本發(fā)明涉及一種阻燃聚丙烯及制備方法，具體講是一種納米水鋁英石協(xié)效膨脹型阻燃劑的阻燃聚丙烯及制備方法，屬于高分子材料領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
聚丙烯(PP)是四大類通用塑料之一，原料來源豐富，價(jià)格便宜，易于加工成型，產(chǎn)品綜合性能優(yōu)良，因此，PP被廣泛應(yīng)用于電器、家具、汽車和建筑等諸多領(lǐng)域，已經(jīng)成為通用樹脂中發(fā)展最快的品種。然而，PP極易著火燃燒，存在潛在的安全隱患。隨著火災(zāi)安全日益受到重視和相關(guān)法規(guī)的不斷健全，人們對PP阻燃性能的要求也越來越高。針對以上問題，人們開始對聚丙烯進(jìn)行各種阻燃改性，目前最常見簡單的方法是在其中添加阻燃劑，如添加鹵素類阻燃劑或大量的無機(jī)金屬氫氧化物等。但傳統(tǒng)的鹵素類阻燃劑，在燃燒過程中會釋放大量煙霧和有毒、帶腐蝕性的氣體，對環(huán)境破壞較大，已被逐漸摒棄；而氫氧化鎂、氫氧化鋁等無機(jī)阻燃劑，添加量需要達(dá)到組分的50％左右才能起到有效的阻燃效果，這又要帶來許多生產(chǎn)加工上的困難，并導(dǎo)致最終聚丙烯材料的強(qiáng)度大大降低，影響材料的使用性能。膨脹阻燃技術(shù)是于20世紀(jì)90年代中期發(fā)展起來的新型無鹵阻燃技術(shù)。在膨脹阻燃劑阻燃塑料時(shí)，塑料表面會形成膨脹炭層，起到隔熱、隔氧、抑煙和防止熔滴的作用，并且低煙、低毒、無腐蝕性氣體產(chǎn)生。因此，膨脹阻燃技術(shù)已成為當(dāng)前阻燃領(lǐng)域最活躍的研究內(nèi)容之一，具有十分廣闊的發(fā)展前景。但是，膨脹型阻燃劑與傳統(tǒng)鹵系阻燃劑相比，其阻燃劑效率相對較低且在聚丙烯制備過程添加量一般都要達(dá)到30％左右，極大地影響材料的力學(xué)性能。同時(shí)，其還存在耐濕性差、易遷出等問題。因此，制備一種高效、無鹵、低煙，同時(shí)具有優(yōu)異的抗遷出及力學(xué)性能的阻燃劑將對綠色無鹵阻燃劑技術(shù)的應(yīng)用與推廣起到極大的促進(jìn)作用，添加協(xié)效劑是實(shí)現(xiàn)上述目的的主要辦法之一。納米水鋁英石是由氧化硅、氧化鋁和水組成的鋁硅酸鹽粘土，其結(jié)構(gòu)式為1-2SiO2·Al2O3·5-6H2O。目前納米水鋁英石主要用于生產(chǎn)耐火粘土及多孔陶瓷等方面，而將其作為協(xié)效劑用在阻燃方面還未見報(bào)道。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提供一種阻燃效率高、力學(xué)性能好的納米水鋁英石協(xié)效膨脹型阻燃劑的阻燃聚丙烯及制備方法。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的納米水鋁英石協(xié)效膨脹型阻燃劑的阻燃聚丙烯，由以下質(zhì)量百分比的組分組成：聚丙烯70-75％膨脹型阻燃劑20-25％納米水鋁英石1-5％抗氧劑0.1-0.5％加工助劑1-5％。作為改進(jìn)，所述的膨脹型阻燃劑為質(zhì)量比3:1的聚磷酸銨與季戊四醇的復(fù)配物或者質(zhì)量比為3:1-1:2的聚磷酸銨與三嗪類成炭劑的復(fù)配物。作為改進(jìn)，所述聚磷酸銨為高聚合度結(jié)晶Ⅱ型聚磷酸銨，其結(jié)構(gòu)為：其中n≥1000；所述三嗪類成炭劑的結(jié)構(gòu)為：其中20≥n≥10。作為改進(jìn)，所述的抗氧劑選為抗氧劑1010、抗氧劑1076或抗氧劑264。作為改進(jìn)，所述的加工助劑為硅氧烷聚合物、硬脂酸、含氟聚合物、硬脂酸鋅、硬脂酸鈣、液體石蠟、聚乙烯蠟中的一種或任意幾種混合。本發(fā)明還提供了上述納米水鋁英石協(xié)效膨脹型阻燃劑阻燃聚丙烯的制備方法，包括以下步驟：1)、制備納米水鋁英石；2)、按配方比例稱取相應(yīng)的聚丙烯、膨脹型阻燃劑、納米水鋁英石、抗氧劑和加工助劑；3)、將稱取的所有原料在攪拌機(jī)中混合均勻；4)、將混合后的原料投入擠出機(jī)中，經(jīng)熔融后擠出，造粒得到阻燃聚丙烯。作為改進(jìn)，所述步驟1)中納米水鋁英石的制備過程為：11)、分別配制0.1mol/L的原硅酸鈉溶液和0.1mol/L氯化鋁溶液，將等體積的兩種溶液迅速混合并快速攪拌反應(yīng)0.5-2h；12)、將步驟11)反應(yīng)后的物質(zhì)離心除去氯化鈉雜質(zhì)得到納米水鋁英石前驅(qū)體，將此納米水鋁英石前驅(qū)體在100℃下水熱反應(yīng)36-60h；13)、將步驟12)得到的物質(zhì)用蒸餾水清洗后在冷凍干燥箱內(nèi)干燥12-30h，得到納米水鋁英石。作為改進(jìn)，所述步驟4)中擠出機(jī)的一區(qū)為溫度180-185℃、二區(qū)溫度為180-185℃、三區(qū)溫度為185-190℃、四區(qū)溫度為190-195℃、五區(qū)溫度為195-200℃、模頭溫度為200-210℃、冷卻循環(huán)水溫度為0-15℃、主機(jī)轉(zhuǎn)動頻率為20-36Hz、喂料器轉(zhuǎn)動頻率為10-16Hz。本發(fā)明的有益效果在于：(1)、本發(fā)明中其協(xié)效劑納米水鋁英石的添加量為1～5％，膨脹阻燃劑的添加量為20～25％時(shí)，其氧指數(shù)即可達(dá)到28以上，同時(shí)垂直燃燒級別可達(dá)到阻燃塑料最高等級V-0，可見材料的阻燃性能有著極大的提高，氧指數(shù)上升明顯，納米水鋁英石的加入同時(shí)改善了材料由于大量阻燃劑加入導(dǎo)致的材料力學(xué)性下降的問題；(2)、納米水鋁英石在協(xié)效膨脹型阻燃劑阻燃聚丙烯時(shí)，有利于酯化反應(yīng)的進(jìn)行，使得體系在受熱降解過程中物理、化學(xué)作用匹配良好，參與形成致密穩(wěn)定的炭層，增強(qiáng)體系的阻燃性能；(3)、納米水鋁英石/膨脹型阻燃劑/聚丙烯復(fù)合材料燃燒時(shí)形成致密炭層，隔氧隔熱，因此發(fā)煙量少，產(chǎn)生氣體無毒無害，對周圍環(huán)境影響??；(4)、本發(fā)明阻燃聚丙烯制備方法其配比簡單、便于加工方便、應(yīng)用性強(qiáng)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。實(shí)施例1納米水鋁英石協(xié)效膨脹型阻燃劑的阻燃聚丙烯由以下質(zhì)量百分比的組分組成：聚丙烯為73％、質(zhì)量比為3:1的聚磷酸銨與季戊四醇復(fù)配物23％、納米水鋁英石2％、抗氧劑10100.2％、含氟聚合物1.8％。制備過程：1)、分別配制0.1mol/L的原硅酸鈉溶液和0.1mol/L氯化鋁溶液，將等體積的兩種溶液迅速混合并快速攪拌反應(yīng)1.2h；2)、將步驟1)反應(yīng)后的物質(zhì)離心除去氯化鈉雜質(zhì)得到納米水鋁英石前驅(qū)體，將此納米水鋁英石前驅(qū)體在100℃下水熱反應(yīng)48h；3)、將步驟2)得到的物質(zhì)用蒸餾水清洗3遍后在冷凍干燥箱內(nèi)干燥22h，得到納米水鋁英石；4)、按配方比例稱取相應(yīng)的聚丙烯、膨脹型阻燃劑、步驟3)的納米水鋁英石、抗氧劑和加工助劑；5)、將稱取的所有原料在攪拌機(jī)中混合均勻，攪拌時(shí)間3～10min；；6)、將混合后的原料投入雙螺桿擠出機(jī)中，雙螺桿擠出機(jī)的一區(qū)溫度設(shè)定為180-185℃、二區(qū)溫度設(shè)定為180-185℃、三區(qū)溫度設(shè)定為185-190℃、四區(qū)溫度設(shè)定為190-195℃、五區(qū)溫度設(shè)定為195-200℃、模頭溫度設(shè)定為200-210℃、冷卻循環(huán)水溫度設(shè)定為0-15℃、主機(jī)轉(zhuǎn)動頻率設(shè)定為20-36Hz、喂料器轉(zhuǎn)動頻率設(shè)定為10-16Hz；經(jīng)熔融后擠出，造粒得到阻燃聚丙烯。本例所得阻燃聚丙烯測試結(jié)果參數(shù)見表1。實(shí)施例2納米水鋁英石協(xié)效膨脹型阻燃劑的阻燃聚丙烯由以下質(zhì)量百分比的組分組成：聚丙烯為70％、質(zhì)量比為3:1的聚磷酸銨與季戊四醇復(fù)配物25％、納米水鋁英石1.5％、抗氧劑2640.5％、聚乙烯蠟3％。制備過程：1)、分別配制0.1mol/L的原硅酸鈉溶液和0.1mol/L氯化鋁溶液，將等體積的兩種溶液迅速混合并快速攪拌反應(yīng)0.5h；2)、將步驟1)反應(yīng)后的物質(zhì)離心除去氯化鈉雜質(zhì)得到納米水鋁英石前驅(qū)體，將此納米水鋁英石前驅(qū)體在100℃下水熱反應(yīng)36h；3)、將步驟2)得到的物質(zhì)用蒸餾水清洗3遍后在冷凍干燥箱內(nèi)干燥30h，得到納米水鋁英石；其余步驟同實(shí)施例1。本例所得阻燃聚丙烯測試結(jié)果參數(shù)見表1。實(shí)施例3納米水鋁英石協(xié)效膨脹型阻燃劑的阻燃聚丙烯由以下質(zhì)量百分比的組分組成：聚丙烯為75％、質(zhì)量比為3:1的聚磷酸銨與季戊四醇復(fù)配物20％、納米水鋁英石3.9％、抗氧劑10100.1％、硅氧烷聚合物1％。制備過程：1)、分別配制0.1mol/L的原硅酸鈉溶液和0.1mol/L氯化鋁溶液，將等體積的兩種溶液迅速混合并快速攪拌反應(yīng)1.8h；2)、將步驟1)反應(yīng)后的物質(zhì)離心除去氯化鈉雜質(zhì)得到納米水鋁英石前驅(qū)體，將此納米水鋁英石前驅(qū)體在100℃下水熱反應(yīng)60h；3)、將步驟2)得到的物質(zhì)用蒸餾水清洗3遍后在冷凍干燥箱內(nèi)干燥20h，得到納米水鋁英石；其余步驟同實(shí)施例1。本例所得阻燃聚丙烯測試結(jié)果參數(shù)見表1。實(shí)施例4納米水鋁英石協(xié)效膨脹型阻燃劑的阻燃聚丙烯由以下質(zhì)量百分比的組分組成：聚丙烯為70％、質(zhì)量比為3:1的聚磷酸銨與三嗪類成炭劑的復(fù)配物20％、納米水鋁英石5％、抗氧劑10760.3％、硬脂酸，硬脂酸鈣和液體石蠟混合物4.7％。制備過程：1)、分別配制0.1mol/L的原硅酸鈉溶液和0.1mol/L氯化鋁溶液，將等體積的兩種溶液迅速混合并快速攪拌反應(yīng)2h；2)、將步驟1)反應(yīng)后的物質(zhì)離心除去氯化鈉雜質(zhì)得到納米水鋁英石前驅(qū)體，將此納米水鋁英石前驅(qū)體在100℃下水熱反應(yīng)55h；3)、將步驟2)得到的物質(zhì)用蒸餾水清洗3遍后在冷凍干燥箱內(nèi)干燥26h，得到納米水鋁英石；其余步驟同實(shí)施例1。本例所得阻燃聚丙烯測試結(jié)果參數(shù)見表1。實(shí)施例5納米水鋁英石協(xié)效膨脹型阻燃劑的阻燃聚丙烯由以下質(zhì)量百分比的組分組成：聚丙烯為72％、質(zhì)量比為1:2的聚磷酸銨與三嗪類成炭劑的復(fù)配物21.6％、納米水鋁英石1％、抗氧劑2640.4％、聚乙烯蠟和硅氧烷聚合物的混合物5％。制備過程：1)、分別配制0.1mol/L的原硅酸鈉溶液和0.1mol/L氯化鋁溶液，將等體積的兩種溶液迅速混合并快速攪拌反應(yīng)0.8h；2)、將步驟1)反應(yīng)后的物質(zhì)離心除去氯化鈉雜質(zhì)得到納米水鋁英石前驅(qū)體，將此納米水鋁英石前驅(qū)體在100℃下水熱反應(yīng)41h；3)、將步驟2)得到的物質(zhì)用蒸餾水清洗3遍后在冷凍干燥箱內(nèi)干燥17h，得到納米水鋁英石；其余步驟同實(shí)施例1。本例所得阻燃聚丙烯測試結(jié)果參數(shù)見表1。實(shí)施例6納米水鋁英石協(xié)效膨脹型阻燃劑的阻燃聚丙烯由以下質(zhì)量百分比的組分組成：聚丙烯為72.9％、質(zhì)量比為2:1的聚磷酸銨與三嗪類成炭劑的復(fù)配物22％、納米水鋁英石3％、抗氧劑10760.1％、硬脂酸鋅，聚乙烯蠟，硬脂酸鈣和硅氧烷聚合物的混合物2％。制備過程：1)、分別配制0.1mol/L的原硅酸鈉溶液和0.1mol/L氯化鋁溶液，將等體積的兩種溶液迅速混合并快速攪拌反應(yīng)1.5h；2)、將步驟1)反應(yīng)后的物質(zhì)離心除去氯化鈉雜質(zhì)得到納米水鋁英石前驅(qū)體，將此納米水鋁英石前驅(qū)體在100℃下水熱反應(yīng)50h；3)、將步驟2)得到的物質(zhì)用蒸餾水清洗3遍后在冷凍干燥箱內(nèi)干燥12h，得到納米水鋁英石；其余步驟同實(shí)施例1。本例所得阻燃聚丙烯測試結(jié)果參數(shù)見表1。上述實(shí)施例1-6中聚磷酸銨采用高聚合度結(jié)晶Ⅱ型聚磷酸銨其結(jié)構(gòu)為：其中n≥1000；三嗪類成炭劑的結(jié)構(gòu)為：其中20≥n≥10。表1以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下還可以做出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。