[发明专利]一种纳米改性环保无卤阻燃聚丙烯及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及聚丙烯领域，具体的说是一种纳米改性环保无卤阻燃聚丙烯及其制备方法。 

背景技术

据《聚合物燃烧与阻燃技术》（张军，纪奎江，夏延致等编著，化学出版社，2005年4月）介绍，聚丙烯本身属于易燃材料，其氧指数仅为17.0~18.0%，并且成炭率低，燃烧时易产生熔滴，所以在很多应用场合都要求对其进行阻燃改性。目前国内外对聚丙烯阻燃主要采用添加阻燃剂。含卤阻燃剂由于发烟量大，释放出的卤化氢气体具有腐蚀性，很多国家已经禁止使用。 

据《先进聚合物加工技术》（Polymers for Advanced Technologies21:1-26，2009）介绍，已用和可用于阻燃聚丙烯的无卤添加型阻燃剂中，最具有工程应用前景的是膨胀型阻燃剂。膨胀型阻燃剂大多是含磷氮化合物，主要是通过形成多孔泡沫炭层而在凝聚相起阻燃作用。目前，通常采用一种协效剂与膨胀型阻燃剂复配阻燃聚丙烯，进一步提高膨胀型阻燃剂的阻燃效率。但阻燃剂加入后，常常使得复合体系的力学性能有所下降，难以满足一些在阻燃领域对力学有需求的场合。同时，常规的无卤阻燃剂价格较高，导致聚丙烯成品的价格随之升高，如何在降低成本、阻燃满足的情况下，提升其力学性能是聚丙烯领域需要解决的问题。 

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中阻燃聚丙烯力学性能低的问题，提供一种纳米改性环保无卤阻燃聚丙烯及其制备方法，通过添加纳米改性粒子和添加剂，提高聚丙烯的耐冲击和弯曲强度，改善其力学性能。 

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：一种纳米改性环保无卤阻燃聚丙烯，由聚丙烯基体、无卤膨胀阻燃剂、导电填料、添加剂、纳米改性粒子、相容剂、抗氧化剂和润滑剂组成，各组分的重量份数依次为：聚丙烯基体66份、无卤膨胀阻燃剂20份、导电填料2份、纳米改性粒子1~3份、添加剂1~3份、相容剂5份、抗氧化剂1份和润滑剂2份，所述的导电填料为炭黑，所述的添加剂为空心玻璃微珠，所述的纳米改性粒子由重量比为1:100的硅烷偶联剂和纳米SiO₂混合而成。 

本发明中，聚丙烯基体为高抗冲型聚丙烯；无卤膨胀阻燃剂为磷氮系列阻燃剂，其磷含量为0~24%，氮含量为0~22%，粒径为2~10um。 

本发明中，炭黑的粒径为15nm，纳米改性粒子的粒径为10~40nm。 

本发明所采用的相容剂、抗氧化剂和润滑剂均为市售的公知物质，本发明采用的相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧剂，润滑剂为二甲基硅油。 

一种纳米改性环保无卤阻燃聚丙烯的制备方法，采用高速混合机将聚丙烯基体、相容剂、抗氧化剂和润滑剂混合均匀后，将混合料放入精密开炼机，待混合物料熔融后添加无卤膨胀阻燃剂，熔融均匀后再添加协同阻燃导电填料熔融混合；然后再添加纳米改性粒子混合；然后将空心玻璃微珠加入，在精密开炼机中混合，得到纳米改性环保无卤阻燃抗静电聚丙烯。具体的制备步骤为：步骤一、将硅烷偶联剂和纳米SiO₂按1:100的重量比进行混合，制得纳米改性粒子A，备用； 

步骤二、按重量份数，分别取66份聚丙烯基体、5份相容剂、1份抗氧化剂和2份润滑剂在高速混合机中混合均匀，得制得混合物B，备用；

步骤三、将步骤二制得的混合物B放入内部温度为160~170℃的开炼机中进行熔融共混，控制开炼机的转速为20~40r/min，熔融共混1~3min后，在保持开炼机内部温度和转速的基础上添加20份无卤膨胀阻燃剂，熔融共混2~7min，制得混合物C；

步骤四、向开炼机中的混合物C中添加2份炭黑，在保持开炼机内部温度的基础上，改变其转速为15~35r/min，熔融共混3~6min，制得混合物D；

步骤五、向开炼机中的混合物D中添加1~3份步骤一制得的纳米改性粒子A，按照步骤三开炼机设定的温度和转速，熔融共混3~6min，制得混合物E；

步骤六、向开炼机中的混合物E中添加1~3份空心玻璃微珠按照步骤三开炼机设定的温度和转速，熔融共混2~8min，制得无卤阻燃聚丙烯。

纳米改性粒子和空心玻璃微珠的引入，能够隔绝聚丙烯中物质间的传递，阻燃协同性能良好。其中，纳米改性粒子能够填充玻璃空心微珠之间的空隙，增强了组合物的致密性，使得气体不能自由进出，热量无法自由交换，提高了制得的聚丙烯的阻燃性能。