一种阻燃尼龙6组合物及其制备方法

技术领域

本发明涉及材料的技术领域，尤其涉及一种阻燃尼龙6组合物及其制备方法。

背景技术

尼龙(Nylon)，中文名聚酰胺，英文名称Polyamide(简称PA)，是分子主链上含有重复的酰胺基团热塑性树脂的总称。而尼龙6是尼龙中应用最为广泛的一种，为半透明或不透明乳白色结晶形聚合物。尼龙6具有最优越的综合性能，包括机械强度、刚度、韧度、机械减震性和耐磨性。这些特性，再加上良好的电绝缘能力和耐化学性，使尼龙6成为一种“通用级”材料，用于机械结构零件和可维护零件的制造。尼龙6属于可燃性材料，为了满足阻燃产品的要求，需要对尼龙6的阻燃性能进行改性。

目前，红磷是一种优良的无卤环保型阻燃剂，阻燃效率高，与其他阻燃剂相比，达到相同阻燃级别所需添加量少，因而对材料的物理力学性能影响小。但它也存在一些缺点：(1)红磷在空气中容易吸水，在聚合物中经过较长时间后，制品表面会吸湿氧化，制品表面会被腐蚀而出现性能下降、表面光泽度降低等问题。(2)红磷与树脂相容性差，难以分散均匀，使树脂熔融时粘度上升。(3)红磷易被冲击而引燃，干燥的红磷粉末具有燃烧及爆炸危险。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处而提供了一种阻燃尼龙6组合物及其制备方法。本发明的阻燃尼龙6组合物可减少粉尘污染，提高环保性能且对人体无害；并且与树脂基体之间相容性好，能够提高改性树脂材料的物理和化学性能，同时，阻燃尼龙6组合物的阻燃性能可以达到UL94V-0级，具有较高的阻燃性能。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

第一方面，本发明提供了一种阻燃尼龙6组合物，包括以下重量份的组分：

尼龙6 1000份；氢氧化锌包覆红磷60-120份；二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂1-3份。

本发明通过采用氢氧化锌包覆红磷和二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂与尼龙6相互配合，能够大大增强氢氧化锌包覆红磷与尼龙6界面结合力，有利于提高红磷与树脂基体之间的相容性，进而使得阻燃尼龙6组合物的阻燃性能提高，并且，还有利于提高阻燃尼龙6组合物的拉伸强度以及冲击性能。

优选的，所述阻燃尼龙6组合物包括以下重量份的组分：

尼龙6 1000份；氢氧化锌包覆红磷110份；二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂2.8份。

本发明采用上述重量份的氢氧化锌包覆红磷和二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂与尼龙6互相配合，有利于进一步提高阻燃尼龙6组合物的阻燃性能。

优选的，所述氢氧化锌包覆红磷的平均粒径为1000-2000目。

本发明中，若氢氧化锌包覆红磷的粒径过大，则氢氧化锌包覆红磷与尼龙6界面结合力下降，进而影响阻燃尼龙6组合物的机械性能。若氢氧化锌包覆红磷的粒径过小，则氢氧化锌包覆红磷容易发生团聚，使得组合物的阻燃性能下降。氢氧化锌包覆红磷的平均粒径为只有在1000-2000目的范围内，才能使得氢氧化锌包覆红磷与尼龙6界面结合力提高，从而使得阻燃尼龙6组合物具有优异的机械性能和阻燃性能。

优选的，所述氢氧化锌包覆红磷中红磷的质量含量为80％-90％。

本发明采用特定含磷量的氢氧化锌包覆红磷与二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂互相配合，使得红磷与树脂基体之间的相容性提高，从而有利于进一步提高阻燃尼龙6组合物的阻燃性能。若含磷量过多，则氢氧化锌不能很好地包覆红磷，进而影响阻燃尼龙6组合物的阻燃性能。若含磷量过少，则阻燃尼龙6组合物的阻燃效果不好。因此，只有采用含磷量为80-90％的氢氧化锌包覆红磷，才能使得阻燃尼龙6组合物具有优异的阻燃性能。

优选的，所述尼龙6熔融指数为10-18g/10min，且所述尼龙6测试的标准条件为230℃，2.16kg。

本发明采用特定熔融指数的尼龙6与氢氧化锌包覆红磷和二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂互相配合，有利于保证阻燃尼龙6组合物的质量，使得阻燃尼龙6组合物具有优异的机械性能。

优选的，所述阻燃尼龙6组合物还包括抗氧剂，所述抗氧剂包括受阻酚类、亚磷酸酯类、硫代类、受阻胺(HALS)类中的至少一种。

优选的，所述抗氧剂包括抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1098、抗氧剂300、抗氧剂1330、抗氧剂168中的至少一种。

更优选的，所述抗氧剂包括抗氧剂1098和抗氧剂168，且所述抗氧剂1098和抗氧剂168的质量比为1：1。

本发明采用特定比例的抗氧剂，使得阻燃尼龙6组合物不容易被氧化，使得阻燃尼龙6组合物的使用寿命延长。

优选的，所述阻燃尼龙6组合物还包括润滑剂，所述润滑剂包括硬脂酸、硬脂酸丁酯、油酸酰胺、乙撑双硬脂酰胺、天然石蜡、白油、微晶石蜡中的至少一种。

本发明采用上述物质作为润滑剂，能够降低阻燃尼龙6组合物的摩擦系数，进而减缓阻燃尼龙6组合物被磨损，从而有利于提高阻燃尼龙6组合物的使用寿命。

第二方面，本发明还提供一种上述阻燃尼龙6组合物的制备方法，包括以下步骤：

S1：将二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯加热至40-60℃，均匀喷洒在干燥过的氢氧化锌包覆红磷的表面；

S2：将S1处理后的氢氧化锌包覆红磷、尼龙6、抗氧剂以及润滑剂混合均匀，然后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒，即获得阻燃尼龙6组合物。

优选的，所述S2中双螺杆挤出机一区温度为150-190℃，二区温度为200-220℃，三区温度为220-230℃，四区温度为230-240℃，五区温度为230-245℃，六区温度为230-250℃，机头温度为230-250℃。

本发明通过采用特定温度进行熔融造粒，使得阻燃尼龙6组合物混合地更加均匀，有利于提高阻燃尼龙6组合物的物理和化学性能。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明采用特定的偶联剂二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯用于磷阻燃尼龙6组合物中，能够大大增强氢氧化锌包覆红磷与尼龙6界面结合力。

(2)本发明制备的阻燃尼龙6组合物，其阻燃性能均能达到UL94V-0级，可以通过960℃的灼热丝测试，且材料的拉伸强度、冲击性能表现都较为优异。

(3)本发明的阻燃尼龙6组合物可减少粉尘污染，提高环保性能且对人体无害。

具体实施方式

为更好地说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围及实施方式不限于此。

下述实施例中所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径获得的试剂和材料。

实施例1

本实施例公开一种阻燃尼龙6组合物，包括以下重量份的组分：

尼龙6 1000份；氢氧化锌包覆红磷65份；二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂1.2份；抗氧剂2份；润滑剂2份；

其中，尼龙6熔融指数为16g/10min(230℃，2.16kg)，采购于美国杜邦公司；氢氧化锌包覆红磷的平均粒径均为1200目，含磷量为85％，采购于东莞城源阻燃材料有限公司；二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯，采购于杭州杰西卡化工有限公司；抗氧剂为抗氧剂1098与抗氧剂168按质量比1：1复配的混合物，采购于美国杜邦公司；润滑剂为硬脂酸，采购于济南荣厂化工有限公司。

本实施例还公开一种阻燃尼龙6组合物的制备方法，包括以下步骤：

S1：将1.2份二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯加热至45℃，均匀喷洒在65份干燥过的氢氧化锌包覆红磷的表面；

S2：将S1中处理后的氢氧化锌包覆红磷、1000份尼龙6、2份抗氧剂以及2份润滑剂倒入搅拌机中，混合均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒；其中，双螺杆挤出机一区温度为160℃，二区温度为200℃，三区温度为220℃，四区温度为230℃，五区温度为230℃，六区温度为230℃，机头温度为235℃。

实施例2

本实施例公开一种阻燃尼龙6组合物，包括以下重量份的组分：

尼龙6 1000份；氢氧化锌包覆红磷70份；二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂1.8份；抗氧剂3份；润滑剂1份；

其中，尼龙6熔融指数为16g/10min(230℃，2.16kg)，采购于美国杜邦公司；氢氧化锌包覆红磷的平均粒径均为1000目，含磷量为85％，采购于东莞城源阻燃材料有限公司；二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯，采购于杭州杰西卡化工有限公司；抗氧剂为抗氧剂1098与抗氧剂168按质量比1：1复配的混合物，采购于美国杜邦公司；润滑剂为油酸酰胺，采购于济南荣厂化工有限公司。

本实施例还公开一种阻燃尼龙6组合物的制备方法，包括以下步骤：

S1：将1.8份二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯加热至50℃，均匀喷洒在70份干燥过的氢氧化锌包覆红磷的表面；

S2：将S1中处理后的氢氧化锌包覆红磷、1000份尼龙6、3份抗氧剂以及1份润滑剂倒入搅拌机中，混合均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒；其中，双螺杆挤出机一区温度为170℃，二区温度为210℃，三区温度为225℃，四区温度为235℃，五区温度为240℃，六区温度为245℃，机头温度为250℃。

实施例3

本实施例公开一种阻燃尼龙6组合物，包括以下重量份的组分：

尼龙6 1000份；氢氧化锌包覆红磷85份；二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂2.4份；抗氧剂4份；润滑剂3份；

其中，尼龙6熔融指数为16g/10min(230℃，2.16kg)，采购于美国杜邦公司；氢氧化锌包覆红磷的平均粒径均为2000目，含磷量为90％，采购于东莞城源阻燃材料有限公司；二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯，采购于杭州杰西卡化工有限公司；抗氧剂为抗氧剂1098与抗氧剂168按质量比1：1复配的混合物，采购于美国杜邦公司；润滑剂为硬脂酸，采购于济南荣厂化工有限公司。

本实施例还公开一种阻燃尼龙6组合物的制备方法，包括以下步骤：

S1：将2.4份二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯加热至60℃，均匀喷洒在85份干燥过的氢氧化锌包覆红磷的表面；

S2：将S1中处理后的氢氧化锌包覆红磷、1000份尼龙6、4份抗氧剂以及3份润滑剂倒入搅拌机中，混合均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒；其中，双螺杆挤出机一区温度为180℃，二区温度为200℃，三区温度为220℃，四区温度为235℃，五区温度为245℃，六区温度为250℃，机头温度为250℃。

实施例4

本实施例公开一种阻燃尼龙6组合物，包括以下重量份的组分：

尼龙6 1000份；氢氧化锌包覆红磷110份；二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂2.8份；抗氧剂4份；润滑剂8份；

其中，尼龙6熔融指数为16g/10min(230℃，2.16kg)，采购于美国杜邦公司；氢氧化锌包覆红磷的平均粒径均为1200目，含磷量为80％，采购于东莞城源阻燃材料有限公司；二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯，采购于杭州杰西卡化工有限公司；抗氧剂为抗氧剂1098与抗氧剂168按质量比1：1复配的混合物，采购于美国杜邦公司；润滑剂为油酸酰胺，采购于济南荣厂化工有限公司。

本实施例还公开一种阻燃尼龙6组合物的制备方法，包括以下步骤：

S1：将2.8份二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯加热至60℃，均匀喷洒在110份干燥过的氢氧化锌包覆红磷表面。

S2：将S1中处理后的氢氧化锌包覆红磷、1000份尼龙6、4份抗氧剂以及8份润滑剂倒入高速搅拌机中，混合均匀后加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出后造粒；其中，双螺杆挤出机一区温度为190℃，二区温度为220℃，三区温度为230℃，四区温度为240℃，五区温度为245℃，六区温度为250℃，机头温度为250℃。

实施例5

一种阻燃尼龙6组合物，与实施例4的不同之处在于，尼龙6 1000份；氢氧化锌包覆红磷60份；二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂1份；抗氧剂2份；润滑剂1份，其他均与实施例4相同。

实施例6

一种阻燃尼龙6组合物，与实施例4的不同之处在于，尼龙6 1000份；氢氧化锌包覆红磷120份；二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂3份；抗氧剂5份；润滑剂10份，其他均与实施例4相同。

对比例1

一种阻燃尼龙6组合物，与实施例4的不同之处在于，以等量的硅烷偶联剂KH550替代二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂，其他均与实施例4相同。

对比例2

一种阻燃尼龙6组合物，与实施例4的不同之处在于，以等量的硅烷偶联剂KH570替代二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂，其他均与实施例4相同。

对比例3

一种阻燃尼龙6组合物，与实施例4的不同之处在于，以等量的异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯(KR—TTS)替代二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂，其他均与实施例4相同。

对比例4

一种阻燃尼龙6组合物，与实施例4的不同之处在于，以等量的氢氧化铝包覆红磷替代氢氧化锌包覆红磷，其他均与实施例4相同。

对比例5

一种阻燃尼龙6组合物，与实施例4的不同之处在于，以等量的氢氧化镁包覆红磷替代氢氧化锌包覆红磷，其他均与实施例4相同。

对比例6

一种阻燃尼龙6组合物，与实施例4的不同之处在于，二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯5份，其他均与实施例4相同。

对比例7

一种阻燃尼龙6组合物，与实施例4的不同之处在于，二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯0.5份，其他均与实施例4相同。

对比例8

一种阻燃尼龙6组合物，与实施例4的不同之处在于，氢氧化锌包覆红磷200份，其他均与实施例4相同。

对比例9

一种阻燃尼龙6组合物，与实施例4的不同之处在于，氢氧化锌包覆红磷30份，其他均与实施例4相同。

对比例10

一种阻燃尼龙6组合物，与实施例4的不同之处在于，氢氧化锌包覆红磷的平均粒径为3000目，其他均与实施例4相同。

对比例11

一种阻燃尼龙6组合物，与实施例4的不同之处在于，氢氧化锌包覆红磷的平均粒径为500目，其他均与实施例4相同。

对比例12

一种阻燃尼龙6组合物，与实施例4的不同之处在于，氢氧化锌包覆红磷的含磷量为95％，其他均与实施例4相同。

对比例13

一种阻燃尼龙6组合物，与实施例4的不同之处在于，氢氧化锌包覆红磷的含磷量为70％，其他均与实施例4相同。

实验性能

本发明中各性能参数的测试方法及标准如下：

力学性能：参照标准ISO 527-1/-2测试拉伸强度，参照标准ISO 179/1eA测试简支梁缺口冲击强度。

阻燃性能：参照标准UL94，垂直燃烧1.6mm厚度，试样尺寸为125mm×13mm×5mm；灼热丝参照标准GB-T 5169.10-2017。

以上实验数据均见表1。

表1

根据表1中对比例1-3分别与实施例4对比可得，对比例1-3中分别采用等量的硅烷偶联剂KH550、偶联剂KH570、异丙基三(异硬脂酰基)钛酸酯(KR—TTS)替代二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂，对比例1-3中阻燃尼龙6组合物的冲击性能以及阻燃性能均不如实施例4，说明并不是采用任意的偶联剂与氢氧化锌包覆红磷以及尼龙6配合都能达到本申请的效果，只有采用二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂作为偶联剂与氢氧化锌包覆红磷以及尼龙6配互相配合，才能使得阻燃尼龙6组合物具有优异的机械性能以及阻燃性能。

根据表1中对比例4-5分别与实施例4对比可得，对比例4-5中分别采用氢氧化铝包覆红磷和氢氧化镁包覆红磷替代氢氧化锌包覆红磷，对比例4-5中阻燃尼龙6组合物的冲击性能以及阻燃性能均不如实施例4，说明氢氧化铝包覆红磷或氢氧化镁包覆红磷与二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂以及尼龙6配合，都不能达到本申请的效果，只有采用氢氧化锌包覆红磷与二-(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷脂以及尼龙6互相配合，才能使得阻燃尼龙6组合物的冲击性能以及阻燃性能提高。

根据表1中对比例6-9与实施例4对比可得，对比例6-7中二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯的用量均不在本申请保护的范围内，对比例8-9中氢氧化锌包裹红磷的用量均不在本申请所保护的范围内，对比例6-9中阻燃尼龙6组合物的冲击性能均不如实施例4，说明二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯和氢氧化锌包裹红磷并不是采用任意的配比都能达到本申请的效果，二(辛烷基苯酚聚氧乙烯醚)磷酯和氢氧化锌包裹红磷的配比只有在本申请所保护的范围内，才能使得阻燃尼龙6组合物的冲击性能提高。

根据表1中对比例10-11与实施例4对比可得，对比例10-11中氢氧化锌包覆红磷的平均粒径均不在本申请保护的范围内，阻燃尼龙6组合物的阻燃性能均不如实施例4，说明氢氧化锌包覆红磷的平均粒径只有在本申请保护的范围内才能使得阻燃尼龙6组合物的阻燃性能提高。

根据表1中对比例12-13与实施例4对比可得，对比例12-13中氢氧化锌包覆红磷的含磷量均不在本申请保护的范围内，阻燃尼龙6组合物的阻燃性能不如实施例4，说明氢氧化锌包覆红磷的含磷量只有在本申请保护的范围内才能使得阻燃尼龙6组合物的阻燃性能提高。

综上，根据实施例1-6可得，本发明制备的阻燃尼龙6组合物，其阻燃性能均能达到UL94V-0级，可以通过960℃的灼热丝测试，具有优异的阻燃性能，且材料的拉伸强度、冲击性能表现都较为优异。同时，本发明的阻燃尼龙6组合物可减少粉尘污染，提高环保性能且对人体无害；并且与树脂基体之间相容性好，能够提高改性树脂材料的物理化学性能。

最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。