[发明专利]一种膨胀型阻燃耐水聚丙烯复合材料

说明书

技术领域

本发明属于阻燃复合材料技术领域，具体涉及一种膨胀型阻燃耐水聚丙烯复合材料，其具有优异的阻燃性、热稳定性和耐水性。

背景技术

聚丙烯（PP）作为五大通用塑料之一，具有良好的力学性能、加工性能、电绝缘性、耐低温性、化学稳定性、易加工成型等性能，且价格低廉，广泛的应用于工业、农业、家用电器、纺织业、交通运输等各个领域，成为人们日常生活中不可或缺的材料之一。然而，由于聚丙烯的极限氧指数很低，只有18，属于易燃材料，燃烧时产生大量的熔滴，使火焰蔓延，火灾危险性较大，无法满足特定材料在防火领域的使用要求，使其应用受到一定程度的限制。因此，有必要对聚丙烯进行阻燃改性。一般往其中添加阻燃剂，常用于聚丙烯的阻燃剂有三大类：金属氢氧化物、含卤阻燃剂和膨胀型阻燃剂（IFR）。IFR是近几年来广泛应用的绿色环保阻燃剂类型之一，其不仅克服了卤系阻燃剂在燃烧时易放出刺激性和腐蚀性的气体及烟雾、多熔滴、容易造成人员窒息的缺点，而且也克服了无机阻燃剂由于添加量大对材料力学、加工性能所带来的不良影响。膨胀型阻燃剂因其独特的阻燃机理和无卤、低烟、低毒、生成的炭层能有效地防止聚合物熔滴等特性，符合当今保护生态环境的要求。       

 一般而言，IFR包括3部分，即碳源(常为多羟基化合物，如季戊四醇) 、酸源(如聚磷酸铵)和气源(如三聚氰胺)。在传统的膨胀阻燃聚丙烯复合材料中，膨胀阻燃体系一般选用聚磷酸胺-季戊四醇-三聚氰胺体系，季戊四醇(PER)是一种强极性的化合物，在使用过程中存在很多缺点，如与聚丙烯基体相容性不好、容易团聚，导致材料耐水耐久性差等。因此，开发耐水耐久性好的阻燃聚丙烯材料是高分子改性材料领域的工程技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明旨在克服现有技术中的不足，提供一种阻燃性能好、热稳定性高且耐水性好的膨胀型阻燃耐水聚丙烯复合材料。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种膨胀型阻燃耐水聚丙烯复合材料，按质量百分比计，所述膨胀型阻燃耐水聚丙烯复合材料由以下成分组成：70-90%聚丙烯树脂、8-25%膨胀型阻燃剂和0-5%阻燃协效剂；所述膨胀型阻燃剂由聚磷酸铵与三嗪类超支化成炭剂按质量比3:1~1:3组成，其中所述聚磷酸铵为聚合度≥1000的Ⅱ型聚磷酸铵，所述三嗪类超支化成炭剂的结构式如下：

其中，Z为NH或N，R为哌嗪环、直链烷基、芳基或者多个苯环间带有烷基的芳基。

在阻燃剂领域，聚磷酸铵分为Ⅰ型聚磷酸铵和Ⅱ型聚磷酸铵，Ⅰ型聚磷酸铵具有不同长度的线形链，分解温度较低，水溶性较高，通常聚合度小于100，而Ⅱ型聚磷酸铵是一种水难溶性物质，聚合度可以达到1000，甚至更大，热稳定性好，一般分解温度在300℃或以上。本发明选择Ⅱ型聚磷酸铵与三嗪类超支化成炭剂组成复合阻燃体系，使两者在分解温度、分子结构上达到良好的匹配度，体系在燃烧过程中可形成致密的膨胀炭层，在燃烧过程中能有效的隔绝氧气和热量，阻碍内部基体进一步燃烧。

优选地，所述阻燃协效剂为蒙脱土、硅藻土、金属氢氧化物、4A分子筛、硼酸锌和纳米二氧化硅中的一种或多种的混合。

优选地，所述聚丙烯为均聚聚丙烯或者共聚改性聚丙烯，即在聚丙烯分子链中有少量乙烯链段对聚丙烯进行改性。

由于以上技术方案的实施，本发明与现有技术相比具有如下优点：

本发明膨胀型阻燃耐水聚丙烯复合材料热稳定性更高，约320℃时才开始缓慢分解，同时使用较低含量的阻燃剂，就能达到优异的阻燃效果，阻燃效率更高，降低了复合材料的生产成本；与现有技术相比，本发明材料还具有更好的耐水性，材料在70℃水浴浸泡168小时后，UL-94测试仍能达到V-0级别。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步详细的说明，但不限于这些实施例。

本发明实施例中所用到的三嗪类超支化成炭剂的结构式分别如下：

式Ⅰ；

式Ⅱ；

式Ⅲ；

本发明中测试所依据的各种测试标准如下：