本發(fā)明涉及聚丙烯塑料，具體為一種功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料和制備方法。

背景技術(shù)：

1、聚丙烯（pp）由于易于加工，高耐化學(xué)性和良好的穩(wěn)定性而被認(rèn)為是重要的聚合材料，因此，聚丙烯被廣泛用于建筑材料，交通運(yùn)輸，電氣工程，醫(yī)療設(shè)備等領(lǐng)域，但是，聚丙烯是一種線型熱塑性聚合物，相對較易燃燒，在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生熔融液滴，并釋放出大量的熱量和有毒煙霧，由此引發(fā)了大量與火災(zāi)有關(guān)的事故，這限制其更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，因此，對聚丙烯塑料進(jìn)行阻燃性改性成了拓展其應(yīng)用的重要方向。

2、為改善聚丙烯塑料的阻燃性，科研者們做了大量的研究，其中中國專利公開號cn103467852b的專利，其公開了一種聚丙烯阻燃塑料，以及中國專利公開號cn1252170c的專利，其公開了無鹵阻燃聚丙烯材料，盡管兩者均改善了聚丙烯塑料的阻燃能力，但仍具有添加量多，阻燃效果不理想的問題，含磷的阻燃劑，例如紅磷，磷酸鹽，被認(rèn)為是含鹵阻燃劑的最佳替代品之一，在燃燒過程中主要通過冷凝相和氣相達(dá)到阻燃的作用，含氮硫的阻燃劑是含磷阻燃劑的增效劑，通過增加燃燒過程中不可燃?xì)怏w的釋放，有效基體的提升阻燃性，但小分子的阻燃劑在使用過程中易出現(xiàn)析出等減少阻燃效果的行為，將其接枝在無機(jī)物表面是減少該行為的重要方法，納米二氧化硅是一種無毒安全的白色粉末狀物質(zhì)呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，能夠作為阻燃劑的載體，發(fā)生協(xié)同作用，提升阻燃效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料和制備方法，解決了傳統(tǒng)聚丙烯塑料機(jī)械性能低，阻燃性差的問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：一種功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料，所述功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料制備方法包括以下步驟：

3、（1）按照二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100份，甲苯為2500-6000份，間苯二甲基異氰酸酯15-30份，將二氧化硅超聲分散在甲苯溶劑中，然后再加入間苯二甲基異氰酸酯，在氮?dú)夥諊?，攪拌均勻，并?0-100℃下反應(yīng)0.5-2h，待反應(yīng)結(jié)束后，冷卻，過濾，使用乙醇洗滌，得到異氰酸酯基二氧化硅；

4、（2）將異氰酸酯基二氧化硅超聲分散在丙酮溶劑中，然后再加入二月桂酸二丁基錫和環(huán)氧丙醇，攪拌均勻后，進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，過濾，使用乙醇洗滌，得到環(huán)氧化二氧化硅；

5、（3）將環(huán)氧化二氧化硅，分子式為c5h8cl2o6p2的螺環(huán)磷酰二氯和催化劑四氯化鈦放置在反應(yīng)容器中，攪拌均勻后，進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，過濾，使用乙醇洗滌，得到螺環(huán)磷酰氯基二氧化硅；

6、（4）將2-氨基噻唑，三乙胺（tea）溶解在二氯甲烷中，攪拌均勻后，加入螺環(huán)磷酰氯基二氧化硅，并回流進(jìn)行反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，過濾，使用飽和碳酸氫鈉溶液和去離子水分別洗滌，得到噻唑基螺環(huán)磷?；趸?；

7、（5）將聚丙烯顆粒，噻唑基螺環(huán)磷酰基二氧化硅，增塑劑檸檬酸三乙酯和抗氧化劑bha加入到高速混合機(jī)中混合均勻后，再使用雙螺桿擠出機(jī)在160-200℃下進(jìn)行擠出，最后使用注塑機(jī)定型，得到功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料。

8、優(yōu)選的，所述步驟（2）中異氰酸酯基二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100份，丙酮為1500-4000份，二月桂酸二丁基錫為0.5-3份，環(huán)氧丙醇為12-30份。

9、優(yōu)選的，所述步驟（2）中反應(yīng)溫度為35-60℃，反應(yīng)時(shí)間為3-8h。

10、優(yōu)選的，所述步驟（3）中環(huán)氧化二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100份，螺環(huán)磷酰二氯為25-60份，四氯化鈦為0.04-0.1份。

11、優(yōu)選的，所述步驟（3）中反應(yīng)溫度為40-70℃，反應(yīng)時(shí)間為2-6h。

12、優(yōu)選的，所述步驟（4）中2-氨基噻唑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15-40份，三乙胺為18-50份，二氯甲烷1200-3000份，螺環(huán)磷酰氯基二氧化硅為100份。

13、優(yōu)選的，所述步驟（4）中反應(yīng)溫度為20-40℃，反應(yīng)時(shí)間為6-15h。

14、優(yōu)選的，所述步驟（5）中聚丙烯顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100份，噻唑基螺環(huán)磷?；趸铻?-6份，檸檬酸三乙酯為0.5-2份，bha為0.8-3份。

15、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具備以下實(shí)驗(yàn)原理和有益技術(shù)效果：

16、該一種功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料，首先使用間苯二甲基異氰酸酯對二氧化硅進(jìn)行改性，得到異氰酸酯基二氧化硅，然后再以二月桂酸二丁基錫為催化劑，使得異氰酸酯基二氧化硅的異氰酸酯與環(huán)氧丙醇的羥基進(jìn)行反應(yīng)，得到環(huán)氧化二氧化硅，接著以四氯化鈦為催化劑，使得螺環(huán)磷酰二氯的氯原子與環(huán)氧化二氧化硅的環(huán)氧基團(tuán)發(fā)生開環(huán)反應(yīng)，得到螺環(huán)磷酰氯基二氧化硅，然后再以三乙胺為縛酸劑，使得2-氨基噻唑的氨基與螺環(huán)磷酰氯基二氧化硅的氯原子發(fā)生取代反應(yīng)，得到噻唑基螺環(huán)磷酰基二氧化硅，最后以聚丙烯為基體，以噻唑基螺環(huán)磷酰基二氧化硅為阻燃改性劑，制備得到功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料。

17、該一種功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料，相對于傳統(tǒng)的聚丙烯塑料，添加了噻唑基螺環(huán)磷酰基二氧化硅改性后的聚丙烯塑料具有更好的機(jī)械性能與阻燃性能，其中，在聚丙烯基體中添加二氧化硅后，改性后的二氧化硅的分散性得到顯著提升，使得其均勻分散在聚丙烯塑料內(nèi)部，從而形成了具有優(yōu)良剝離態(tài)的新型結(jié)構(gòu)，提升了聚丙烯材料受外力作用時(shí)應(yīng)力的分散行為，避免了由應(yīng)力集中而造成的破壞，而且二氧化硅能夠促進(jìn)聚丙烯結(jié)晶時(shí)的異相成核行為，提升聚丙烯的結(jié)晶度，增加了聚丙烯塑料的機(jī)械性能，二氧化硅與含磷類阻燃劑之間具有協(xié)同作用，在受熱時(shí)，能夠與含磷類阻燃劑分解成的磷酸類物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，生成含硅鋁磷酸類耐熱性物質(zhì)，在附著在碳層表面時(shí)，顯著增加了碳層的抗氧化耐熱的性能，并進(jìn)一步增加了碳層的緊實(shí)程度，提升聚丙烯塑料的殘?zhí)柯?，降低聚丙烯燃燒時(shí)的熱釋放速率，而且二氧化硅上接枝的含氮硫阻燃劑在燃燒時(shí)，能夠釋放出大量的如水蒸氣，氮?dú)?，二氧化硫等難燃性氣體，通過稀釋空氣中的氧氣和其它易燃性揮發(fā)物的濃度，并對可燃物進(jìn)行降溫，達(dá)到制止燃燒的目的，從而與二氧化硅和含磷阻燃劑之前發(fā)生協(xié)同作用，進(jìn)一步增加聚丙烯的阻燃性，除此之外，將小分子阻燃劑接枝在二氧化硅表面，減少了由于析出而造成的阻燃劑流失行為，增加了聚丙烯阻燃的穩(wěn)定性。

技術(shù)特征：

1.一種功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料，其特征在于：所述功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料的制備方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料，其特征在于：所述步驟（2）中異氰酸酯基二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100份，丙酮為1500-4000份，二月桂酸二丁基錫為0.5-3份，環(huán)氧丙醇為12-30份。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料，其特征在于：所述步驟（2）中反應(yīng)溫度為35-60℃，反應(yīng)時(shí)間為3-8h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料，其特征在于：所述步驟（3）中環(huán)氧化二氧化硅的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100份，螺環(huán)磷酰二氯為25-60份，四氯化鈦為0.04-0.1份。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料，其特征在于：所述步驟（3）中反應(yīng)溫度為40-70℃，反應(yīng)時(shí)間為2-6h。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料，其特征在于：所述步驟（4）中2-氨基噻唑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15-40份，三乙胺為18-50份，二氯甲烷1200-3000份，螺環(huán)磷酰氯基二氧化硅為100份。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料，其特征在于：所述步驟（4）中反應(yīng)溫度為20-40℃，反應(yīng)時(shí)間為6-15h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料，其特征在于：所述步驟（5）中聚丙烯顆粒的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為100份，噻唑基螺環(huán)磷酰基二氧化硅為2-6份，檸檬酸三乙酯為0.5-2份，bha為0.8-3份。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及聚丙烯塑料技術(shù)領(lǐng)域，且公開了一種功能化二氧化硅改性聚丙烯阻燃塑料，相對于傳統(tǒng)的聚丙烯塑料，添加了噻唑基螺環(huán)磷?；趸韪男院蟮木郾┧芰暇哂懈玫臋C(jī)械性能與阻燃性能，其中，在聚丙烯基體中添加二氧化硅后，增加了聚丙烯塑料的機(jī)械性能，二氧化硅與含磷類阻燃劑之間具有協(xié)同作用，提升聚丙烯塑料的阻燃性，二氧化硅上接枝的含氮硫阻燃劑在燃燒時(shí)，與二氧化硅和含磷阻燃劑之前發(fā)生協(xié)同作用，進(jìn)一步增加聚丙烯的阻燃性，除此之外，將小分子阻燃劑接枝在二氧化硅表面，減少了由于析出而造成的阻燃劑流失行為，增加了聚丙烯阻燃的穩(wěn)定性。

技術(shù)研發(fā)人員：陳武,梁青,劉繼華
受保護(hù)的技術(shù)使用者：武漢市威琪寅科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9