一种无载体耐候PP阻燃母粒及其制备方法和应用与流程

一种无载体耐候pp阻燃母粒及其制备方法和应用
技术领域
[0001]
本发明涉及阻燃母粒技术领域，尤其涉及一种无载体耐候pp阻燃母粒及其制备方法和应用。


背景技术：

[0002]
pp(聚丙烯)由于其良好的加工性、均衡的力学性能以及低廉的价格，在汽车、家电等领域具有广泛的用途，但pp易燃限制了其应用范围，加入阻燃母粒后即可拓宽其应用范围。pp阻燃母粒的特点包括易于添加、清洁卫生、阻燃效果好、添加量少、母粒白度高、不影响制品的颜色、热稳定性优且产品可反复加工，阻燃效果、强度、颜色没有明显改变，耐寒耐侯、抗紫外线能力强、不易析出、可提高制品成形流动性、无毒低烟、热裂解或燃烧不产生有毒的dbdo和dbdf以及对环境不造成影响。
[0003]
卤素阻燃母粒在受热时分解产生卤化氢hx，hx通过两种机理起阻燃作用，即自由基机理：消耗高分子降解产生的自由基
·
ho，使其浓度降低，从而延缓或中断燃烧的链反应；从而减慢燃烧速度甚至使火焰熄灭。卤素阻燃母粒的优点是用量少、阻燃效率高且适应性广，但其严重缺点是燃烧时生成大量的烟和有毒且具腐蚀性的气体，危害很大。一旦发生火灾，由于热分解和燃烧，会产生大量的烟雾和有毒的腐蚀性气体，特别是人们发现火灾中的死亡事故有80％以上是材料产生的浓烟和有毒气体造成的。
[0004]
中国专利cn107459707a公开了“pp高效浓缩阻燃母粒”，其将pp粒子20％～40％，偶联剂0.5％～1％，次磷酸盐15％～30％，溴盐10％～20％和超细滑石粉15％～25％进行挤出造粒，得到pp高效浓缩阻燃母粒，具有高效阻燃、环保、成本低等特点，且使用简单，加工稳定性好，便于二次回收利用，生产的产品着色力高，不析出且比重轻。然而，该专利的阻燃母粒纯度低(阻燃成分含量为39.3％，其中卤素溴盐含量为16％)，添加比例高且含有卤素。
[0005]
然而，目前市场上的大部分无卤阻燃母粒其纯度在20～50％之间，存在阻燃效果差、添加量高影响产品物性等缺点，而再提高阻燃母粒的纯度存在加工困难的情况。


技术实现要素：

[0006]
本发明的目的在于提供一种无载体耐候pp阻燃母粒及其制备方法和应用，所述无载体耐候pp阻燃母粒纯度高(含有的阻燃成分含量可达80％)，且阻燃性和耐候性优异。
[0007]
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
[0008]
本发明提供了一种无载体耐候pp阻燃母粒，包括以下质量份的制备原料：
[0009]
微胶囊复配阻燃剂60～80份，磷酸锆1～5份，耐候剂0.1～0.5份，相容剂1～5份，偶联剂1～3份，包覆剂10～30份；
[0010]
所述微胶囊复配阻燃剂的成分包括三聚磷酸铝、聚磷酸铵和氢氧化镁。
[0011]
优选的，所述微胶囊复配阻燃剂的磷含量≥70％，燃点>320℃，粒度为1500目，堆积密度为0.6～0.7g/cm2。
[0012]
优选的，所述耐候剂包括紫外线吸收剂uv531、紫外线吸收剂uv328、抗氧剂1010和抗氧剂168。
[0013]
优选的，所述相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，所述马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率为1～1.2％，熔融指数为100g/10min。
[0014]
优选的，所述偶联剂为kh550和kh570的混合物；所述kh550和kh570的质量比为2:1。
[0015]
优选的，所述包覆剂包括乙撑双聚乙烯蜡酰胺、eva蜡和聚乙烯蜡中的一种或几种。
[0016]
本发明提供了上述技术方案所述无载体耐候pp阻燃母粒的制备方法，包括以下步骤：
[0017]
将微胶囊复配阻燃剂、磷酸锆、耐候剂、相容剂、偶联剂和包覆剂混合，将所得混合料依次进行密炼和挤出造粒，得到无载体耐候pp阻燃母粒。
[0018]
优选的，所述密炼过程中，密炼室的温度为180～190℃，密炼的转速为180～220rpm。
[0019]
优选的，所述挤出造粒的喂料速度为13rpm，温度为170～185℃，主机转速为220rpm。
[0020]
本发明提供了上述技术方案所述无载体耐候pp阻燃母粒或上述技术方案所述制备方法制备得到的无载体耐候pp阻燃母粒在制备共聚pp料中的应用。
[0021]
本发明提供了一种无载体耐候pp阻燃母粒，包括以下质量份的制备原料：微胶囊复配阻燃剂60～80份，磷酸锆1～5份，耐候剂0.1～0.5份，相容剂1～5份，偶联剂1～3份，包覆剂10～30份；所述微胶囊复配阻燃剂的成分包括三聚磷酸铝、聚磷酸铵和氢氧化镁。
[0022]
本发明利用微胶囊复配阻燃剂作为阻燃剂，微胶囊复配阻燃剂中阻燃成分被包裹于微胶囊中，阻燃成分含量高，能够有效提高阻燃母粒的阻燃性能，同时本发明结合磷酸锆起到片层阻隔作用，使得pp大分子链在磷酸锆层间尽量伸展，可以充分与磷酸锆层间具有催化活性的lewis酸点和bronsted酸点接触，在燃烧过程中，能催化降解部分pp成炭，而且磷酸锆还可与微胶囊复配阻燃剂中的app(聚磷酸铵)反应，生成类陶瓷交联物质(生成磷酸盐交联网络结构)，从而使膨胀炭层更加稳定，这些磷酸盐交联网络结构和炭层的生成能够进一步阻碍传质传热，从而提高阻燃母粒的阻燃性能。
[0023]
本发明结合微胶囊复配阻燃剂和磷酸锆的协同阻燃作用，同时使用包覆剂将微胶囊复配阻燃剂、偶联剂、相容剂和耐候剂充分分散包覆，实现微胶囊复配阻燃剂(高浓度的阻燃剂)的均匀塑化，能够实现高浓度阻燃剂的挤出造粒，从而得到纯度达80％的无载体pp阻燃母粒。
[0024]
本发明所提供的无载体pp阻燃母粒中无需pp载体，所得pp阻燃母粒中阻燃成分的含量高且相容性好，使用该pp阻燃母粒时添加量少，对共聚pp料的物理性能影响小；而现有pp阻燃母粒均以pp载体做阻燃母粒，会造成阻燃母粒中阻燃成分含量低，添加量大，会影响共聚pp料的物理性能。
[0025]
本发明提供的无载体pp阻燃母粒添加了包覆剂，所述包覆剂与树脂和溶剂有良好的相容性，使得所述pp阻燃母粒与树脂相容性好，分散性能极佳，易混合不扬尘，高分子活化处理该pp阻燃母粒后能够使pp料基材的力学性能保持优异，本发明制备的阻燃母粒具有
符合rohs标准、添加量少、高耐候、分散性好等特点，通过调整添加量可以达到ul94-v0或ul94-v2级别，在汽车、家电等领域能够广泛的用途。
具体实施方式
[0026]
本发明提供了一种无载体耐候pp阻燃母粒，包括以下质量份的制备原料：
[0027]
微胶囊复配阻燃剂60～80份，磷酸锆1～5份，耐候剂0.1～0.5份，相容剂1～5份，偶联剂1～3份，包覆剂10～30份；
[0028]
所述微胶囊复配阻燃剂的成分包括三聚磷酸铝、聚磷酸铵和氢氧化镁。
[0029]
在本发明中，若无特殊说明，所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。
[0030]
以质量份计，本发明提供的无载体耐候pp阻燃母粒的制备原料包括微胶囊复配阻燃剂60～80份，优选为65～75份，更优选为68～72份，进一步优选为70份。在本发明中，所述微胶囊复配阻燃剂是指经过微胶囊化技术处理后，以磷、氮元素为主要阻燃元素的无卤膨胀阻燃剂，主要以成炭、膨胀阻燃机理起到阻燃作用。在本发明中，所述微胶囊复配阻燃剂的成分包括三聚磷酸铝、聚磷酸铵和氢氧化镁，所述三聚磷酸铝、聚磷酸铵和氢氧化镁的质量比优选为3:2:1；所述微胶囊复配阻燃剂的磷含量优选≥70％，燃点优选>320℃，粒度优选为1500目，堆积密度优选为0.6～0.7g/cm2。本发明对所述微胶囊复配阻燃剂的来源没有特殊的限定，本领域熟知的市售商品即可；在本发明的实施例中，所述微胶囊复配阻燃剂的型号具体为sd-y103。
[0031]
以所述微胶囊复配阻燃剂的质量份数为基准，本发明提供的无载体耐候pp阻燃母粒的制备原料包括磷酸锆1～5份，优选为2～4份，更优选为2.5～3.5份，进一步优选为3份。本发明利用磷酸锆与微胶囊复配阻燃剂共同作用，提高pp阻燃母粒的阻燃性能。
[0032]
以所述微胶囊复配阻燃剂的质量份数为基准，本发明提供的无载体耐候pp阻燃母粒的制备原料包括耐候剂0.1～0.5份，优选为0.2～0.4份，更优选为0.3份。在本发明中，所述耐候剂优选包括紫外线吸收剂uv531、紫外线吸收剂uv328、抗氧剂1010和抗氧剂168；所述紫外线吸收剂uv531、紫外线吸收剂uv328、抗氧剂1010和抗氧剂168的质量比优选为(1～3):(1～3)：(1～3):(1～3)，更优选为1:1:1:1。
[0033]
以所述微胶囊复配阻燃剂的质量份数为基准，本发明提供的无载体耐候pp阻燃母粒的制备原料包括相容剂1～5份，优选为2～4份，更优选为2.5～3.5份，进一步优选为3份。在本发明中，所述相容剂优选为马来酸酐接枝聚丙烯，所述马来酸酐接枝聚丙烯的接枝率优选为1～1.2％，熔融指数优选为100g/10min。本发明利用相容剂提高微胶囊复配阻燃剂与其他制备原料的界面结合能力。
[0034]
以所述微胶囊复配阻燃剂的质量份数为基准，本发明提供的无载体耐候pp阻燃母粒的制备原料包括偶联剂1～3份，优选为1.5～2.5份，更优选为2份。在本发明中，所述偶联剂优选为kh550和kh570的混合物；所述kh550和kh570的质量比优选为(1～3):1，更优选为2:1。
[0035]
以所述微胶囊复配阻燃剂的质量份数为基准，本发明提供的无载体耐候pp阻燃母粒的制备原料包括包覆剂10～30份，优选为15～25份，更优选为18～22份，进一步优选为20份。在本发明中，所述包覆剂优选包括乙撑双聚乙烯蜡酰胺、eva蜡和聚乙烯蜡中的一种或几种；当所述包覆剂优选为上述中的几种时，本发明对不同种类包覆剂的配比没有特殊的
限定，任意配比均可，在在本发明的实施例中，所用包覆剂为由乙撑双聚乙烯蜡酰胺和eva蜡按质量比3:1组成的混合物。本发明利用包覆剂对其他组分进行包覆，能够实现高纯度阻燃母粒的制备，此外，所述包覆剂能够提高阻燃母粒与树脂的相容剂和分散性。
[0036]
本发明提供了上述技术方案所述无载体耐候pp阻燃母粒的制备方法，包括以下步骤：
[0037]
将微胶囊复配阻燃剂、磷酸锆、耐候剂、相容剂、偶联剂和包覆剂混合，将所得混合料依次进行密炼和挤出造粒，得到无载体耐候pp阻燃母粒。
[0038]
在本发明中，所述微胶囊复配阻燃剂、磷酸锆、耐候剂、相容剂、偶联剂和包覆剂混合的过程优选为先进行低速混合，再进行高速混合；所述低速混合和高速混合均优选在混合设备中进行，本发明对所述混合设备没有特殊的限定，本领域熟知的混合设备即可。在本发明中，所述低速混合的转速优选为50r/min，时间优选为1min；所述高速混合的转速优选为100r/min，时间优选为7min。
[0039]
完成所述混合后，本发明将所得混合料依次进行密炼和挤出造粒。在本发明中，所述密炼优选在连续式密炼机中进行；本发明对所述连续式密炼机没有特殊的限定，本领域熟知的设备即可。
[0040]
在本发明中，所述密炼过程中，密炼室的温度优选为180～190℃(代表各区的温度范围)，在本发明的实施例中，密炼室各区的温度具体为一区180℃、二区185℃，三区190℃；密炼的转速优选为180～220rpm，更优选为200rpm。本发明通过密炼将原材料充分混合塑化，而且在密炼过程中，包覆剂能够将微胶囊复配阻燃剂、偶联剂、马来酸酐接枝聚丙烯和耐候剂充分分散包覆，实现微胶囊复配阻燃剂(高浓度的阻燃剂)的均匀塑化，为挤出造粒打下基础，从而得到纯度达80％的无载体pp阻燃母粒，克服了现有阻燃母粒的纯度超过50％挤出机无法生产的弊端。
[0041]
在本发明中，所述挤出造粒优选在单螺杆挤出机中进行，所述挤出造粒的喂料速度优选为13rpm，温度优选为170～185℃(代表各区的温度范围)；在本发明的实施例中，所述挤出造粒的各区温度具体为一区170℃、二区175℃、三区180℃和四区185℃；主机转速优选为220rpm。本发明对所述单螺杆挤出机没有特殊的限定，本领域熟知的设备即可。
[0042]
完成所述挤出造粒后，本发明将所得物料进行风冷，得到无载体耐候pp阻燃母粒。
[0043]
在本发明中，所述无载体耐候pp阻燃母粒的直径优选为2.5
±
0.5mm。
[0044]
本发明提供了上述技术方案所述无载体耐候pp阻燃母粒或上述技术方案所述制备方法制备得到的无载体耐候pp阻燃母粒在制备共聚pp料中的应用。本发明对所述应用的方法没有特殊的限定，按照本领域熟知的方法将所述无载体耐候pp阻燃母粒用于共聚pp料即可。在本发明中，所述无载体耐候pp阻燃母粒在共聚pp料中的添加量(质量百分含量)优选为4～10％，更优选为6～8％。
[0045]
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0046]
以下实施例中，以质量份代表每种原料的添加量，即不对原料的具体量级进行具体限定，原料的具体量级可为“g”或“kg”。
[0047]
实施例1
[0048]
实施例1～2和对比例1～2的原料配比情况如表1所示：
[0049]
表1实施例1～2和对比例1～2的配料表(份数)
[0050]
材料名称实施例1实施例2对比例1对比例2微胶囊复配阻燃剂sd-y1038080-80普通阻燃剂sda2016e
--
80-包覆剂15.5141717磷酸锆1.53
--
相容剂2222偶联剂1111耐候剂0.30.30.30.3
[0051]
表1中，微胶囊复配阻燃剂与普通阻燃剂为同一厂家生产，其主要成分基本一致；微胶囊复配阻燃剂的成分为三聚磷酸铝、聚磷酸铵和氢氧化镁，所述三聚磷酸铝、聚磷酸铵和氢氧化镁的质量比为3:2:1；磷含量70～75％，燃点>320℃，粒度为1500目，堆积密度为0.6～0.7g/cm2；包覆剂为由乙撑双聚乙烯蜡酰胺和eva蜡按质量比3:1组成的混合物；相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，接枝率为1.2％，熔融指为100g/10min；偶联剂为kh550和kh570按质量比2:1组成的混合物；耐候剂为紫外线吸收剂uv531、紫外线吸收剂uv328、抗氧剂1010、抗氧剂168按照质量比1:1:1:1组成的混合物。
[0052]
按照表1的配料，分别制备实施例1～2和对比例1～2的产品，制备方法为：
[0053]
按照表1的配方要求进行原料称量，然后将各个原料在混合设备进行低速混合(50r/min)1分钟后，再转高速(100r/min)混合7分钟，将所得混合料在连续性密炼机中进行充分密炼(密炼室的温度为180～190℃(一区180℃、二区185℃，三区190℃，密炼转速为200rpm)，密炼完毕后，将所得物料直接进入单螺杆挤出机进行挤出造粒(挤出机喂料速度为13rpm，单螺杆挤出机的温度为170～185℃(一区170℃、二区175℃、三区180℃和四区185℃)，主机转速为220rpm)，将所得物料经过风冷后，得到pp阻燃母粒(直径为2.5
±
0.5mm)。
[0054]
应用例
[0055]
将实施例1～2和对比例1～2制备的pp阻燃母粒用于共聚pp料中，阻燃母粒的添加质量百分比为4～10％(具体添加比例见表2)，使共聚pp料的阻燃性能达到v2后测试其物性指标，结果见表2。
[0056]
表2中，方案a/b分别表示市售a(型号808m-2)阻燃母粒和b(型号fr100-b)阻燃母粒添加至共聚pp料中，方案c、d、e和f分别表示对比例1、对比例2、实施例1和实施例2制备的pp阻燃母粒添加至共聚pp料。
[0057][0058]
备注：加速老化的测试条件为uvb-340灯管，辐照8h(黑板温度60℃)，辐照度0.76w/m2，喷淋15min，凝露3.75h(黑板温度50℃)，累计时间达到1000小时候的测试数据。
[0059]
由表2分析可知，市售阻燃母粒a和b需要分别加入10％和9％才能达到阻燃性能v2水平，对比例1和对比例2需要分别加入8％和6％才能达到阻燃性能v2水平，而实施例1和实施例2的方案e和f中无载体pp阻燃母粒的添加比例相对较少(5％和4％)，即可达到v2水平；因此，本发明使用微胶囊复配阻燃剂制备的pp阻燃母粒(方案e和方案f)，其阻燃效果优于普通的(对比例1和对比例2)阻燃剂制备的pp阻燃母粒；由方案d与方案f分析得出，本发明中磷酸锆的加入能够有效提高pp阻燃母粒的阻燃性能；由表2分析得出，使用微胶囊复配阻燃剂搭配磷酸锆制得的pp阻燃母粒，其阻燃效果远大于普通的阻燃母粒，添加量大幅度减少，且能使共聚pp产品保持其物理性能。
[0060]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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