本發(fā)明屬于高分子材料改性領(lǐng)域，具體涉及一種低密度加硬透明阻燃聚丙烯材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
：聚丙烯(pp)具有合成工藝簡單、綜合性能優(yōu)良及價格相對低廉，同時又容易進(jìn)行改性等特點，使得其改性新材料層出不窮。隨著人類環(huán)保和安全意識的提高，特別是日用小家電類產(chǎn)品，對產(chǎn)品輕量化和阻燃特性的要求越來越高。另一方面，聚丙烯材料本身表面硬度不高，特別是阻燃材料由于阻燃劑的加入更加會降低材料表面硬度，造成制件在運輸和使用的過程中易刮傷、擦傷的現(xiàn)象，從而影響電器的外殼美觀性和使用壽命。另外，通體透明的家電產(chǎn)品可以讓用戶很方便地了解其內(nèi)部構(gòu)造和運作狀況，在拆卸、維護(hù)時也很容易，且使用更方便，能更好地滿足家庭的裝飾效果。因此開發(fā)具有高表面硬度、耐刮擦性優(yōu)異的透明阻燃聚丙烯材料具有廣闊的市場前景，可廣泛應(yīng)用于電熨斗、電吹風(fēng)、吸塵器等產(chǎn)品外殼。納米二氧化硅是一種無機(jī)化工材料，俗稱白炭黑。由于是超細(xì)納米級，尺寸范圍在1～100nm，比表面積大，表面吸附力強，表面能大，化學(xué)純度高、分散性能好、熱阻、電阻等方面具有特異的性能，以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補強性、增稠性和觸變性，在眾多學(xué)科及領(lǐng)域內(nèi)獨具特性，如具有對抗紫外線的光學(xué)性能，能提高其他材料抗老化、硬度和耐化學(xué)性能，同時對溴季戊四醇膦酸酯類阻燃劑有一定的協(xié)效作用。中國發(fā)明專利cn103910933a公開了一種高硬度耐刮擦聚丙烯材料及其制備方法，通過添加以聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚丙烯接枝馬來酸酐與苯乙烯馬來酸酐共聚物混合而成的聚甲基丙烯酸甲酯組合物來改善聚丙烯材料表面硬度低的缺點，達(dá)到改善耐刮擦的效果，但聚丙烯與聚甲基丙烯酸甲酯組合物的相容性較差，制得的材料物理性能差。中國發(fā)明專利cn106432908a公開了一種透明阻燃聚丙烯及其制備方法，通過加入成核劑和阻燃劑來提高聚丙烯材料的透明性和阻燃性，但材料表面硬度欠佳，影響應(yīng)用范圍。技術(shù)實現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的在于提供一種低密度加硬透明阻燃聚丙烯材料及其制備方法，通過先用偶聯(lián)劑對納米二氧化硅和空心玻璃微珠進(jìn)行表面活化處理后，與阻燃劑復(fù)配使用，使得制備的聚丙烯復(fù)合材料質(zhì)輕、表面硬度高、透明性好，產(chǎn)品性能優(yōu)異，并符合ul94v-2，同時，還能減小阻燃劑的用量，降低成本。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)：本發(fā)明涉及一種低密度加硬透明阻燃聚丙烯材料，該材料包括以下組分及質(zhì)量份數(shù)：聚丙烯樹脂72.2-95.8份，納米二氧化硅1-10份，空心玻璃微珠1-15份，阻燃劑0.7-1.7份，成核劑0.1-0.5份，偶聯(lián)劑0.2-0.6份，抗氧劑0.1-0.5份，潤滑劑0.1-0.5份。進(jìn)一步地，所述聚丙烯樹脂為均聚聚丙烯或共聚聚丙烯的一種或兩種，其熔體流動速率在230℃，2.16kg條件下為2～50g/10min。進(jìn)一步地，所述納米二氧化硅的粒徑為1-100nm。進(jìn)一步地，所述空心玻璃微珠的粒徑為10-250μm。進(jìn)一步地，所述阻燃劑為磷氮溴系阻燃劑，具體為溴季戊四醇磷酸酯類阻燃劑。進(jìn)一步地，所述成核劑為山梨醇類、有機(jī)磷酸鹽類、有機(jī)羧酸鹽類、支化酰胺類成核劑中的至少一種。進(jìn)一步地，所述偶聯(lián)劑為硅烷偶聯(lián)劑。進(jìn)一步地，所述抗氧劑為四[β-(3,5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯與亞磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯按重量比1：(1-2)的復(fù)合物。進(jìn)一步地，所述潤滑劑為硅油、白礦油、脂肪酸酰胺、硬脂酸鋇、硬脂酸鎂、石蠟、聚乙烯蠟、乙撐雙硬脂酸酰胺、乙烯-醋酸乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物中的至少一種。制備低密度加硬透明阻燃聚丙烯材料的方法，包括以下步驟：步驟一：先用偶聯(lián)劑對納米二氧化硅和空心玻璃微珠進(jìn)行表面活化處理；步驟二：按質(zhì)量份數(shù)稱取聚丙烯樹脂、經(jīng)偶聯(lián)劑表面活化處理的納米二氧化硅和空心玻璃微珠、阻燃劑、成核劑、抗氧劑和潤滑劑，在高速混合機(jī)里混合1-3min，混合均勻后加入到平行雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)過熔融擠出，然后造粒、冷卻，得到低密度加硬透明阻燃聚丙烯材料。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明先用偶聯(lián)劑對納米二氧化硅和空心玻璃微珠進(jìn)行表面活化處理，納米二氧化硅能大幅提高聚丙烯材料的硬度，空心玻璃微珠能使聚丙烯材料輕量化，并通過兩者與溴季戊四醇磷酸酯類阻燃劑復(fù)配使用，使得制備的聚丙烯復(fù)合材料質(zhì)輕、表面硬度高、透明性好，產(chǎn)品性能優(yōu)異，并符合ul94v-2，同時，還能降低阻燃劑的用量，降低成本。具體實施方式下面結(jié)合具體實施例和對比例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明：實施例1一種低密度加硬透明阻燃聚丙烯材料，其原料配方如表1所示，其制備方法包括以下步驟：步驟一：先用偶聯(lián)劑對納米二氧化硅和空心玻璃微珠進(jìn)行表面活化處理；步驟二：按質(zhì)量份數(shù)稱取聚丙烯樹脂、經(jīng)偶聯(lián)劑表面活化處理的納米二氧化硅和空心玻璃微珠、阻燃劑、成核劑、抗氧劑和潤滑劑，在高速混合機(jī)里混合1-3min，混合均勻后加入到平行雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)過熔融擠出，然后造粒、冷卻，得到低密度加硬透明阻燃聚丙烯材料。具體材料性能如表2所示。其中擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為180～600轉(zhuǎn)/分，各區(qū)溫度為：一區(qū)160～180℃，二區(qū)190～220℃，三區(qū)190～220℃，四區(qū)190～220℃，五區(qū)190～220℃，六區(qū)190～220℃，七區(qū)190～220℃，八區(qū)190～220℃，機(jī)頭210～240℃。其中，聚丙烯樹脂為均聚pp，其熔體流動速率(230℃/2.16kg)為25g/10min，納米二氧化硅和空心玻璃微珠用硅烷偶聯(lián)劑kh550進(jìn)行表面活化處理，且納米二氧化硅的粒徑為50nm，空心玻璃微珠的粒徑為150μm，阻燃劑為溴季戊四醇膦酸酯類阻燃劑，成核劑為1,3-2,4-二(3,4-二甲基芐叉)山梨醇，抗氧劑為四[β-(3,5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯與亞磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯按重量比1:1的復(fù)合物，潤滑劑為乙撐雙硬脂酸酰胺。實施例2一種低密度加硬透明阻燃聚丙烯材料，其原料配方如表1所示，其制備方法同實施例1，具體材料性能如表2所示。其中，聚丙烯樹脂為均聚pp，其熔體流動速率(230℃/2.16kg)為25g/10min，納米二氧化硅和空心玻璃微珠用硅烷偶聯(lián)劑kh550進(jìn)行表面活化處理，且納米二氧化硅的粒徑為50nm，空心玻璃微珠的粒徑為150μm，阻燃劑為溴季戊四醇膦酸酯類阻燃劑，成核劑為1,3-2,4-二(3,4-二甲基芐叉)山梨醇，抗氧劑為四[β-(3,5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯與亞磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯按重量比1:1的復(fù)合物，潤滑劑為乙撐雙硬脂酸酰胺。實施例3一種低密度加硬透明阻燃聚丙烯材料，其原料配方如表1所示，其制備方法同實施例1，具體材料性能如表2所示。其中，聚丙烯樹脂為均聚pp，其熔體流動速率(230℃/2.16kg)為25g/10min，納米二氧化硅和空心玻璃微珠用硅烷偶聯(lián)劑kh550進(jìn)行表面活化處理，且納米二氧化硅的粒徑為50nm，空心玻璃微珠的粒徑為150μm，阻燃劑為溴季戊四醇膦酸酯類阻燃劑，成核劑為1,3-2,4-二(3,4-二甲基芐叉)山梨醇，抗氧劑為四[β-(3,5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯與亞磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯按重量比1:1的復(fù)合物，潤滑劑為乙撐雙硬脂酸酰胺。實施例4一種低密度加硬透明阻燃聚丙烯材料，其原料配方如表1所示，其制備方法同實施例1，具體材料性能如表2所示。其中，聚丙烯樹脂為均聚pp，其熔體流動速率(230℃/2.16kg)為25g/10min，納米二氧化硅和空心玻璃微珠用硅烷偶聯(lián)劑kh550進(jìn)行表面活化處理，且納米二氧化硅的粒徑為50nm，空心玻璃微珠的粒徑為150μm，阻燃劑為溴季戊四醇膦酸酯類阻燃劑，成核劑為1,3-2,4-二(3,4-二甲基芐叉)山梨醇，抗氧劑為四[β-(3,5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯與亞磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯按重量比1:2的復(fù)合物，潤滑劑為脂肪酸酰胺。實施例5一種低密度加硬透明阻燃聚丙烯材料，其原料配方如表1所示，其制備方法同實施例1，具體材料性能如表2所示。其中，聚丙烯樹脂為均聚pp，其熔體流動速率(230℃/2.16kg)為25g/10min，納米二氧化硅和空心玻璃微珠用硅烷偶聯(lián)劑kh550進(jìn)行表面活化處理，且納米二氧化硅的粒徑為50nm，空心玻璃微珠的粒徑為150μm，阻燃劑為溴季戊四醇膦酸酯類阻燃劑，成核劑為甲撐雙(2,4-二叔丁基苯氧基)磷酸鈉，抗氧劑為四[β-(3,5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯與亞磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯按重量比1:1的復(fù)合物，潤滑劑為乙撐雙硬脂酸酰胺。對比例普通低密度透明阻燃聚丙烯材料，其原料配方如表1所示，其制備方法包括以下步驟：按質(zhì)量份數(shù)稱取聚丙烯樹脂、阻燃劑、成核劑、抗氧劑和潤滑劑，在高速混合機(jī)里混合1-3min，混合均勻后加入到平行雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)過熔融擠出，然后造粒、冷卻，得到低密度加硬透明阻燃聚丙烯材料。具體材料性能如表2所示。其中擠出機(jī)的轉(zhuǎn)速為180～600轉(zhuǎn)/分，各區(qū)溫度為：一區(qū)160～180℃，二區(qū)190～220℃，三區(qū)190～220℃，四區(qū)190～220℃，五區(qū)190～220℃，六區(qū)190～220℃，七區(qū)190～220℃，八區(qū)190～220℃，機(jī)頭210～240℃。其中，聚丙烯樹脂為均聚pp，其熔體流動速率(230℃/2.16kg)為25g/10min，阻燃劑為溴季戊四醇膦酸酯類阻燃劑，成核劑為1,3-2,4-二(3,4-二甲基芐叉)山梨醇，抗氧劑為四[β-(3,5-二叔丁基4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯與亞磷酸三(2,4-二叔丁基苯基)酯按重量比1:1的復(fù)合物，潤滑劑為乙撐雙硬脂酸酰胺。表1實施例和對比例的低密度加硬透明阻燃聚丙烯材料的原料配方(按質(zhì)量份數(shù))組份實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5對比例聚丙烯樹脂91.587.783.195.872.297.3納米二氧化硅1.05.010.01.010.0/空心玻璃微珠5.05.05.01.015.0/阻燃劑1.51.30.91.70.72.1成核劑0.20.20.20.10.50.2偶聯(lián)劑0.30.30.30.20.6/抗氧劑0.20.20.20.10.50.2潤滑劑0.30.30.30.10.50.3表2實施例和對比例的低密度加硬透明阻燃聚丙烯材料性能性能實施例1實施例2實施例3實施例4實施例5對比例密度(g/cm3)0.940.960.990.931.050.92拉伸強度(mpa)33.634.234.833.135.032.5彎曲模量(mpa)168217451908157521361564izod缺口沖擊強度(kj/m2)4.54.33.94.73.54.2阻燃ul942.0mm(class)v-2v-2v-2v-2v-2v-2表面洛氏硬度97.898.6101.497.2102.391.5透光率(％)74.573.371.974.870.266.5由表2的實施例與對比例可以看出納米二氧化硅和空心玻璃微珠的加入，對聚丙烯材料的阻燃效果有明顯的協(xié)效作用，從而可降低阻燃劑的用量，且表面洛氏硬度也隨納米二氧化硅的增加而增大，同時，當(dāng)納米二氧化硅和空心玻璃微珠的總填充量達(dá)25％時，制備的聚丙烯材料密度1.05，相比其他填料更具有輕量化優(yōu)勢。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何屬于本
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁12