羅超云　 林峰　 徐志娟　 林雪春　 羅大為

(1.深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，廣東 深圳, 518055;2.深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院高分子材料與精細(xì)化工技術(shù)中心, 廣東 深圳，518055)

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交聯(lián)劑與氮磷膨脹阻燃劑協(xié)同阻燃聚丙烯的研究

羅超云1,2林峰1,2徐志娟1,2林雪春1,2羅大為1,2

(1.深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院應(yīng)用化學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院，廣東 深圳, 518055;2.深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院高分子材料與精細(xì)化工技術(shù)中心, 廣東 深圳，518055)

制備了過氧化二異丙苯(DCP)和甲基丙烯酸甲酯(MMA)交聯(lián)的氮磷阻燃劑阻燃聚丙烯(PP)，研究交聯(lián)劑與氮磷膨脹阻燃劑對阻燃PP的力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，交聯(lián)劑能有效降低膨脹阻燃劑的用量，阻燃PP達(dá)到FV-0級時，未交聯(lián)PP的膨脹阻燃劑最小質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%，而交聯(lián)PP的膨脹阻燃劑最小質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%。

交聯(lián)劑 膨脹阻燃劑聚丙烯阻燃性

聚丙烯(PP)具有拉伸強度較高，耐熱性較好，無毒、質(zhì)輕、耐腐蝕、電氣性能好、易加工、易回收等諸多優(yōu)點，廣泛用于汽車零部件產(chǎn)品。但PP極限氧指數(shù)(LOI)低，易燃燒因而阻燃十分重要[1]。

氮磷膨脹型阻燃劑填充的高聚物受強熱或燃燒時表面形成一層均勻的多孔碳質(zhì)泡沫層，能起到隔熱、隔氧、抑煙、防融滴的作用，且無鹵、低煙、無腐蝕性氣體產(chǎn)生，有良好的阻燃和抑煙功能[2]。

膨脹型阻燃劑一般由酸源、炭源和氣源組成。阻燃作用主要依靠在材料表面形成多孔泡沫焦炭層[3]。

PP的熔體強度較低，發(fā)泡過程中產(chǎn)生的氣體容易逃逸，導(dǎo)致泡沫形成困難[4]。因此膨脹型阻燃劑阻燃PP時，氣體的利用率不高，達(dá)到阻燃FV-0級所需要的阻燃劑含量較高，引起PP的力學(xué)性能降低。

采用交聯(lián)方法即可以提高PP的熔體強度，促進PP發(fā)泡，而且微交聯(lián)結(jié)構(gòu)還能改善PP的力學(xué)性能。聚磷酸銨(APP)、三聚氰胺(MA)和季戊四醇(PER)組成膨脹型阻燃劑，用三元乙丙橡膠(EPDM)作為增韌劑，并采用過氧化二異丙苯(DCP)對EPDM和PP進行微交聯(lián)，研究氮磷膨脹阻燃劑對共混交聯(lián)PP的阻燃性的影響。

1　試驗部分

1.1 試驗原料

PP，H-T03，中國石油化工股份有限公司茂名分公司；EPDM，EP3091，中國石油吉化集團公司；APP，聚合度約為1000，杭州捷爾思阻燃化工有限公司；PER，分析純，天津大茂化學(xué)試劑廠；甲基丙烯酸甲酯(MAA)，分析純，天津大茂化學(xué)試劑廠；MA，化學(xué)純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；抗氧劑，1010，工業(yè)品，瑞士汽巴(CIBA)精細(xì)化工有限公司；聚乙烯(PE)蠟，工業(yè)品，江西孚美科技發(fā)展有限公司；DCP，工業(yè)品，上海聯(lián)營企業(yè)中心化工廠；乙撐雙硬脂酰胺(EBS),工業(yè)品，江西孚美科技發(fā)展有限公司。

1.2 試驗儀器

雙輥開煉機，SK-160，無錫市第一橡塑機械設(shè)備廠；雙螺桿擠出機，HT-35，南京科亞公司；注塑機，SA600/100，海天塑機集團有限公司；電子拉力機,CMT4104，深圳三思縱橫科技股份有限公司；沖擊試驗機，XJUD，承德市金建檢測儀器有限公司；水平垂直燃燒測定儀，CZF-3，南京市江寧區(qū)分析儀器廠。

1．3 試驗流程

APP,MA,PER以3.0∶1.0∶0.5(質(zhì)量比)的比例配制膨脹阻燃劑，混合均勻。

在雙輥開煉機上常溫時將一定配比的EPDM、膨脹阻燃劑、交聯(lián)劑混煉均勻后破碎成顆粒。將混煉好的阻燃母料與其他物料在高速攪拌機中攪拌均勻，用雙螺桿擠出機造粒，最高段溫度為190 ℃。干燥后用注塑機制樣，最高段溫度為190 ℃。

1．4 性能測試

拉伸強度依據(jù)GB/T 1040—2006，速度為50 mm/min；彎曲性能依據(jù)GB/T9341—2008；沖擊強度依據(jù)GB/T 1843—2008；水平垂直燃燒依據(jù)GB/T 2408—2008，樣品尺寸為3 mm×13 mm×125 mm。

2　結(jié)果與討論

2．1 阻燃性能

由于PP在交聯(lián)的同時，特別容易降解。因此需要嚴(yán)格控制交聯(lián)劑DCP的用量(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.05%)，同時還需加入助交聯(lián)劑MMA促進PP交聯(lián)。還需加入抗氧劑1010，減少PP的降解。將分別含有不同阻燃劑和交聯(lián)劑用量樣品進行垂直燃燒測試，測試結(jié)果如表1所示。

表1 不同阻燃劑及交聯(lián)劑的用量對阻燃性的影響

注：EPDM質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.00%、 EBS質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.25%、PE蠟質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.50%、抗氧劑1010質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.50%,MMA質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.50%。

從表1可以看出，未交聯(lián)的樣品，膨脹阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時，才達(dá)到阻燃FV-0級。當(dāng)加入DCP后，阻燃效果明顯變好，膨脹阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時，即可達(dá)到阻燃FV-0級。適度交聯(lián)后，提高了PP的熔體強度，解決了普通PP發(fā)泡時易塌泡的問題。因此阻燃PP的樣品在燃燒時，經(jīng)交聯(lián)的樣品比沒有交聯(lián)的更容易生成阻燃泡沫，表現(xiàn)出較好的阻燃性。

2.2拉伸性能

膨脹阻燃劑添加至PP中會影響其力學(xué)性能。不同配方樣品的拉伸性能如圖1所示。

圖1　 膨脹阻燃劑對阻燃PP拉伸性能的影響

從圖1可以看出，隨著膨脹阻燃劑用量的增加，阻燃PP的拉伸強度與斷裂伸長率均減少。

2.3沖擊性能

不同配方阻燃PP的沖擊性能如圖2所示。

圖2　膨脹阻燃劑對阻燃PP沖擊性能的影響

從圖2可以看出，隨著膨脹阻燃劑用量的增加，阻燃PP的沖擊強度減少。

2.4彎曲性能

不同配方阻燃PP的彎曲性能如圖3所示。

圖3　膨脹阻燃劑對阻燃PP彎曲性能的影響

從圖3可以看出，隨著膨脹阻燃劑用量的增加，阻燃PP的彎曲強度和彎曲模量先增加然后減少。當(dāng)阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時，彎曲強度和彎曲模量均達(dá)到峰值。另外，交聯(lián)阻燃PP的彎曲性能均優(yōu)于未交聯(lián)的。

3　結(jié)論

a)PP未交聯(lián)時，膨脹阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%及其以上時，阻燃PP的阻燃等級為FV-0；PP交聯(lián)后，膨脹阻燃劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為25%時，阻燃PP即可達(dá)到FV-0級。PP交聯(lián)后能減少阻燃劑的用量。

b)隨著阻燃劑的用量增加，阻燃PP的拉伸強度、斷裂伸長率和沖擊強度均下降，但其彎曲強度和彎曲模量先上升后減少。當(dāng)阻燃劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時，其彎曲強度和彎曲模量均達(dá)到峰值。

c)阻燃劑用量相同時，交聯(lián)的阻燃PP的拉伸強度和彎曲強度高于未交聯(lián)阻燃PP的，而其沖擊強度低于未交聯(lián)阻燃PP的。

[1]王靜，許苗軍，李斌，等.不同粒徑成炭劑阻燃聚丙烯體系的性能研究[J].塑料科技，2012,40(3):92-95.

[2]吳濤,王勝廣，李培國，等.有機硅改性無鹵膨脹型阻燃劑的制備及在聚丙烯中的應(yīng)用研究[J].有機硅材料,2012,26(5):336-339.

[3]李鳳英，趙輝，牟東蘭,等.二季戊四醇磷酸酯三聚氰胺鹽的合成及阻燃性能測試[J]. 化學(xué)研究與應(yīng)用,2011,23(1):117-121.

[4]楊霄云，王愛東.化學(xué)交聯(lián)模壓發(fā)泡聚丙烯的研究[J].合成材料老化與應(yīng)用，2011, 40(1):24-28.

Synergistic Flame Retarded Polypropylene by Crosslinking Agents and Nitrogen-Phosphorus Intumescent Flame Retardants

Luo Chaoyun1,2Lin Feng1,2Xu Zhijuan1,2Lin Xuechun1,2Luo Dawei1,2

(1.College of Applied Chemistry and Biotechnology, Shenzhen Polytechnic, Shenzhen,Guangdong, 518055;2. Polymer &Fine Chemicals Technology Development Center of Shenzhen Polytechnic,Shenzhen,Guangdong，518055)

The flame-retardant PP with phosphorus-nitrogen intumescent flame retardants cosslinked by DCP and MMA was prepared, and the effect of crosslinking agents and nitrogen-phosphous intumescent flame retardants on the flame retardancy of flame-retardant PP was studied. The results show that the crosslinking agents can reduce the amount of the intumescent flame retardants. When flame-retardant PP reaches FV-0 level, the minimum amount of intumescent flame retardants of uncrosslinked PP is 30%,but the minimum amount of intumescent flame retardants of crosslinked PP is 25%.

crosslinking agent; intumescent flame retardants; polypropylene; flame retardancy

2016-01-12;修改稿收到日期:2016-05-13。

羅超云，男，漢族，湖北通城人，博士，高級工程師，從事塑料改性及功能材料研究。E-mail：luochaoyun@szpt.edu.cn?；痦椖浚荷钲谑锌萍加媱濏椖?JCYJ20150327145230372)，深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院校級科研基金(601422K27003)。

10.3969/j.issn.1004-3055.2016.04.012