[0042] 实施例1
[0043] 一种改性聚丙烯阻燃剂由23.5kg可溶性淀粉、1.5kg改性金属氧化物粉末混合而成。
[0044] 所述的改性金属氧化物粉末的制备方法为:
[0045] S1在25℃下,将3kg六水合硝酸钴、50kg水混合,以400r/min转速搅拌30min,加入5kg尿素,继续搅拌15min得到溶液;将溶液转移至反应釜,在180℃水热反应8h,自然冷却至
25℃,过滤收集不溶物,用无水乙醇和水各洗涤三次,在80℃干燥8h得到粉末;将粉末置于
550℃煅烧2h,自然冷却至25℃,将粉末粉碎后过筛,得到325目金属氧化物粉末;
[0046] S2在25℃下,将5kg步骤S1的金属氧化物粉末,在超声功率80W、频率50kHz下,在100kg二甲苯中分散30min,加入10kg 3‑氨丙基三乙氧基硅烷,升温至80℃,以350r/min转速搅拌回流反应2h,过滤收集不溶物,用丙酮洗涤三次,在80℃干燥8h得到粉末,将粉末粉碎过筛,得到325目改性金属氧化物粉末。
[0047] 实施例2
[0048] 一种改性聚丙烯阻燃剂由23.5kg可溶性淀粉、1.5kg改性金属氧化物粉末混合而成。
[0049] 所述的改性金属氧化物粉末的制备方法为:
[0050] S1在80℃下,将3kg六水合硝酸钴、50kg水混合,以400r/min转速搅拌30min,加入1kg苯甲酸、0.5kg果糖,继续搅拌15min得到溶液;将溶液转移至反应釜,在180℃水热反应
8h,自然冷却至25℃,过滤收集不溶物,用无水乙醇和水各洗涤三次,在80℃干燥8h得到粉末;将粉末置于550℃煅烧2h,自然冷却至25℃,将粉末粉碎后过筛,得到325目金属氧化物粉末;
[0051] S2在25℃下,将5kg步骤S1的金属氧化物粉末,在超声功率80W、频率50kHz下,在100kg二甲苯中分散30min,加入10kg 3‑氨丙基三乙氧基硅烷,升温至80℃,以350r/min转速搅拌回流反应2h,过滤收集不溶物,用丙酮洗涤三次,在80℃干燥8h得到粉末,将粉末粉碎过筛,得到325目改性金属氧化物粉末。
[0052] 实施例3
[0053] 一种改性聚丙烯阻燃剂由23.5kg可溶性淀粉、1.5kg改性金属氧化物粉末混合而成。
[0054] 所述的改性金属氧化物粉末的制备方法为:
[0055] S1在80℃下,将2kg六水合硝酸钴、1kg四水合醋酸镍、50kg水混合,以400r/min转速搅拌30min,加入1kg苯甲酸、0.5kg果糖,继续搅拌15min得到溶液;将溶液转移至反应釜,在180℃水热反应8h,自然冷却至25℃,过滤收集不溶物,用无水乙醇和水各洗涤三次,在80℃干燥8h得到粉末;将粉末置于550℃煅烧2h,自然冷却至25℃,将粉末粉碎后过筛,得到325目金属氧化物粉末;
[0056] S2在25℃下,将5kg步骤S1的金属氧化物粉末,在超声功率80W、频率50kHz下,在100kg二甲苯中分散30min,加入10kg 3‑氨丙基三乙氧基硅烷,升温至80℃,以350r/min转速搅拌回流反应2h,过滤收集不溶物,用丙酮洗涤三次,在80℃干燥8h得到粉末,将粉末粉碎过筛,得到325目改性金属氧化物粉末。
[0057] 实施例4
[0058] 一种改性聚丙烯阻燃剂由23.5kg改性淀粉、1.5kg改性金属氧化物粉末混合而成。
[0059] 所述的改性淀粉的制备方法为:
[0060] (1)在25℃下,将25kg可溶性淀粉、75kg植酸在搅拌下混合形成溶液Ⅰ;将溶液Ⅰ转移反应釜,在120℃溶剂热反应2h,自然冷却至25℃,得到溶液Ⅱ;
[0061] (2)在25℃下,将15kg三聚氰胺、60kg甘油、30kg步骤(1)中所得溶液Ⅱ在搅拌下混合形成溶液Ⅲ;将溶液Ⅲ升温至90℃,以350r/min转速搅拌回流反应2h,自然冷却至25℃,过滤收集不溶物,用90℃水洗涤三次,在80℃干燥8h得到粉末,将粉末粉碎过筛,得到325目改性淀粉。
[0062] 所述的改性金属氧化物粉末的制备方法为:
[0063] S1在25℃下,将3kg六水合硝酸钴、50kg水混合,以400r/min转速搅拌30min,加入5kg尿素,继续搅拌15min得到溶液;将溶液转移至反应釜,在180℃水热反应8h,自然冷却至
25℃,过滤收集不溶物,用无水乙醇和水各洗涤三次,在80℃干燥8h得到粉末;将粉末置于
550℃煅烧2h,自然冷却至25℃,将粉末粉碎后过筛,得到325目金属氧化物粉末;
[0064] S2在25℃下,将5kg步骤S1的金属氧化物粉末,在超声功率80W、频率50kHz下,在100kg二甲苯中分散30min,加入10kg 3‑氨丙基三乙氧基硅烷,升温至80℃,以350r/min转速搅拌回流反应2h,过滤收集不溶物,用丙酮洗涤三次,在80℃干燥8h得到粉末,将粉末粉碎过筛,得到325目改性金属氧化物粉末。
[0065] 实施例5
[0066] 一种改性聚丙烯阻燃剂由23.5kg改性淀粉、1.5kg改性金属氧化物粉末混合而成。
[0067] 所述的改性淀粉制备方法同实施例4;所述的改性金属氧化物粉末的制备方法同实施例2。
[0068] 实施例6
[0069] 一种改性聚丙烯阻燃剂由23.5kg改性淀粉、1.5kg改性金属氧化物粉末混合而成。
[0070] 所述的改性淀粉制备方法同实施例4;所述的改性金属氧化物粉末的制备方法同实施例3。
[0071] 对比例1
[0072] 一种改性聚丙烯阻燃剂,为25kg改性淀粉。
[0073] 所述的改性淀粉制备方法同实施例4。
[0074] 对比例2
[0075] 一种改性聚丙烯阻燃剂,为25kg可溶性淀粉。
[0076] 测试例1
[0077] 用扫描电镜对本发明实施例1~3制备的改性金属氧化物粉末进行表征,结果如图1A~C所示。从图1A可以看出,实施例1制备的改性金属氧化物是球状大量团聚的结构;加入苯甲酸和果糖后金属氧化物从球状大量团聚的结构变成了多孔纳米片(实施例2,图1B);引入了镍元素后,改性金属氧化物的结构没有明显变化(实施例3,图1C)。实施例2和实施例3制备的改性金属氧化物多孔片状的结构可能更有利于其在聚丙烯中的分散,提高燃烧形成炭层的稳定性。
[0078] 测试了本发明1~3制备的改性金属氧化物的比表面积,结果如表1所示。
[0079] 2 BET比表面积(m/g)
实施例1 38.7
实施例2 123.6
实施例3 128.3
[0080] 大的比表面积有利于提供与阻燃剂其他组分的结合与聚丙烯基体的相容性。
[0081] 测试例2
[0082] 阻燃剂添加到聚丙烯制备成阻燃聚丙烯后,对聚丙烯阻燃性能的提升和对聚丙烯材料力学性能的影响的评价是尤为重要的。
[0083] 阻燃聚丙烯的阻燃性能测试的试样制备过程如下:
[0084] (1)将阻燃剂、聚丙烯置于80℃真空烘箱中干燥12h备用;
[0085] (2)将75kg聚丙烯、25kg阻燃剂投入密炼机,在190℃、转速60r/min,熔融共混5min;
[0086] (3)将步骤(2)的熔融共混物置于平板硫化机上热压以10MPa压力热压2min,排气10次,冷压2min,制成板材试样。
[0087] 阻燃聚丙烯的极限氧指数依据GB/T 2406.2‑2009用氧指数法测定燃烧行为标准,3
由极限氧指数测定仪测量;样品的尺寸为120×7×4mm ,每组样品平行测试五次,取其平均值;一般来说,材料的极限氧指数低于22%属于易燃;在22%~27%属于可燃;27%~34%属于难以燃烧;在34%以上属于不燃。
[0088] 阻燃聚丙烯的UL‑94垂直燃烧试验根据GB/T 2408‑2008塑料燃烧性能的测定水平3
法和垂直法标准,由垂直燃烧仪测定,样品的尺寸为125×13×3mm ,每组样品平行测试五次,取其平均值;一般来说,材料UL‑94垂直燃烧测试结果,由燃烧等级V‑0~V‑2和NR评价,NR阻燃效果最差,V‑0级别效果最好。
[0089] 阻燃聚丙烯的阻燃性能测试结果如表2所示。
[0090] 表2阻燃性能测试结果
[0091]
[0092] 由表2测试结果可以看出,纯聚丙烯是易燃的,对比例2加入了可溶性淀粉后阻燃性能有所提升,是因为可溶性淀粉具有大量的羟基,在燃烧过程中可行使为炭源,有一定的阻燃性能。从实施例1~3的结果可以看出,将添加改性金属氧化物能提升阻燃性能,这可能是因为金属氧化物能促进炭层的形成,提高炭层的强度,金属氧化物也有一定的自由基捕获能力。对比例1添加改性淀粉,阻燃效果显著提升,这是因为改性淀粉自身可作为膨胀型阻燃剂。实施例4添加改性淀粉和改性金属氧化物,阻燃性能进一步提升,改性金属氧化物的添加促进了炭层的生成、增强了炭层的致密性。
[0093] 实施例5的阻燃性能再一步提升,UL‑94垂直燃烧等级达到了V‑0级别。这可能是因为加入苯甲酸、果糖成功的调整了金属氧化物的结构,比表面积更大、结构立体的金属氧化物可以作为碳生长的模板,在高温下一部分钴氧化物更容易被还原能形成低价的钴物种,增强炭层的形成。实施例6的阻燃效果最好,这可能是引入镍元素形成的复合金属氧化物,具有较大比表面积的同时,催化炭层形成的作用更好、提升了炭层的结晶度,使得炭层更为致密。
[0094] 用锥形燃烧热测试仪将100×100×3mm3阻燃聚丙烯试样以1℃/min加热速率,从30℃加热到600℃,记录了阻燃聚丙烯的燃烧行为。结果如表3所示。
[0095] 表3阻燃聚丙烯的燃烧行为
[0096]
[0097] 从表3的结果可以看出,加入改性金属氧化物之后,阻燃聚丙烯的总热量释放有所下降。这可能是因为改性金属氧化物能促进聚丙烯分解产物形成碳质保护层,防止聚丙烯进一步燃烧;镍的引入促进炭层更紧密,进一步抑制了聚丙烯的燃烧。
[0098] 一氧化碳会使人窒息,聚丙烯材料在燃烧时一氧化碳的释放评价也是很重要的。表3中一氧化碳释放速率峰值结果表明,实施例6阻燃剂制备的阻燃聚丙烯具有最低的一氧化碳释放峰值速率。这可能是因为炭层抑制了一氧化碳的释放。
[0099] 残炭率表明加入改性金属氧化物后,炭层不易分解,稳定炭层的存在提高了阻燃聚丙烯的燃烧性能。将本发明实施例5、实施例6的阻燃剂制备的阻燃聚丙烯燃烧后的炭层,分别经过2mol/L的硝酸水溶液、10wt.%氢氟酸水溶液浸泡24h,洗去无机物质,再用水洗三次,再80℃烘箱干燥12h,用扫描电镜表征形貌结果如图2所示。图2A~B中的球状物质为炭。这表明改性金属氧化物能促进聚丙烯分解产物形成炭球填充在形成的炭层表面,抑制聚丙烯的燃烧、减少一氧化碳的释放。图2B的炭球更细小均一,这表明镍的引入促进了炭球的生成,进一步稳定了炭层结构。
[0100] 阻燃聚丙烯的力学强度测试的试样制备过程如下:
[0101] (1)将阻燃剂、聚丙烯置于80℃真空烘箱中干燥12h备用;
[0102] (2)将75kg聚丙烯、25kg阻燃剂投入密炼机,在200℃、转速60r/min,熔融共混5min,挤出至40℃模具,在压力0.6MPa下保持10s,得到试样。
[0103] 拉伸强度根据GB/T 1040.1‑2018塑料拉伸性能的测定标准,在万能试验机上进3
行,样品为62.5×3.25×0.7mm哑铃状,每组样品测试五次,取平均值;
[0104] 抗冲击强度根据GB/T1843‑2008塑料悬臂梁冲击强度的测定标准,由悬臂梁冲击3
试验机测定,样品尺寸为10×10×1.5mm,每组样品测试五次,取平均值。
[0105] 阻燃聚丙烯的力学强度结果如表4所示。
[0106] 表4力学性能测试结果
[0107] 拉伸强度(MPa) 抗冲击强度(kJ/m2)聚丙烯 36.3 5.2
实施例5 32.8 4.6
实施例6 33.4 4.8
对比例1 34.2 4.8
[0108] 由表4的测试结果可以看出本发明阻燃剂与聚丙烯的相容性很好,对聚丙烯材料的力学性能影响很小。