一种轻质阻燃增强聚酰胺组合物及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种轻质阻燃增强聚酰胺组合物及其复合材料的制备方法，该聚酰胺组合物包括以下重量份的各成分：聚酰胺树脂：25‑65重量份，阻燃剂：8‑18重量份，阻燃协效剂：3‑8重量份，无碱玻璃纤维：20‑40重量份，改性空心无机粉体：3‑27重量份，和，增容剂：1‑10重量份；其中，聚酰胺树脂包括聚酰胺5X树脂。本发明专利技术的聚酰胺组合物，在降低聚酰胺复合材料密度的前提下，使复合材料的力学性能、耐热性能、阻燃性能等有所提高，上述各成分及其含量都对轻质阻燃增强聚酰胺的密度改进和机械性能的提升有密不可分的作用，本发明专利技术的轻质阻燃增强聚酰胺组合物，赋予了聚酰胺复合材料新的性能，可用于汽车仪表盘、建筑装饰、电子电气等领域。

Lightweight flame retardant reinforced polyamide composition and preparation method thereof

The invention discloses a light flame-retardant reinforced polyamide composition and its composite material. The polyamide composition includes the components of the following weight parts: polyamide resin: 25 weight 65 weight portions, flame retardants, 18 weight portions, flame retardant synergist: 3 8 weight portions, alkali free glass fiber: 20 40 weight portions, 20 Hollow hollow inorganic powder: 3, 27 weight parts, and compatibilizer: 1, 10 weight parts; polyamide resin including polyamide 5X resin. The polyamide composition of the invention improves the mechanical properties, heat resistance and flame retardancy of the composite material on the premise of reducing the density of Polyamide Composites. The above components and their content are inseparable for the improvement of density and mechanical properties of light flame-retardant and enhanced polyamides. The light flame-retardant reinforced polyamide composition gives the new properties of Polyamide Composites and can be used in automotive dashboard, architectural decoration, electronic and electrical and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种轻质阻燃增强聚酰胺组合物及其制备方法
本专利技术涉及一种轻质阻燃增强聚酰胺组合物及其制备方法。
技术介绍
聚酰胺是指高分子链上具有酰胺基重复单元的聚合物，其具有良好的综合性能，例如：高强度和韧性、高耐热性、耐磨性、耐化学药品性，还具有自润滑性、自熄性、易加工等特色，是实现“以塑代钢”理念的主要聚合物材料之一。20世纪50年代以来，通过聚合物改性方法开发了一系列的具有更加优异性能的聚酰胺工程塑料，应用领域不断拓展。聚酰胺改性是当今研究的热门。通过改性获得一种具有特殊性能的新材料，相较于新型聚合物的研发而言，是一种相对低成本、简洁而直接的方法。所谓聚合物改性，就是通过物理和机械方法在聚合物中加入无机或有机物质，或将不同类型的聚合物共混，或用化学方法实现聚合物的共聚、接枝、嵌段、交联，或将上述方法联用，以达到使材料的制造成本下降，成型加工性能或最终使用性能得到改善，或使聚合物材料仅在表面以及电、磁、光、热、声、燃烧等方面赋予独特功能的效果。聚合物改性关键在于“改”，改就是扬长补短，发扬和保留聚合物已有的优异性能，抑制和克服聚合物的缺点，并根据实际需要赋予聚合物新的性能。聚合物改性就是在聚合物的使用性能、加工性能和生产成本三者之间寻求一个最佳的平衡点。在对聚酰胺进行改性过程中，通常会选择滑石粉、云母、碳酸钙、硅灰石、玻璃纤维、阻燃剂等无机材料进行共混改性，得到聚酰胺基复合材料，以进一步提高聚酰胺的刚性、耐热性、尺寸稳定性、耐化学药品性、表明光泽度、燃烧性等。但无机材料的密度通常比聚酰胺树脂的大，导致复合材料的密度过大。以玻璃纤维为例，其作为一种性能优异的无机非金属材料，优点是绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好、机械强度高。玻璃纤维通常用作复合材料中的增强材料、电绝缘材料和绝热保温材料，相关产品应用于国民经济各个领域。但是，玻璃纤维的密度在2.4-2.6g/cm3之间，是聚酰胺密度的一倍以上，将二者制备成复合材料后，其密度在1.2-1.8g/cm3之间，大于基体聚酰胺树脂的密度，从而使是玻璃纤维增强聚酰胺复合材料在轻量化方面的应用受到很大限制。再以阻燃剂为例，聚酰胺工程塑料在电子电气领域的应用，对阻燃性能有很高的要求。然而，聚酰胺的自熄性满足不了在电子电气领域的阻燃要求，因此，在改性过程中需要添加阻燃剂，进一步提高聚酰胺工程塑料的阻燃级别。并且，在有些应用领域，希望聚酰胺复合材料不仅具有优良的使用性能，同时期望复合材料本身具有更低的密度，如汽车轻量化，期望在保证汽车的强度和安全性能的前提下，尽可能地降低汽车的整备质量(重量)，从而提高汽车的动力性，减少燃料消耗，降低排气污染。实验已经证明，汽车质量降低一半，燃料消耗也会降低将近一半。由于环保和节能的需要，汽车的轻量化已经成为世界汽车发展的潮流。目前，轻质聚酰胺材料的制备一般通过发泡技术实现，比如发泡聚苯乙烯(XPS)、发泡聚丙烯(XPP)等。但发泡过程中，微泡的形状、大小等难以控制，通常使聚酰胺材料制品内部产生缺陷，丧失部分优良性能，并且发泡材料往往由于气孔比较大，缺陷多，也常使聚合物材料的力学性能大幅度下降。聚酰胺5X是一种新型的高分子聚合物，尚处于研发的初级阶段，因此，以其为基料，制备轻质聚合材料，是现有高分子聚合领域一项重大的挑战。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有技术中轻质聚合材料难以满足现有对轻质的要求、性能差、缺陷多的问题，提供了一种新型的轻质阻燃增强聚酰胺组合物及其复合材料制备方法。本专利技术的轻质阻燃增强聚酰胺组合物能在降低整体密度的同时，提高其力学性能、耐热性能等，同时能够改善聚酰胺的加工流动性。本专利技术的目的之一：一种聚酰胺组合物，所述聚酰胺组合物包括以下重量份的各成分：聚酰胺树脂：25-65重量份，阻燃剂：8-18重量份，阻燃协效剂：3-8重量份，无碱玻璃纤维：20-40重量份，改性空心无机粉体：3-27重量份，和，增容剂：1-10重量份；其中，所述聚酰胺树脂包括聚酰胺5X树脂。以下对上述技术方案的优选的技术方案进行说明：本专利技术一个优选的技术方案，所述聚酰胺5X是指以1,5-戊二胺和二元羧酸为单体聚合得到的聚酰胺。其中所述二元羧酸可以是短链二元酸(碳链上碳原子数小于10)，也可以是长碳链二元酸；其中，所述短链二元酸优选包括丁二酸，戊二酸，己二酸，庚二酸，辛二酸，壬二酸，癸二酸，优选己二酸，癸二酸；所述长碳链二元酸优选包括十一碳二元酸，十二碳二元酸，十三碳二元酸，十四碳二元酸，十五碳二元酸，十六碳二元酸，十七碳二元酸，十八碳二元酸，马来酸，Δ9-1,18十八烯二元酸。本专利技术一个优选的技术方案，所述聚酰胺树脂还可以包括聚酰胺5X树脂以外的其它聚酰胺树脂，所述其他聚酰胺包括：聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺69、聚酰胺610、聚酰胺612、聚酰胺1010、聚酰胺11、聚酰胺12和聚酰胺1414中的一种或多种。本专利技术一个优选的技术方案，所述聚酰胺5X包括来自生物基的聚酰胺单体经聚合得到的聚酰胺；所述生物基聚酰胺单体优选为通过生物发酵方法得到，或通过可持续的天然化合物经化学工艺加工获得。优选所述1,5-戊二胺为通过生物发酵方法获得。本专利技术一个优选的技术方案，所述聚酰胺5X包括35-100％的生物质来源。本专利技术一个优选的技术方案，所述聚酰胺5X的96％(质量百分比)硫酸的相对粘度为2.4-3.2。本专利技术一个优选的技术方案，所述聚酰胺5X优选聚酰胺56。所述聚酰胺56为以1,5-戊二胺和己二酸为原料聚合得到。所述聚酰胺56的96％(质量百分比)硫酸的相对粘度优选2.4-3.2。本专利技术一个优选的技术方案，所述改性空心无机粉体包括以偶联剂对空心无机粉体进行改性处理后得到的改性空心无机粉体。所述改性空心无机粉体的重量份优选8-20重量份。其中，所述偶联剂包括：硅烷类偶联剂和/或钛酸酯类偶联剂；所述硅烷类偶联剂优选包括：γ-氨丙基三乙氧基硅烷(NH2CH2CH2CH2Si(OC2H5)3，商品名：KH550)、g-氨丙基三甲氧基硅烷(NH2(CH2)3Si(OCH3)3，商品名：KH551)、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷(CH2-CH(O)CH2-O(CH2)3Si(OCH3)3，商品名：KH560)、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(CH3CCH2COO(CH2)3Si(OCH3)3，商品名：KH570)、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷(NH2CH2CH2NH2CH2CH2CH2SiCH3(OCH3)2，商品名：KH602)、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷(NH2CH2CHNHCH2CH2CH2Si(OCH3)3，商品名：KH792)和乙烯基三乙氧基硅烷(CH2＝CHSi(OCH2CH3)3，商品名：KH151)中的一种或多种；所述钛酸酯类偶联剂优选包括：异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯(C55H111O9Ti，商品名：NDZ101)、异丙基三油酸酰氧基(三辛基磷酸酰氧基)钛酸酯(C54H106O7Ti，商品名：NDZ105)、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯(C51H112O22P6Ti，商品名：NDZ201)和双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯(C34H74O16P4Ti、商品名：NDZ311)中的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚酰胺组合物，其特征在于：所述聚酰胺组合物包括以下重量份的各成分：聚酰胺树脂：25‑65重量份，阻燃剂：8‑18重量份，阻燃协效剂：3‑8重量份，无碱玻璃纤维：20‑40重量份，改性空心无机粉体：3‑27重量份，和，增容剂：1‑10重量份；其中，所述聚酰胺树脂包括聚酰胺5X树脂。

【技术特征摘要】
1.一种聚酰胺组合物，其特征在于：所述聚酰胺组合物包括以下重量份的各成分：聚酰胺树脂：25-65重量份，阻燃剂：8-18重量份，阻燃协效剂：3-8重量份，无碱玻璃纤维：20-40重量份，改性空心无机粉体：3-27重量份，和，增容剂：1-10重量份；其中，所述聚酰胺树脂包括聚酰胺5X树脂。2.如权利要求1所述聚酰胺组合物，其特征在于：所述聚酰胺5X是指以1,5-戊二胺和二元羧酸为单体聚合得到的聚酰胺；其中所述二元羧酸包括丁二酸、戊二酸、己二酸、庚二酸、辛二酸、壬二酸、癸二酸、十一碳二元酸、十二碳二元酸、十三碳二元酸、十四碳二元酸、十五碳二元酸、十六碳二元酸、十七碳二元酸、十八碳二元酸、马来酸和Δ9-1,18十八烯二元酸中的一种或多种。3.如权利要求2所述聚酰胺组合物，其特征在于：所述聚酰胺5X包括来自生物基的聚酰胺单体经聚合得到的聚酰胺；所述生物基聚酰胺单体优选通过生物发酵方法得到；所述聚酰胺5X优选包括35-100％的生物质来源；所述聚酰胺5X优选聚酰胺56；所述聚酰胺5X的96％硫酸的相对粘度为2.4-3.2；和/或，所述聚酰胺树脂还包括聚酰胺5X树脂以外的其它聚酰胺树脂，所述其他聚酰胺包括：聚酰胺6、聚酰胺66、聚酰胺69、聚酰胺610、聚酰胺612、聚酰胺1010、聚酰胺11、聚酰胺12和聚酰胺1414中的一种或多种。4.如权利要求1-3任一项所述聚酰胺组合物，其特征在于：所述改性空心无机粉体包括以偶联剂对空心无机粉体进行改性处理后得到的改性空心无机粉体；所述改性空心无机粉体的重量份优选8-20重量份。5.如权利要求4所述聚酰胺组合物，其特征在于：所述偶联剂包括：硅烷类偶联剂和/或钛酸酯类偶联剂；所述硅烷类偶联剂优选包括：γ-氨丙基三乙氧基硅烷、g-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ-氨丙基三甲氧基硅烷和乙烯基三乙氧基硅烷中的一种或多种；所述钛酸酯类偶联剂优选包括：异丙基二油酸酰氧基(二辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三油酸酰氧基(三辛基磷酸酰氧基)钛酸酯、异丙基三(二辛基焦磷酸酰氧基)钛酸酯和双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯中的一种或多种；所述空心无机粉体包括空心玻璃微珠、空心陶瓷粉、空心二氧化钛中的一种或多种；所述空心无机粉体的粒径优选35-70μm；所述空心无机粉体的真密度优选0.10-0.64g/m3。6.如权利要求4所述聚酰胺组合物，其特征在于：所述改性空心无机粉体的制备方法包括以下步骤：(1)在搅拌条件下，将雾状的偶联剂的乙醇-水的溶液，喷入空心无机粉体中，混合，得中产物；(2)将中产物干燥，即可。7.如权利要求6所述聚酰胺组合物，其特征在于：所述偶联剂的乙醇-水的溶液的浓度为20-40％，所述百分比为偶联剂占乙醇-水溶液的质量百分比；和/或，所述空心无机粉体和所述偶联剂的重量份之比为(3-25)：(0.01-2)；和/或，所述混合时的转速优选600-800rpm；和/或，所述混合时的温度优选60-80℃；和/或，所述混合的时间优选3-5min；和/或，所述干燥的温度优选70-90℃，更优选75-85℃；和/或，所述干燥的时间优选8-16h，更优选10-14h，最优选11-13h...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪生，胡定军，张志海，刘修才，
申请(专利权)人：上海凯赛生物技术研发中心有限公司，凯赛生物产业有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31