一种阻燃型复合塑料颗粒的制备工艺的制作方法

本发明涉及高分子材料，具体涉及一种阻燃型复合塑料颗粒的制备工艺。

背景技术：

1、聚丙烯具有密度低、力学性能优良、耐化学腐蚀性好、加工性能优异以及成本低廉等优点，被广泛应用于家用电器、汽车零部件、电子电气、建筑材料以及包装等领域，随着电子信息产业、新能源汽车及轨道交通等行业的快速发展，聚丙烯制品不仅需要满足良好的力学性能和加工性能，同时还需要具备较高的阻燃性能，以满足相关领域对材料安全性的要求。

2、然而，聚丙烯属于易燃高分子材料，极限氧指数低，燃烧过程容易发生熔滴，并且伴随大量热量释放，存在较大的火灾安全隐患，因此通常需要添加阻燃剂对其进行阻燃改性，目前聚丙烯阻燃体系主要包括卤系阻燃体系和无卤阻燃体系，由于卤系阻燃剂在燃烧过程中容易产生腐蚀性和有毒烟气，已经难以适应环保要求以及市场的应用，无卤阻燃体系因具有低烟、低毒以及环境友好等优点，逐渐成为聚丙烯阻燃改性的主力发展方向，在现有无卤阻燃体系中，以聚磷酸铵为代表的膨胀型阻燃体系因为具有较好的阻燃效果而得到广泛应用，该类阻燃体系通常通过酸源、碳源和气源之间的协同作用，在材料表面形成膨胀炭层，从而阻隔热量和氧气传递提升材料的阻燃性能，同时二氧化硅、硼系化合物等无机组分因为具有良好的耐热性和成炭促进的作用也常用于协效阻燃剂应用于聚丙烯阻燃体系，以改善炭层结构稳定性提升材料的耐火性能。

3、但是现有技术中通过多种阻燃组分的复配能够在一定程度上改善聚丙烯的阻燃性能，但大多数体系仍然采用各阻燃组分直接物理混合后加入聚丙烯进行熔融共混，由于不同阻燃组分之间相容性具有差异，在加工过程中容易发生团聚，导致各组分在聚丙烯基体中的分散性差，阻燃组分之间难以形成稳定的协同作用，阻燃效率受到限制，为了达到较高的阻燃等级，增加阻燃剂的添加量，有可能导致材料力学性能下降，此外部分现有技术虽然采用表面改性或多组分复配方式改善阻燃体系性能，但是更侧重于单一组分的改性，未能实现多组分之间的有效协同构建，各组分在燃烧过程中发挥作用的时序和方式存在差异，难以形成结构稳定以及连续致密的炭层，限制阻燃性能的进一步提升，因此如何提升硅硼磷阻燃组分之间的协同作用，提升阻燃剂的利用效率并且兼顾材料的力学性能，成为了现阶段亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种阻燃型复合塑料颗粒的制备工艺，解决了现有聚丙烯阻燃材料中，多组分阻燃剂通常采用简单物理混合方式加入聚丙烯基体，阻燃效率较低，如何提升聚丙烯材料的阻燃性能并兼顾材料的力学性能的问题。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

3、一种阻燃型复合塑料颗粒的制备工艺，包括以下制备步骤：

4、步骤一、将聚丙烯树脂、抗氧剂、润滑剂置于高速混合机中，800-1000rpm充分混合8-10min后，得到混合料；

5、步骤二、将混合料转移至双螺杆挤出机中，其中主加料口加入全部聚丙烯树脂以及抗氧剂、润滑剂同时加入部分硅硼磷协同阻燃剂，当物料进入第三区熔融混炼后，通过侧喂料装置加入另一部分硅硼磷协同阻燃剂，设置各区温度与螺杆转速,控制喂料速率与螺杆转速匹配，使物料在机筒内熔融混炼的停留时间≤2min，熔融挤出形成塑料条；

6、步骤三、控制塑料条牵引速度与挤出线速度，使塑料条进入70-75℃热风保温区，停留60-65s后，再经18-22℃循环冷却水槽冷却1-2min,切粒后得到复合塑料颗粒；

7、所述硅硼磷协同阻燃剂具有硅-硼-磷梯度复合结构，其中硅组分和硼组分预先经硅烷偶联剂复合再与磷系阻燃成分进行复合。

8、通过上述技术方案，本发明首先对硅硼组分进行复合改性，并进一步与聚磷酸铵等阻燃组分复合制备硅硼磷复合阻燃体系，再与聚丙烯进行熔融共混，与传统将各阻燃组分直接物理混合后加入聚丙烯的方法相比，本发明预先构建复合阻燃体系使得不同阻燃组分能够形成较为稳定的复合结构，在熔融加工过程中能够减少各组分单独分散所产生的不均匀现象，提高阻燃组分之间的协同作用，从而提升阻燃剂的利用效率，由于阻燃组分以复合体系的形式加入聚丙烯基体，并且前段加入部分阻燃剂有利于建立均匀分散体系，后段加入剩余阻燃剂能够减少阻燃剂长时间受热降解，提高阻燃剂活性，在相同阻燃剂添加量下可以获得更好的阻燃性能，无需依赖进一步提高阻燃剂添加量实现阻燃效果，能够降低高填充阻燃剂对聚丙烯力学性能的不利影响，使得材料在获得较高阻燃性能的同时保持较好的综合力学性能。

9、进一步地，步骤一中，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂的复配物；所述润滑剂为酰胺类润滑剂；按聚丙烯树脂80-120重量份计，所述受阻酚类抗氧剂为0.2-0.8重量份，所述亚磷酸酯类抗氧剂为0.1-0.4重量份；所述酰胺类润滑剂为0.3-1.2重量份。

10、进一步地，步骤二中，按聚丙烯树脂80-120重量份数计，所述硅硼磷协同阻燃剂总重量份为18-24份；所述部分硅硼磷协同阻燃剂的重量份为总重量份的60-65%；所述另一部分硅硼磷协同阻燃剂的重量份为总重量份的35-40%。

11、进一步地，步骤二中，所述双螺杆挤出机各区温度为一区170-175℃、二区180-185℃、三区185-190℃、四区190-195℃、机头温度为185-190℃，螺杆转速为300-500rpm。

12、进一步地，步骤三中，所述控制塑料条牵引速度与挤出线速度具体为塑料条牵引速度为挤出线速度的1.02-1.08倍。

13、进一步地，步骤二中，所述硅硼磷协同阻燃剂的制备方法包括以下步骤：

14、s1：将硼酸锌加入体积比为7-8:2-3的乙醇水溶液中，混合均匀后，加入空心二氧化硅微球，超声处理30-35min后，加入kh560硅烷偶联剂,调节ph，室温下预水解20-25min后，升温至70-75℃反应2-3h，过滤、使用无水乙醇洗涤2-3次后烘干，粉碎过200-250目筛，收集产物得到硅硼复合颗粒；

15、s2：将聚磷酸铵加入体积比为8.5-9:1-1.5的无水乙醇与去离子水混合溶液中，充分搅拌分散后，加入植酸，50-55℃下搅拌40-45min，加入木质素，继续搅拌1-1.5h，采用0.1-0.2mol/l的醋酸调节ph至4-6，升温至75-80℃保温30-40min,在聚磷酸铵表面形成植酸-木质素复合层，经后处理后得到阻燃基料；

16、s3：将硅硼复合颗粒加入阻燃基料中，加入去离子水配制成质量分数为20%的浆料，1500rpm的转速下剪切30min，喷雾干燥处理；结束后收集产物，得到硅硼磷协同阻燃剂。

17、通过上述技术方案，本发明构建了由硅组分、硼组分和磷组分组成的复合阻燃体系，形成具有梯度分布特征的复合结构硅硼磷协同阻燃剂，其以空心二氧化硅微球为内核，以硅烷偶联剂固定的硅硼复合层作为中间层，以聚磷酸铵、植酸和木质素形成的磷碳复合阻燃层为外层，从而构建出硅-硼-磷梯度协同阻燃结构，该结构中各组分在材料燃烧过程中发挥不同作用并形成协同阻燃效应，其中聚磷酸铵受热分解形成聚磷酸，可以促进聚丙烯表面形成炭层，减少可燃挥发物释放，硅组分在高温条件下有利于形成稳定的无机保护层，提高炭层的完整性和热稳定性，硼组分受热生成硼氧化物，可以进一步促进保护层形成，并提高炭层的耐热性和连续性，通过三者的共同作用，使得燃烧过程中形成的保护层有效阻隔热量和氧气向材料内部传递，同时抑制可燃气体逸出，从而提升聚丙烯材料的阻燃效率。

18、进一步地，步骤s1中，调节ph为使用浓度为0.5-1mol/l的冰乙酸调节溶液ph为4-5。

19、进一步地，步骤s1中，所述kh560加入量为硼酸锌质量的5-15%；硼酸锌与空心二氧化硅微球的质量比为0.3-0.8:1。

20、进一步地，步骤s1中，所述空心二氧化硅微球的粒径为1-50μm，壁厚为0.1-5μm。

21、进一步地，步骤s2中，所述后处理过程具体为：过滤、经无水乙醇洗涤2-3次后，60-80℃下真空干燥至恒重并粉碎过200-250目筛后收集产物。

22、进一步地，步骤s2中，植酸的加入量为聚磷酸铵质量的50-70%；木质素的加入量为聚磷酸铵质量的45-60%；植酸与木质素的质量比为0.8-1.5:1。

23、进一步地，步骤s3中，所述喷雾干燥处理的具体设置条件为：进风温度160-170℃、出风温度80-90℃、雾化压力0.6-0.8mpa、进料速度5-6ml/min。

24、本发明的有益效果：

25、（1）本发明采用硅、硼、磷复合阻燃体系，提高了阻燃剂的阻燃效率，在相同阻燃剂添加量下即可有效提升聚丙烯材料的阻燃性能；

26、（2）本发明在提高聚丙烯材料阻燃性能的同时，能够较好的保持材料的力学性能，提高材料的综合使用能力；

27、（3）本发明制备方法简单，工艺稳定易于推广应用，具有良好的工业应用前景。

28、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。