一种低卤阻燃聚丙烯组合物及其制备方法
阅读说明：本技术 一种低卤阻燃聚丙烯组合物及其制备方法 (Low-halogen flame-retardant polypropylene composition and preparation method thereof ) 是由 介国青 于 2020-04-01 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种低卤阻燃聚丙烯组合物及其制备方法,包括以下步骤：取十八水硫酸铝、尿素、山梨醇和水等反应得纳米铝晶须；在氯化镁溶液中加入PEG,混合均匀；用氨水-氯化铵缓冲液调节溶液初始pH值,水浴恒温,向氯化镁溶液中缓慢滴加沉淀剂搅拌；反应结束后将悬浮液陈化,过滤；洗涤滤饼,烘干得纳米氢氧化镁晶须；将聚丙烯粒料干燥；将聚丙烯粒料进行热炼,添加偶联剂、纳米铝晶须、纳米氢氧化镁晶须和氢氧化镁,继续热炼至混合均匀；待混合完成后,放置于模具中,于平板硫化机中热压后再冷压成型；干燥即得。本发明的低卤阻燃聚丙烯组合物卤素阻燃剂含量低,属于低卤阻燃聚丙烯材料,环保性好,同时具有卓越的阻燃性能。(The invention provides a low-halogen flame-retardant polypropylene composition and a preparation method thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: reacting aluminum sulfate octadecahydrate, urea, sorbitol and water to obtain nano aluminum whiskers; adding PEG into the magnesium chloride solution, and uniformly mixing; adjusting the initial pH value of the solution by using an ammonia water-ammonium chloride buffer solution, keeping the temperature of the water bath constant, slowly dropwise adding a precipitator into the magnesium chloride solution, and stirring; after the reaction is finished, the suspension is aged and filtered; washing the filter cake, and drying to obtain nano magnesium hydroxide whisker; drying the polypropylene granules; carrying out cooking on the polypropylene granules, adding a coupling agent, nano aluminum whiskers, nano magnesium hydroxide whiskers and magnesium hydroxide, and continuing to carry out cooking until the materials are uniformly mixed; after mixing, placing the mixture into a mold, carrying out hot pressing in a flat vulcanizing machine, and then carrying out cold press molding; drying to obtain the product. The low-halogen flame-retardant polypropylene composition disclosed by the invention is low in halogen flame retardant content, belongs to a low-halogen flame-retardant polypropylene material, is good in environmental friendliness and has excellent flame retardant property.)
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种低卤阻燃聚丙烯组合物及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是一种应用广泛的热塑性塑料，具有结晶度高、结构规整、耐热性良好等优点，被广泛运用于日常生活中的各个领域。但纯聚丙烯树脂的极限氧指数（LOI）极低，仅为18%，且燃烧过程中会有大量熔滴产生，从而造成火势不断扩大，导致严重火灾事故的发生。针对聚丙烯材料易燃的问题，需要对聚丙烯进行阻燃改性。目前，聚丙烯阻燃剂种类较多，主要分为卤素阻燃剂和无卤阻燃剂，其中卤素阻燃剂在对聚合物阻燃的同时，放出有毒的烟、气体。因此危害环境和人类的健康，因此，生产低卤阻燃聚丙烯组合物和无卤阻燃聚丙烯组合物对于保护环境和人体健康具有重要的意义。
发明内容
要解决的技术问题：本发明的目的是提供一种低卤阻燃聚丙烯组合物及其制备方法，所制备的低卤阻燃聚丙烯组合物卤素阻燃剂含量低，属于低卤阻燃聚丙烯材料，环保性好，同时具有卓越的阻燃性能。
技术方案：一种低卤阻燃聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）取十八水硫酸铝、尿素、山梨醇和水混合均匀；
（2）用硝酸调pH值到3-5；
（3）放入高压釜中，升温至100-110℃内，反应6-8 h；
（4）将反应后的溶液过滤，滤渣烘干，得纳米铝晶须；
（5）在1.5 mol/L氯化镁溶液中加入PEG12000，超声震荡使混合均匀；
（6）用氨水-氯化铵缓冲液调节溶液初始pH值为8.5，40℃下水浴恒温，向氯化镁溶液中缓慢滴加沉淀剂，缓慢搅拌1-2 h；
（7）反应结束后将悬浮液在40-60℃下陈化24 h，过滤；
（8）用去离子水和无水乙醇洗涤滤饼，烘干得纳米氢氧化镁晶须；
（9）将聚丙烯粒料放入烘箱中在80℃下干燥2-3h；
（10）将聚丙烯粒料在开炼机辊轴上进行热炼，依次添加偶联剂、纳米铝晶须、纳米氢氧化镁晶须和氢氧化镁，继续热炼直至混合均匀；
（11）待混合完成后，取出的熔体放置于模具中，将模具置于平板硫化机中，在 10MPa压力下，热压 8min后再冷压 5min成型；
（12）室温干燥放置24h后得低卤阻燃聚丙烯组合物。
进一步的，所述步骤（1）中十八水硫酸铝：尿素：山梨醇：水的质量比为1:2-3：0.1-0.2:8-15。
进一步的，所述步骤（6）中沉淀剂为3 mol/L的氨水或3 mol/L的NaOH 溶液。
进一步的，所述步骤（10）中聚丙烯粒料：偶联剂：纳米铝晶须：纳米氢氧化镁晶须：氢氧化镁的质量比为70:5:10-20:10-20:2-5。
进一步的，所述步骤（10）中所述偶联剂为KH550，KH560，KH570。
进一步的，所述步骤（10）中开炼机前辊温度设置为190℃，后辊温度设置为180℃。
进一步的，所述步骤（11）中平板硫化机上下层温度设置为190℃。
上述的低卤阻燃聚丙烯组合物的制备方法所制备的低卤阻燃聚丙烯组合物。
有益效果：本发明的低卤阻燃聚丙烯组合物卤素阻燃剂含量低，属于低卤阻燃聚丙烯材料，环保性好，同时具有卓越的阻燃性能，阻燃等级达到了V-0级，其氧指数LOI高达37.8%，一般来讲，当LOI达到 30%以上时，就属难燃聚合物。
具体实施方式
实施例1
一种低卤阻燃聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）取十八水硫酸铝、尿素、山梨醇和水混合均匀，其中，十八水硫酸铝：尿素：山梨醇：水的质量比为1:2:0.1:8；
（2）用硝酸调pH值到3；
（3）放入高压釜中，升温至100℃内，反应6 h；
（4）将反应后的溶液过滤，滤渣烘干，得纳米铝晶须；
（5）在1.5 mol/L氯化镁溶液中加入PEG12000，超声震荡使混合均匀；
（6）用氨水-氯化铵缓冲液调节溶液初始pH值为8.5，40℃下水浴恒温，向氯化镁溶液中缓慢滴加3 mol/L的氨水，缓慢搅拌1 h；
（7）反应结束后将悬浮液在40℃下陈化24 h，过滤；
（8）用去离子水和无水乙醇洗涤滤饼，烘干得纳米氢氧化镁晶须；
（9）将聚丙烯粒料放入烘箱中在80℃下干燥2h；
（10）将聚丙烯粒料在开炼机辊轴上进行热炼，开炼机前辊温度设置为190℃，后辊温度设置为180℃，依次添加KH550，纳米铝晶须、纳米氢氧化镁晶须和氢氧化镁，继续热炼直至混合均匀，其中，聚丙烯粒料：偶联剂：纳米铝晶须：纳米氢氧化镁晶须：氢氧化镁的质量比为70:5:10:10:2；
（11）待混合完成后，取出的熔体放置于模具中，将模具置于平板硫化机中，平板硫化机上下层温度设置为190℃，在10MPa压力下，热压 8min后再冷压 5min成型；
（12）室温干燥放置24h后得低卤阻燃聚丙烯组合物。
实施例2
一种低卤阻燃聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）取十八水硫酸铝、尿素、山梨醇和水混合均匀，其中，十八水硫酸铝：尿素：山梨醇：水的质量比为1:2.5:0.1:10；
（2）用硝酸调pH值到3.5；
（3）放入高压釜中，升温至105℃内，反应7 h；
（4）将反应后的溶液过滤，滤渣烘干，得纳米铝晶须；
（5）在1.5 mol/L氯化镁溶液中加入PEG12000，超声震荡使混合均匀；
（6）用氨水-氯化铵缓冲液调节溶液初始pH值为8.5，40℃下水浴恒温，向氯化镁溶液中缓慢滴加3 mol/L的NaOH 溶液，缓慢搅拌1.5 h；
（7）反应结束后将悬浮液在45℃下陈化24 h，过滤；
（8）用去离子水和无水乙醇洗涤滤饼，烘干得纳米氢氧化镁晶须；
（9）将聚丙烯粒料放入烘箱中在80℃下干燥2.5h；
（10）将聚丙烯粒料在开炼机辊轴上进行热炼，开炼机前辊温度设置为190℃，后辊温度设置为180℃，依次添加KH560、纳米铝晶须、纳米氢氧化镁晶须和氢氧化镁，继续热炼直至混合均匀，其中，聚丙烯粒料：偶联剂：纳米铝晶须：纳米氢氧化镁晶须：氢氧化镁的质量比为70:5:15:15:3；
（11）待混合完成后，取出的熔体放置于模具中，将模具置于平板硫化机中，平板硫化机上下层温度设置为190℃，在10MPa压力下，热压 8min后再冷压 5min成型；
（12）室温干燥放置24h后得低卤阻燃聚丙烯组合物。
实施例3
一种低卤阻燃聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）取十八水硫酸铝、尿素、山梨醇和水混合均匀，其中，十八水硫酸铝：尿素：山梨醇：水的质量比为1:2.5:0.15:13；
（2）用硝酸调pH值到4；
（3）放入高压釜中，升温至105℃内，反应7 h；
（4）将反应后的溶液过滤，滤渣烘干，得纳米铝晶须；
（5）在1.5 mol/L氯化镁溶液中加入PEG12000，超声震荡使混合均匀；
（6）用氨水-氯化铵缓冲液调节溶液初始pH值为8.5，40℃下水浴恒温，向氯化镁溶液中缓慢滴加3 mol/L的氨水，缓慢搅拌1.5 h；
（7）反应结束后将悬浮液在50℃下陈化24 h，过滤；
（8）用去离子水和无水乙醇洗涤滤饼，烘干得纳米氢氧化镁晶须；
（9）将聚丙烯粒料放入烘箱中在80℃下干燥2.5h；
（10）将聚丙烯粒料在开炼机辊轴上进行热炼，开炼机前辊温度设置为190℃，后辊温度设置为180℃，依次添加KH570、纳米铝晶须、纳米氢氧化镁晶须和氢氧化镁，继续热炼直至混合均匀，其中，聚丙烯粒料：偶联剂：纳米铝晶须：纳米氢氧化镁晶须：氢氧化镁的质量比为70:5:18:15:5；
（11）待混合完成后，取出的熔体放置于模具中，将模具置于平板硫化机中，平板硫化机上下层温度设置为190℃，在10MPa压力下，热压 8min后再冷压 5min成型；
（12）室温干燥放置24h后得低卤阻燃聚丙烯组合物。
实施例4
一种低卤阻燃聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）取十八水硫酸铝、尿素、山梨醇和水混合均匀，其中，十八水硫酸铝：尿素：山梨醇：水的质量比为1:3:0.2:15；
（2）用硝酸调pH值到5；
（3）放入高压釜中，升温至110℃内，反应8 h；
（4）将反应后的溶液过滤，滤渣烘干，得纳米铝晶须；
（5）在1.5 mol/L氯化镁溶液中加入PEG12000，超声震荡使混合均匀；
（6）用氨水-氯化铵缓冲液调节溶液初始pH值为8.5，40℃下水浴恒温，向氯化镁溶液中缓慢滴加3 mol/L的NaOH 溶液，缓慢搅拌2 h；
（7）反应结束后将悬浮液在60℃下陈化24 h，过滤；
（8）用去离子水和无水乙醇洗涤滤饼，烘干得纳米氢氧化镁晶须；
（9）将聚丙烯粒料放入烘箱中在80℃下干燥3h；
（10）将聚丙烯粒料在开炼机辊轴上进行热炼，开炼机前辊温度设置为190℃，后辊温度设置为180℃，依次添加KH560、纳米铝晶须、纳米氢氧化镁晶须和氢氧化镁，继续热炼直至混合均匀，其中，聚丙烯粒料：偶联剂：纳米铝晶须：纳米氢氧化镁晶须：氢氧化镁的质量比为70:5:20:20:2；
（11）待混合完成后，取出的熔体放置于模具中，将模具置于平板硫化机中，平板硫化机上下层温度设置为190℃，在10MPa压力下，热压 8min后再冷压 5min成型；
（12）室温干燥放置24h后得低卤阻燃聚丙烯组合物。
对比例1
本对比例与实施例1相比，区别在于不添加纳米铝晶须，具体如下：
一种低卤阻燃聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）在1.5 mol/L氯化镁溶液中加入PEG12000，超声震荡使混合均匀；
（2）用氨水-氯化铵缓冲液调节溶液初始pH值为8.5，40℃下水浴恒温，向氯化镁溶液中缓慢滴加3 mol/L的氨水，缓慢搅拌1 h；
（3）反应结束后将悬浮液在40℃下陈化24 h，过滤；
（4）用去离子水和无水乙醇洗涤滤饼，烘干得纳米氢氧化镁晶须；
（5）将聚丙烯粒料放入烘箱中在80℃下干燥2h；
（6）将聚丙烯粒料在开炼机辊轴上进行热炼，开炼机前辊温度设置为190℃，后辊温度设置为180℃，依次添加KH550，纳米氢氧化镁晶须和氢氧化镁，继续热炼直至混合均匀，其中，聚丙烯粒料：偶联剂：纳米氢氧化镁晶须：氢氧化镁的质量比为70:5:10:2；
（7）待混合完成后，取出的熔体放置于模具中，将模具置于平板硫化机中，平板硫化机上下层温度设置为190℃，在10MPa压力下，热压 8min后再冷压 5min成型；
（8）室温干燥放置24h后得低卤阻燃聚丙烯组合物。
对比例2
本对比例与实施例1相比，区别在不添加纳米氢氧化镁晶须，具体如下：
一种低卤阻燃聚丙烯组合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）取十八水硫酸铝、尿素、山梨醇和水混合均匀，其中，十八水硫酸铝：尿素：山梨醇：水的质量比为1:2:0.1:8；
（2）用硝酸调pH值到3；
（3）放入高压釜中，升温至100℃内，反应6 h；
（4）将反应后的溶液过滤，滤渣烘干，得纳米铝晶须；
（5）将聚丙烯粒料放入烘箱中在80℃下干燥2h；
（6）将聚丙烯粒料在开炼机辊轴上进行热炼，开炼机前辊温度设置为190℃，后辊温度设置为180℃，依次添加KH550，纳米铝晶须和氢氧化镁，继续热炼直至混合均匀，其中，聚丙烯粒料：偶联剂：纳米铝晶须：氢氧化镁的质量比为70:5:10:2；
（7）待混合完成后，取出的熔体放置于模具中，将模具置于平板硫化机中，平板硫化机上下层温度设置为190℃，在10MPa压力下，热压 8min后再冷压 5min成型；
（8）室温干燥放置24h后得低卤阻燃聚丙烯组合物。
本发明的低卤阻燃聚丙烯组合物的部分性能指标见下表1，我们可以看到，其卤素阻燃剂含量低，属于低卤阻燃聚丙烯材料，环保性好，同时具有卓越的阻燃性能，阻燃等级达到了V-0级，其氧指数LOI高达37.8%，一般来讲，当LOI达到 30%以上时，就属难燃聚合物。
表1 本发明低卤阻燃聚丙烯组合物的阻燃性能指标