)，水浴缸(5)上部为缸盖(6)，在缸盖(6)上设有烧杯(8)，并由固定座(7)固定，烧杯(8)上部为烧杯盖(9)，烧杯(8)内中间位置设置搅拌器(11)，搅拌器(11)由固定座(10)定位、搅拌架(12)、搅拌座(13)固定；水浴缸(5)内为水浴水(14)，烧杯(8)下部置于水浴水(14)中，水浴水(14)要淹没烧杯体积的4/5；烧杯(8)内为混合溶液(15)。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于：不锈钢模具(16)为开合式矩形，四角部设有开合架(17)，不锈钢模具(16)内部并排设有不同形状的型腔：哑铃状型腔(19)、矩形型腔(20)、槽状型腔(21)，各型腔分别联通上部的注液口(18)，通过注液口(18)向各型腔注入熔融液(22)，熔融液(22)注入后，用金属锥塞(23)盖住注液口(18)，不锈钢模具(16)加入熔融液(22)后置于注塑机上加热成型，成型后冷却至
25℃，打开开合架(17)，脱模，取出各条形样件，经切割、修边、抛光后，即成最终样条。
一种阻燃聚丙烯复合材料的制备方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，属有机高分子阻燃复合材料的制备及应用的技术领域。
背景技术
[0002] 聚丙烯是一种高分子材料，无毒、密度小、质量轻，力学、电绝缘及耐化学性能优异，被广泛用于电子、建筑、纺织、装饰、机械等领域；由于聚丙烯属易燃材料，燃烧时会释放有毒的腐蚀性气体及大量浓烟，给生命财产均带来隐患，如何使聚丙烯材料具有阻燃性能是一个十分重要的研究课题。
[0003] 目前，市场上常用的阻燃材料是无机的氢氧化铝和氢氧化镁，但添加量较大，必须达到40％以上才有阻燃效果，影响在高分子材料中应用；而以卤素为主的有机阻燃剂虽然能保证高分子材料的性能，但其燃烧时会释放有毒和致癌性物质，使应用受到很大限制。
[0004] 聚磷酸铵做为阻燃剂有很多优点，阻燃元素磷、氮含量高，热稳定性好，近中性，毒性低、阻燃性能持久，缺点是相容性差，故必须提高聚磷酸铵的相容性。
[0005] γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550，是一种通用的带有氨基基团的硅烷偶联剂，含有二种不同的反应性基团，硅烷偶联剂中的烷氧基通过水解可生成硅醇，与阻燃剂表面可形成阻燃剂-硅烷偶联剂-有机相的结合层，从而使聚合物与材料的界面获得较好的粘结强度。
发明内容
[0006] 发明目的
[0007] 本发明的目的是针对背景技术的状况，采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷KH550对聚磷酸铵进行表面改性，然后与聚丙烯进行混合，得到聚磷酸铵-聚丙烯阻燃复合材料，使聚丙烯复合材料具有阻燃性能，以大幅度提高聚丙烯复合材料的性能和应用范围。
[0008] 技术方案
[0009] 本发明使用的化学物质材料为：聚丙烯、聚磷酸铵、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、无水乙醇、乙酸、水浴水，其组合用量如下：以克、毫升为计量单位
[0010] 聚丙烯： [CH2CH3CH]n 160g±0.0005g
[0011] 聚磷酸铵： (NH4)n+2PnO3n+1 40g±0.0005g
[0012] γ-氨丙基三乙氧基硅烷：KH550 C9H24NSiO3 0.8g±0.0005g
[0013] 无水乙醇： CH3CH2OH 300ml±1ml
[0014] 乙酸： CH3COOH 4ml±0.01ml
[0015] 去离子水： H2O 1000ml±10ml
[0016] 制备方法如下：
[0017] (1)精选化学物质材料
[0018] 对制备所需的化学物质原料要进行精选，并进行质量纯度控制，质量百分率如下：
[0019] 聚丙烯： 固态固体 ≥99.0％
[0020] 聚磷酸铵： 固态固体 ≥99.5％
[0021] γ-氨丙基三乙氧基硅烷：液态液体 ≥99.5％
[0022] 无水乙醇： 液态液体 ≥99.7％
[0023] 乙酸： 液态液体 ≥99.7％
[0024] 去离子水： 液态液体 ≥99.9％
[0025] (2)配置改性剂
[0026] 称取γ-氨丙基三乙氧基硅烷0.8g±0.0005g、无水乙醇5ml±0.5ml置于烧杯中；将乙酸4ml±0.5ml缓慢地加入烧杯中，使烧杯中的溶液酸碱度pH值为3.5-5，偏酸性；用超声波分散机分散20min±1min，成：γ-氨丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液；
[0027] (3)制备改性聚磷酸铵
[0028] 制备是在烧杯中，在水浴、加热、搅拌下完成的；
[0029] ①将烧杯固定于水浴缸中，将搅拌器插入烧杯中；
[0030] ②将聚磷酸铵40g±0.0005g加入烧杯中，然后加入无水乙醇295ml±0.5ml，高速搅拌20min，搅拌速度300r/min；并开启加热器，将温度升至70℃±2℃；
[0031] ③缓慢加入改性剂γ-氨丙基三乙氧基硅烷乙醇溶液9ml±1ml，继续高速搅拌60min；
[0032] ④在制备过程中，将发生化学反应，反应式如下：
[0033]
[0034] ⑤关闭加热器，使混合溶液随烧杯自然冷却至25℃；
[0035] (4)抽滤
[0036] 将烧杯内的混合溶液置于抽滤瓶上的布氏漏斗中，用二层中速定性滤纸进行抽滤，滤纸上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；
[0037] (5)去离子水洗涤、抽滤
[0038] 将产物滤饼置于烧杯中，加入去离子水100ml，用搅拌器搅拌5min，成混合液；洗涤后将混合液置于抽滤瓶上的布氏漏斗中，用二层中速定性滤纸进行抽滤，滤纸上留存产物滤饼，洗液抽至滤瓶中；
[0039] 去离子水洗涤+抽滤重复进行五次，并收集产物滤饼；
[0040] (6)真空干燥
[0041] 将产物滤饼收集于石英产物舟中，然后置于真空干燥箱中进行干燥，真空度20Pa，干燥温度80℃，干燥时间720min；干燥后得产物：改性聚磷酸铵；
[0042] (7)制备阻燃聚丙烯复合材料样条
[0043] 制备阻燃聚丙烯复合材料样条是在开合式不锈钢模具、注塑机上完成的；
[0044] 称取聚丙烯160g±0.0005g、改性聚磷酸铵40g±0.0005g于容器中，比例为4∶1，然后在混合机上充分均匀混合，成混合粉末；
[0045] ①装料
[0046] 将混合均匀的聚丙烯+改性聚磷酸铵粉末置于注塑机的不锈钢容器内；
[0047] ②注塑机注塑
[0048] 将盛有混合细粉的模具置于注塑机内进行注塑成型；
[0049] 注塑机加热温度分四个不同区间，温度分别为200℃、200℃、200℃、210℃，注塑机首先预热30min，后开始给料加压、加热，时间为5min，成粘流态混合料；
[0050] ③浇注、固化成型
[0051] 将加热熔融的粘流态混合料注入开合式不锈钢模具中的注口，使其在模具内流动充填、固化成型；
[0052] ④冷却
[0053] 停止给料，降压，使模具置于自然空气中冷却至25℃；
[0054] ⑤开模
[0055] 打开模具开合架，取出铸造的三个样条；
[0056] 即：哑铃状一条，矩形状一条，单缺口矩形状一条；
[0057] ⑥切割、修边成型
[0058] 对注塑的三个样条进行切割、修边、抛光，使形状规整、光洁；
[0059] (8)检测、化验、分析、表征
[0060] 对制备的阻燃聚丙烯复合材料样条的形貌、色泽、化学成分、化学物理性能、力学性能进行检测、化验、分析、表征：
[0061] 用红外光谱仪进行红外光谱分析；
[0062] 用直接燃烧和氧指数测试仪进行极限氧指数LOI分析；
[0063] 用场发射扫描电镜进行形貌分析；
[0064] 结论：γ-氨丙基三乙氧基硅烷对聚磷酸铵进行了表面改性，成改性聚磷酸铵，阻燃聚丙烯复合材料样条为微黄色，聚丙烯的组织内含改性聚磷酸铵，阻燃性能提高76.47％，化学物理性能稳定，热力学性能稳定，强度、硬度得到提高。
[0065] (9)储存
[0066] 对制备的阻燃聚丙烯样条用软质材料包装，储存于阴凉、洁净环境，要防水、防潮、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃±2℃，相对湿度≤10％。
[0067] 有益效果
[0068] 本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对聚丙烯材料的易燃性，采用在聚丙烯材料中添加改性的阻燃剂聚磷酸铵，先在烧杯中，在加热70℃、水浴状态、快速搅拌下制成改性阻燃混合溶液，经抽滤、洗涤、干燥制成改性阻燃聚磷酸铵，聚磷酸铵与聚丙烯粉体混合、注塑，在注塑机上加热压制成阻燃聚丙烯产品样条，此制备方法工艺先进合理，安全稳定可靠，聚丙烯产品样条阻燃效果好，阻燃性能可提高76.47％，阻燃复合材料力学性能好，热力学性能稳定，是十分理想的制备阻燃聚丙烯复合材料和器件的方法。
附图说明
[0069] 图1为制备改性聚磷酸铵状态图
[0070] 图2为注塑模具制备阻燃聚丙烯样条状态图
[0071] 图3为聚磷酸铵表面改性红外对比图谱
[0072] 图4为聚磷酸铵表面改性粒子分散对比图
[0073] 图5为阻燃聚丙烯阻燃性能图谱
[0074] 图6为阻燃聚丙烯样条脆断面结构对比图
[0075] 图中所示，附图标记清单如下：
[0076] 1、电加热器，2、显示屏，3、指示灯，4、控制开关，5、水浴缸，6、缸盖，7、固定座，8、烧杯，9、烧杯盖，10、固定座，11、搅拌器，12、搅拌架，13、搅拌座，14、水浴水，15、混合溶液，16、注塑模具，17、开合架，18、注液口，19、哑铃状型腔，20、矩形型腔，21、槽状型腔，22、熔融液，23、锥塞。
具体实施方式
[0077] 以下结合附图对本发明做进一步说明：
[0078] 图1所示，为制备改性聚磷酸铵状态图，各部位置、联接关系正确，按量配比，按序操作。
[0079] 制备所需的化学物质材料的量值是按预先设置的范围确定的，以克、毫升为计量单位。
[0080] 在电加热器1上设有显示屏2、指示灯3、控制开关4；在电加热器1上部为水浴缸5，水浴缸5上部为缸盖6，在缸盖6上设有烧杯8，并由固定座7固定，烧杯8上部为烧杯盖
9，烧杯8内中间位置设置搅拌器11，搅拌器11由固定座10定位、搅拌架12、搅拌座13固定；水浴缸内为水浴水14，烧杯8下部置于水浴水14中，水浴水14要淹没烧杯体积的4/5；
烧杯8内为混合溶液15。
[0081] 图2所示，为注塑模具制备阻燃聚丙烯样条状态图，注塑模具为开合式，用不锈钢材料制作，模具内设有三个不同形状的型腔。
[0082] 注塑模具16为开合式矩形，四角部设有开合架17，注塑模具16内部并排设有不同形状的型腔：哑铃状型腔19、矩形型腔20、槽状型腔21，各型腔分别联通上部的注液口18，通过注液口18向各型腔注入熔融液22，熔融液22注入后，用金属锥塞23盖住注液口18，注塑模具16加入熔融液22后置于注塑机上加热成型，成型后冷却至25℃，打开开合架17，脱模，取出各条形样件，经切割、修边、抛光后，即成最终样条。
[0083] 图3所示，为聚磷酸铵表面改性红外对比图谱，图中可知：经过γ-氨丙基三乙氧基硅烷改性后，可看到改性后的聚磷酸铵上出现了改性剂基团的特征峰，表面改性剂成功的接枝到了聚磷酸铵的表面，并发生了化学反应。
[0084] 图4所示，为聚磷酸铵表面改性粒子分散对比图，图中可知：与原来的聚磷酸铵对比，经过改性后的聚磷酸铵粉体颗粒直径由原来的≥1μm减小到100nm左右，同时团聚现象明显减弱，EDS能谱同样证明了硅烷偶联剂的存在。
[0085] 图5所示，为阻燃聚丙烯阻燃性能图谱，图中可知：在空气中点燃时聚磷酸添加量为20％的聚磷酸铵与聚丙烯复合材料自动熄灭，和纯的聚丙稀相比燃烧性能明显降低，燃烧后表面形成黑色的炭层，没有融滴滴落现象，经过氧指数测试分析可知，纯聚丙烯的极限氧指数为17％，而添加20％的聚磷酸铵后氧指数值达到了30％，所以阻燃性能提高了76.47％。
[0086] 图6所示，为阻燃聚丙烯样条脆断面结构对比图，图中可知：两图分别为没有改性和改性后的聚磷酸铵在聚丙烯中的存在状态图，都能够更清楚地观察到聚磷酸铵粒子，二者的分散性有明显的不同，a中聚磷酸铵粒子有明显的团聚现象，因为团聚使得聚磷酸铵在材料某个区域的含量很大，而且被PP基体包覆现象并不明显；而改性后的聚磷酸铵粒子分散较均匀且基本全被PP基体包覆，这样改性后的聚磷酸铵与聚丙烯基体呈现出良好的界面相容性，进而提高材料的力学性能。
