具有改善流动性的阻燃功能母粒组合物及其制备方法
阅读说明：本技术 具有改善流动性的阻燃功能母粒组合物及其制备方法 (Flame-retardant master batch composition with improved fluidity and preparation method thereof ) 是由 李彦波 王利霞 李宗禹 蒋庆赛 于 2021-08-16 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种具有改善流动性的阻燃功能母粒组合物,包括以下质量份的组分,载体10-15份,稳定剂0.5-1份,流动促进剂3-5份,接枝改性剂0.5-1.5份,分散剂1-3份和阻燃剂75-80份。本发明首先在反应釜内采用化学改性工艺对载体组份的流动性进行改质；其次,在高速混合机完成阻燃剂组合物预混合处理；然后在螺筒内完成熔体化学接枝改性；通过熔融造粒成型制备出一种流动性高的阻燃功能母粒。本技术发明显著改善了阻燃功能母粒组合物的流动性能和分散性能。(The invention relates to a flame-retardant functional master batch composition with improved fluidity, which comprises the following components, by mass, 10-15 parts of a carrier, 0.5-1 part of a stabilizer, 3-5 parts of a flow promoter, 0.5-1.5 parts of a graft modifier, 1-3 parts of a dispersing agent and 75-80 parts of a flame retardant. Firstly, modifying the fluidity of carrier components in a reaction kettle by adopting a chemical modification process; secondly, completing the premixing treatment of the flame retardant composition in a high-speed mixer; then completing the chemical grafting modification of the melt in the screw cylinder; the flame-retardant master batch with high fluidity is prepared by melting, granulating and molding. The invention obviously improves the flowing property and the dispersing property of the master batch composition with the flame-retardant function.)
技术领域
本发明涉及高分子聚合物阻燃功能母粒及其制备领域，具体涉及一种改善流动性的阻燃功能母粒组合物及其制备方法。
背景技术
目前，将阻燃剂粉末制备成为高浓度阻燃母粒的技术研究广泛开展。通过将阻燃剂母粒化解决了阻燃剂粉尘污染问题，解决了粉末形态使用时难以分散均匀及对制品的力学性能影响较大问题。阻燃剂通过母粒化后提高了产品稳定性和生产效率，因此，通过阻燃剂母粒化技术改善材料性能已经成为行业发展的必要和趋势。
在阻燃剂功能母粒制备技术上，通过粉末材料表面粒径优化、包覆改性、纳米协效、提高含量浓度等技术，可以将普通级的阻燃母粒转化为具有高性能的有价值产品。公开的专利和文献中，有许多技术研究制备阻燃剂功能母粒，其中不凡有研究制备浓度大于80%含量的高浓度产品，由于大比例的粉末阻燃剂加入，势必会导致流动性下降，即使是通过阻燃剂偶联剂包覆处理、使用相容剂载体，可以改善载体与阻燃剂的相容性，但是没有从根本上提高组合物的流动性，尤其含量超过80%的阻燃剂母粒，都是以降低流动性能为代价的。高浓度阻燃剂母粒流动性低，挤出电流波动大，工艺稳定性差，容易堵塞机头，产品均匀性差是行业内普遍性的技术难题。
常规下，作为阻燃剂载体材料的聚丙烯、聚乙烯、EVA、POE商业化产品流动指数一般低于30g/10min，针对载体聚合物的流动性改质技术也多有文献报道，如高融指数熔喷聚丙烯材料等，但是该项技术局限在提高材料流动性上，不能兼顾流动性和载含性、包覆性、增韧性。目前公开的技术成果制备的阻燃剂功能母粒熔融流动性低，因此降低和限制了使用效果和范围。
发明内容
本发明的目的，是为了显著改善阻燃功能母粒组合物制备中的流动性下降，显现出良好流动性、相容性、加工性能。
本发明的技术方案：
本技术通过三种反应器完成制备工艺。首先在反应釜内化学改性工艺对载体组份的流动性进行改质；其次，通过高速混合机完成阻燃剂预混合处理；然后再双螺杆挤出机螺筒内完成熔体化学接枝改性。通过釜内载体组份高流动改质与螺筒化学接枝改性工艺相互作用，显著提升改善了阻燃功能母粒组合物的流动性，本技术制得的产品熔融指数不低于30 g/10min（190℃，2.16kg载荷）。
一种具有改善流动性的阻燃功能母粒组合物，包括以下质量份的组分，载体10-15份, 稳定剂0.5-1份，流动促进剂3-5份，接枝改性剂0.5-1.5份，分散剂1-3份和阻燃剂75-80份；
优选的，所述载体包括聚丙烯、聚乙烯、乙烯/醋酸乙烯共聚物、乙烯/辛烯共聚物中的一种或两种及其以上的混合物；
所述载体流动熔融指数不高于30g/10min，测试标准为190℃，2.16kg载荷；
优选的，所述稳定剂为亚磷酸酯抗氧剂中的一种或两种及其以上的复配物；
优选的，所述流动促进剂选自乙烯/丙烯酸AC聚合物、乙烯/丙烯酸乙酯EEA聚合物和乙烯/丙烯酸甲酯EMA聚合物中的至少一种；
优选的，所述接枝改性剂为马来酸酐；
所述分散剂为聚乙烯蜡、N,N'-亚乙基双硬脂酰胺中的一种或两种；
优选的，所述阻燃剂包括卤素阻燃剂、磷氮阻燃剂和无机阻燃剂组合物，所述阻燃剂所占功能母粒质量比不小于75%；
一种具有改善流动性的阻燃功能母粒组合物的制备方法，包括以下步骤：
（1）按预设比例分别称取所需各组分；
（2）将步骤（1）称取的载体组分、质量百分比50%稳定剂组分，一并投入到反应釜内反应器内，加热混合20-25分钟，加热温度为165-215℃；
（3）将流动促进剂组分投入到步骤（2）的反应釜中，继续搅拌5-10分钟，温度设置为165-215℃，得到流动性改质载体，所述流动性改质载体组分通过熔体计量泵按照组方比例从螺杆中部注入到双螺杆挤出机中；
（4）将步骤（1）中称取的阻燃剂组分、剩余稳定剂组分、接枝改性剂组分，分散剂组分一并投入到高速混合机反应器内混合20-30分钟；该步骤所得产品通过计量称按照组方比例从螺杆根部喂料到双螺杆挤出机中挤出；
优选的，步骤（4）在螺筒反应器中完成化学接枝改质工艺；采用平行双螺杆挤出机设备塑化加工制备，挤出温度为165-215℃，采用磨面风冷切粒成型方式制得一种具有改善流动性的阻燃功能母粒组合物。
本发明的有益效果：
1、本技术显著改善阻燃功能母粒组合物流动性，所得产品熔融指数不低于30 g/10min（190℃，2.16kg载荷），具有高流动性，进而提高了相容性和加工性能；
2、本技术能够兼顾熔体流动性与载含、包覆、浸润、增韧功能，提高了冲击韧性和分散性，能够显著降低阻燃母粒组合物的加工难度，尤其降低了挤出机机头压力，解决主机电流不稳定现象，增加了产品制备的稳定性，提高产量；
3、利用反应釜、高速混合机以及挤出机螺筒三种反应器完成工艺制备，具有工艺步骤叠加效应好、改质技术工艺稳定，可操控性、可重复性良好，适合大规模化生产特性。
具体实施方式
实施例1
（1）称取载体组份聚丙烯（型号为7726H，熔融指数为26g/10min）10kg，聚乙烯（型号为LDPE608，熔融指数为6g/10min）5kg、稳定剂（型号为B215抗氧剂）0.5kg投入到反应釜中，开启搅拌，温度为165℃，时间为25分钟。然后投入流动促进剂5kg（型号EEA7500，型号EMA1125各2.5kg）继续搅拌时10分钟。制得改质载体1#例。通过计量泵按照组方比例从螺杆根部将1#载体组份投到双螺杆挤出机中；
（2）称取阻燃剂十溴二苯乙烷60kg、阻燃剂三氧化二锑20kg，投入到高速混合机中，开启高速搅拌，温度设置为120℃，时间20分钟；然后投入接枝改性剂马来酸酐1.5kg，稳定剂（型号为B215的抗氧剂）0.5kg，分散剂（聚乙烯蜡）2kg份；继续保持搅拌10分钟，制得试验例阻燃剂1#。通过计量称从螺杆根部通过侧喂料投到双螺杆挤出机中。
（3）通过长径比为40：1，螺杆直径72mm型双螺杆挤出机进行塑化造粒，各区温度设置为165℃、190℃、200℃、200℃、200℃、190℃、180℃、170℃、170℃、170℃采用磨面风冷切粒制得试验例1#。
实施例2
（1）称取载体组份聚丙烯（型号为7726H，熔融指数为26g/10min）6kg，聚乙烯（型号为LDPE608，熔融指数为6g/10min）4kg、稳定剂（型号为B215抗氧剂）0.5kg投入到反应釜中，开启搅拌，温度为165℃，时间为20分钟。然后投入流动促进剂5kg（型号EEA7500，型号EMA1125各2.5kg）继续搅拌时10分钟。制得改质载体2#例。通过计量泵按照组方比例从螺杆根部将1#载体组份投到双螺杆挤出机中；
（2）称取阻燃剂十溴二苯乙烷60kg、阻燃剂三氧化二锑20kg，投入到高速混合机中，开启高速搅拌，温度设置为120℃，时间20分钟；然后投入接枝改性剂马来酸酐1 kg，稳定剂（型号为B215的抗氧剂）0.5kg，分散剂（聚乙烯蜡）3kg份；继续保持搅拌10分钟，制得试验例阻燃剂2#。通过计量称从螺杆根部通过侧喂料投到双螺杆挤出机中。
（3）通过长径比为40：1，螺杆直径72mm型双螺杆挤出机进行塑化造粒，各区温度设置为155℃、190℃、200℃、200℃、200℃、190℃、180℃、170℃、170℃、170℃采用磨面风冷切粒制得试验例2#。
实施例3
（1）称取载体组份聚丙烯（型号为7726H，熔融指数为26g/10min）10kg，聚乙烯（型号为LDPE608，熔融指数为6g/10min）5kg、稳定剂（型号为B215抗氧剂）0.5kg投入到反应釜中，开启搅拌，温度为165℃，时间为25分钟。然后投入流动促进剂5kg（型号EEA7500，型号EMA1125各2.5kg）继续搅拌时10分钟。制得改质载体3#例。通过计量泵按照组方比例从螺杆根部将3#载体组份投到双螺杆挤出机中；
（2）称取阻燃剂氢氧化镁阻燃剂（粒径D900.3um）74kg、聚硅氧烷协效阻燃剂6kg投入到高速混合机中，开启高速搅拌，温度设置为120℃，时间20分钟；然后投入接枝改性剂马来酸酐1.5kg，稳定剂（型号为B215的抗氧剂）0.5kg，分散剂（聚乙烯蜡）2kg份；继续保持搅拌10分钟，制得试验例阻燃剂3#。通过计量称从螺杆根部通过侧喂料投到双螺杆挤出机中。
（3）通过长径比为40：1，螺杆直径72mm型双螺杆挤出机进行塑化造粒，各区温度设置为155℃、190℃、200℃、200℃、200℃、190℃、180℃、170℃、170℃、170℃采用磨面风冷切粒制得试验例3#。
实施例4
（1）称取载体组份聚丙烯（型号为7726H，熔融指数为26g/10min）10kg，聚乙烯（型号为LDPE608，熔融指数为6g/10min）5kg、稳定剂（型号为B215抗氧剂）0.5kg投入到反应釜中，开启搅拌，温度为165℃，时间为20分钟。然后投入流动促进剂5kg（型号EEA7500，型号EMA1125各2.5kg）继续搅拌时10分钟。制得改质载体4#例。通过计量泵按照组方比例从螺杆根部将4#载体组份投到双螺杆挤出机中；
（2）称取阻燃剂微胶囊化红磷阻燃剂（粒径D90为3um）45kg、氢氧化镁协效阻燃剂30kg投入到高速混合机中，开启低速搅拌，温度设置为100℃，时间20分钟；然后投入接枝改性剂马来酸酐1.2kg，稳定剂（型号为B215的抗氧剂）0.5kg，分散剂（聚乙烯蜡）3kg份；继续保持搅拌10分钟，制得试验例阻燃剂4#。通过计量称从螺杆根部通过侧喂料投到双螺杆挤出机中。
（3）通过长径比为40：1，螺杆直径72mm型双螺杆挤出机进行塑化造粒，各区温度设置为155℃、190℃、200℃、200℃、200℃、190℃、180℃、170℃、170℃、170℃采用磨面风冷切粒制得试验例4#。
实施例5
（1）称取载体组份聚丙烯（型号为7726H，熔融指数为26g/10min）10kg，乙烯醋酸乙烯（型号为VA28，熔融指数为3g/10min）5kg、稳定剂（型号为B215抗氧剂）0.5kg投入到反应釜中，开启搅拌，温度为165℃，时间为25分钟。然后投入流动促进剂5kg（型号EEA7500，型号EMA1125各2.5kg）继续搅拌时10分钟。制得改质载体5#例。通过计量泵按照组方比例从螺杆根部将5#载体组份投到双螺杆挤出机中；
（2）称取阻燃剂焦磷酸哌嗪65kg、三聚氰胺氰尿酸盐15kg，投入到高速混合机中，开启高速搅拌，温度设置为120℃，时间20分钟；然后投入接枝改性剂马来酸酐1.5kg，稳定剂（型号为B215的抗氧剂）0.5kg，分散剂（聚乙烯蜡）2kg份；继续保持搅拌10分钟，制得试验例阻燃剂5#。通过计量称从螺杆根部通过侧喂料投到双螺杆挤出机中。
（3）通过长径比为40：1，螺杆直径72mm型双螺杆挤出机进行塑化造粒，各区温度设置为155℃、190℃、200℃、200℃、200℃、190℃、180℃、170℃、170℃、170℃采用磨面风冷切粒制得试验例5#。
以上实施例测试参数如表1所示。
表格1
对比例
（1）根据实施1-5例所述制备对比例；
（2）与本技术相同的地方是：对比例中保留与实施例一致的载体组份10-15份, 稳定剂0.5-1份，分散剂1-3份、阻燃剂75-80份；不同之处在于去除流动促进剂组份份；进一步地，去除反应釜反应器中制备改质载体工艺以证明改质载体的重要性；
（3）经过高速混合机混合、通过双螺杆挤出机接枝、造粒，工艺和参数与实施例相同；
（4）形成对比例1-5，经过检测后结果见表2。
流动促进剂的选用
如上所述促进剂为选自乙烯/丙烯酸(AC)聚合物，乙烯/丙烯酸乙酯(EEA)聚合物、乙烯/丙烯酸甲酯（EMA）聚合物中的至少一种，在保证显著提升熔体流动性的前提下，不降低载体混合物的熔体强度、冲击韧性和载含能力。一般EEA和EMA 用作聚乙烯与聚丙烯的共混组分，以提高冲击强度和韧度，增强流动性。本技术流动促进剂的选用原则是选择熔体流动性高与50g/10min、断裂伸长率大于500%以上的型号。通过以下两组数据对比说明本技术选用的流动促进剂的方法。
第一组数据为普通型号的EEA和EMA。
第二组数据为本技术选择的EEA和EMA。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
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