一种无卤阻燃复合材料及其制备方法

摘要

本发明提供了一种新型无卤阻燃复合材料，包括以重量百分比计如下成分：聚丙烯：28‑64.5％；热塑性聚氨酯弹性体：10‑20％；增容剂：5‑10％；无卤阻燃剂：15‑25％；阻燃协效剂：5‑15％；偶联剂：0.5‑2％；上述成分的重量百分比之和为100％。本发明的另一目的在于提供一种新型无卤阻燃复合材料的制备方法。本发明的新型无卤阻燃复合材料的制备工艺简单，力学性能良好，耐高温，阻燃性能高效，洁净环保，可广泛用于汽车和家电零配件、电线电缆等领域。

权利要求

1.一种无卤阻燃复合材料，其特征在于：所述复合材料包括以重量百分比计如下成分：聚丙烯：28-64.5％；

热塑性聚氨酯弹性体：10-20％；

增容剂：5-10％；

无卤阻燃剂：15-25％；

阻燃协效剂：5-15％；

偶联剂：0.5-2％；

上述成分的重量百分比之和为100％；

其中，所述聚丙烯为共聚型聚丙烯；所述增容剂为EDPM-g-MAH或POE-g-MAH；所述无卤阻燃剂为次磷酸铝或二乙基次膦酸铝；所述阻燃协效剂为三聚氰胺氰尿酸盐和硼酸锌的复配阻燃剂。

2.根据权利要求1所述的无卤阻燃复合材料，其特征在于：所述热塑性聚氨酯弹性体为聚酯型热塑性聚氨酯弹性体。

3.根据权利要求2所述的无卤阻燃复合材料，其特征在于：所述聚酯型热塑性聚氨酯弹性体的极限氧指数为26-28。

4.根据权利要求1所述的无卤阻燃复合材料，其特征在于：所述三聚氰胺氰尿酸盐和硼酸锌的质量比为1：1，所述次磷酸铝和所述复配阻燃剂的质量比为2：1。

5.根据权利要求1所述的无卤阻燃复合材料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂。

6.一种根据权利要求1-5中任意一项所述的无卤阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)按照配方配比将所有原料混合，搅拌均匀，得到混合物；

2)将搅拌均匀的混合物送进挤出机，混合物在挤出机中进行反应，反应时间为3-5min，反应温度180-190℃,得到处于熔融状态的混合料；

3)将处于熔融状态的混合料挤压成条状流出后，首先进入水下冷却处理，然后进行切粒操作，获得聚丙烯/热塑性聚氨酯弹性体复合材料粒料。

说明书

一种无卤阻燃复合材料及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种无卤阻燃复合材料及其制备方法，尤其涉及一种聚丙烯/热塑性聚氨酯弹性体无卤阻燃复合材料及其制备方法。

背景技术

[0002] 作为五大通用塑料之一，聚丙烯(PP)的综合力学性能优异，具有良好的介电性能和高频绝缘性且不受湿度影响，除此之外，PP还具有较高的耐热性，化学性能好，几乎不吸水，与绝大多数化学药品不反应。因为其优良的综合性能，PP已经成为了我们日常生活中不可缺少的基础材料，特别是在家用电器、塑料管材、高透材料和电线电缆材料领域。然而，PP也有缺点，其低冲击韧性和易燃性显得尤为致命。所以，PP增韧和PP阻燃一直都是学术和工业材料研究的热点和难点。

[0003] 为改善PP的韧性,已研究开发了乙烯-辛烯共聚物(POE)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物(SBS)、三元乙丙橡胶(EPDM)、天然橡胶(NR)和丁基橡胶(IIR)等多种弹性体与PP的共混材料与制品。这些弹性体能有效地改善PP的韧性，但是，这些组分材料均体现非极性特点，限制了PP及这些PP复合材料在某些场合的应用，尤其是要求具有一定极性和亲水性的场合，如印刷涂装。

[0004] 因此，开发出阻燃效果良好，机械性能优异，适用范围广泛的新型聚丙烯材料具有重要的现实意义。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种力学性能良好，阻燃性能高效、洁净环保的无卤阻燃复合材料。

[0006] 本发明的另一目的在于提供一种工艺简单的无卤阻燃复合材料的制备方法。

[0007] 本发明的第一目的可以通过采取如下技术方案达到：

[0008] 一种无卤阻燃复合材料，其特征在于：所述复合材料包括以重量百分比计如下成分：聚丙烯(PP)：28-64.5％；热塑性聚氨酯弹性体(TPU)：10-20％；增容剂：5-10％；无卤阻燃剂：15-25％；阻燃协效剂：5-15％；偶联剂：0.5-2％；上述成分的重量百分比之和为100％。

[0009] 优选地，所述聚丙烯为共聚型聚丙烯。

[0010] 优选地，所述共聚型聚丙烯选用台湾永嘉化学工业股份有限公司生产的3015型号共聚型聚丙烯。

[0011] 优选地，所述热塑性聚氨酯弹性体为聚酯型热塑性聚氨酯弹性体。

[0012] 优选地，所述聚酯型热塑性聚氨酯弹性体选用美国路博润公司生产的BF85型号聚酯型TPU，它的极限氧指数为26-28。

[0013] 优选地，所述增容剂为EDPM-g-MAH或POE-g-MAH。

[0014] 其中，EDPM-g-MAH为三元乙丙橡胶(EDPM)与马来酸酐(MAH)的接枝物；POE-g-MAH为聚烯烃弹性体(POE)和马来酸酐(MAH)的接枝物。

[0015] 优选地，所述增容剂为POE-g-MAH。

[0016] 优选地，所述无卤阻燃剂为次磷酸铝或二乙基次膦酸铝。

[0017] 优选地，所述无卤阻燃剂为次磷酸铝。

[0018] 优选地，所述阻燃协效剂为三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)和硼酸锌的复配阻燃剂。

[0019] 优选地，所述复配阻燃剂中三聚氰胺氰尿酸盐和硼酸锌的质量比为1：1；所述次磷酸铝和所述复配阻燃剂的质量比为2：1。

[0020] 优选地，所述偶联剂为硅烷偶联剂。

[0021] 优选地，所述硅烷偶联剂选用硅烷偶联剂KH560。

[0022] 本发明的第二目的可以通过采取如下技术方案达到：

[0023] 一种无卤阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

[0024] 1)按照配方配比将所有原料混合，搅拌均匀，得到混合物；

[0025] 2)将搅拌均匀的混合物送进挤出机，混合物在挤出机中进行反应，反应时间为3-5min，反应温度180-190℃,得到处于熔融状态的混合料；

[0026] 3)将处于熔融状态的混合料挤压成条状流出后，首先进入水下冷却处理，然后进行切粒操作，获得聚丙烯/热塑性聚氨酯弹性体复合材料粒料。

[0027] 相比现有技术，本发明的有益效果在于：

[0028] (1)由于TPU既具有橡胶的高弹性，又具有热塑性塑料的加工性，它具有优良的弹性、耐磨性、耐油性、耐老化和较强的极性等。本发明将TPU与PP混合制备出PP/TPU复合材料，可以明显改善PP冲击韧性低的缺点，同时还可以增加PP的耐磨性和耐油性。

[0029] (2)PP/TPU复合材料制备工艺简单，力学性能良好，耐高温，阻燃性能高效，洁净环保。TPU极性的引进扩大了PP的应用领域，可广泛用于汽车和家电零配件、电线电缆等领域。

[0030] (3)本发明选用共聚型PP，共聚型PP比均聚PP有着更好的冲击强度和耐低温性。

[0031] (4)本发明聚酯型TPU的极限氧指数(LOI)为26-28，故TPU和PP的复合对PP的阻燃性有一定提高。加入高效的阻燃剂后，PP/TPU复合材料适用于高等级阻燃性领域，应用范围广泛。

[0032] (5)本发明的增容剂中的聚烯烃主链能够与PP相结合，马来酸酐(MAH)可以和TPU分子链中的酯键反应相结合，因此本发明的增容剂能够显著的提高PP和TPU相容性，从而提高PP/TPU的机械性强度。同时，MAH的极性键和无卤阻燃剂以及MCA极性键粘结力好，从而促进阻燃在合金中的分散以及提高阻燃剂和树脂的粘结力。

[0033] (6)本发明选用次磷酸铝或二乙基次膦酸铝为无卤阻燃剂，次磷酸铝、二乙基次膦酸铝的分解温度高于300℃，比常用的磷氮阻燃剂分解温度高。故本发明制备的阻燃的PP/TPU复合材料有着更好的表面和更高的耐温性能。

[0034] (7)本发明选用MCA和硼酸锌的复配阻燃剂为阻燃协效剂，MCA的加入可以作为气源，而硼酸锌能够改善碳层质量，与磷酸铝作为酸源和碳源起协同阻燃作用，同时降低整体阻燃剂的成本。

[0035] (8)本发明选用硅烷偶联剂，硅烷偶联剂可以提高树脂与阻燃剂间的粘结力，改善阻燃剂的分散，提高复合材料的力学性能。

具体实施方式

[0036] 下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述：

[0037] 实施例1

[0038] 一种无卤阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：

[0039] (1)按照重量百分比计，将54％PP，10％TPU，20％次磷酸铝，10％阻燃协效剂，5％EDPM-g-MAH和1％偶联剂混合搅拌均匀后，得到混合料；其中，所述阻燃协效剂为MCA和硼酸锌的复配阻燃剂，其中，MCA与硼酸锌的质量比为1：1；所述偶联剂选用KH560硅烷偶联剂。

[0040] (2)将经过步骤(1)搅拌均匀的混合物送入挤出机，混合料在挤出机中的反应时间为3-5min，反应温度为180-190℃，得到处于熔融状态的混合物；

[0041] (3)处于熔融状态下的混合物经过挤出机挤压成条状流出，经过水下冷却处理后进行切粒操作，制得PP/TPU复合材料粒料。产品性能详见表1。

[0042] 实施例2

[0043] 一种无卤阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：

[0044] (1)按照重量百分比计，将44％PP，20％TPU，20％次磷酸铝，10％阻燃协效剂，5％EDPM-g-MAH和1％偶联剂混合搅拌均匀后，得到混合料；其中，所述阻燃协效剂为MCA和硼酸锌质量比为1：1的复配阻燃剂；所述偶联剂选用KH560硅烷偶联剂。

[0045] (2)将经过步骤(1)搅拌均匀的混合物送入挤出机，混合物在挤出机中的反应时间为3-5min，反应温度为180-190℃，得到处于熔融状态的混合物；

[0046] (3)处于熔融状态下的混合物经过挤出机挤压成条状流出，经过水下冷却处理后进行切粒操作，制得PP/TPU复合材料粒料。产品性能详见表1。

[0047] 实施例3

[0048] 一种无卤阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：

[0049] 按照重量百分比计，将54％PP，10％TPU，20％次磷酸铝，10％阻燃协效剂，5％POE-g-MAH，1％偶联剂混合搅拌均匀后，得到混合物。其中，所述阻燃协效剂为MCA和硼酸锌质量比为1：1的复配阻燃剂；所述偶联剂选用KH560硅烷偶联剂。

[0050] 其他与实施例1相同。产物性能详见表1。

[0051] 实施例4

[0052] 一种无卤阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：

[0053] 按照重量百分比计，将54％PP，10％TPU，15％次磷酸铝，15％阻燃协效剂，5％EPDM-g-MAH，1％偶联剂混合搅拌均匀后，得到混合物。其中，所述阻燃协效剂为MCA和硼酸锌质量比为1：1的复配阻燃剂；所述偶联剂选用KH560硅烷偶联剂。

[0054] 其他与实施例1相同。产物性能详见表1。

[0055] 表1 产品性能参数实验结果对比表

[0056]

[0057] 从表1可以看出，本发明提供的PP/TPU无卤阻燃复合材料力学性能良好，耐冲击能力强，韧性好；极限氧指数均大于28，防火等级UL-94达到V-0、V-1等级，属于难燃材料，耐高温，阻燃性能好。本发明提供的PP/TPU无卤阻燃复合材料应用范围广泛，适用于汽车和家电零配件、电线电缆等领域。

[0058] 其他实施例：本发明的配方中还可以添加其他适量的反应催化剂、抗氧化剂等添加剂。

[0059] 对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。