CN101020825A - 锑基纳米复合阻燃协效剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及锑基纳米复合阻燃协效剂及其制备方法。本发明采用纳米级三氧化二锑为原料，使之和其它超细级阻燃剂、抑烟剂金属化合物均匀混合，制得颗粒超细的、有害杂质极低的锑基纳米复合阻燃协效剂，既充分发挥了纳米材料的特有优异性能，又合理利用了不同阻燃元素之间的协同阻燃、抑烟效应，不仅挖掘了原有设备潜力，而且增加了企业的产品品种。所制得的锑基纳米复合阻燃协效剂包括两种化合物复合体系和三种化合物复合体系，将其加入玻璃纤维增强PBT中作为阻燃协效剂，制品达到UL94－V₀级，抑烟效果显著，有害杂质含量极低。

Description

锑基纳米复合阻燃协效剂及其制备方法

技术领域：

本发明涉及无机阻燃剂，尤其是锑基纳米复合阻燃协效剂的制备方法。

背景技术：

三氧化二锑是卤素阻燃剂优异的阻燃协效剂，与卤素阻燃剂配合使用，能使阻燃效果显著增强，然而添加三氧化二锑后，会使被阻燃物料的发烟量增加。同时，三氧化二锑中含有的铅、砷等有害物质对人体健康构成潜在的危害。而且对三氧化二锑颗粒细度要求也越来越细，不仅可大大减少三氧化二锑的用量，提高阻燃性，而且发烟量也大大减少。

纳米级三氧化二锑(平均粒径d≤100nm)与微米级的三氧化二锑产品(GB/T4062-1998，粒径0.3～2.5μm)相比，虽然具有纳米材料的优异性能，如比表面积大、表面活性中心多、有害杂质含量极低、材料发烟量相对减少等，但其产品工业化以后，作为阻燃协效剂，一直没用得到广泛应用，其中一个重要原因是价格过高，难以推广，而且，当粒度太细时由于粒子的静电形成颗粒的凝聚，影响颗粒的均匀分散，使纳米材料的优越性不能充分发挥。

目前，没有找到三氧化二锑理想的替代品，找到的替代品要么应用范围有限，要么性价比低，为此，人们采取将三氧化二锑与其它金属氧化物或金属盐类进行复配，形成一种既能提高阻燃效果，又能减少发烟量，且有利于环保的复合阻燃协效剂。

目前，无机复合阻燃协效剂的制备方法，主要有机械混合法与化学共沉淀法两大类。化学共沉淀法需要增加较大的专用设备投资，有“三废”产生，因此还需要增加处理“三废”的投资，产品的成本亦较高。

发明内容：

本发明的目的便是针对上述问题，提供一种阻燃和抑烟效果好、有害物质含量极低的锑基纳米复合阻燃协效剂的制备方法，并且生产工艺简单、设备投资少、产品市场竞争力强，由此制得的产品可以替代三氧化二锑。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：以纳米级三氧化二锑为原料，加入其他一种或两种超细级阻燃剂颗粒及表面改性剂，利用纳米颗粒比表面积巨大和宏观量子隧道效应去吸附其他颗粒；通过机械混合、搅拌，粒子之间发生摩擦，增强粒子的表面活性，使分子晶格发生位移、内能增大，从而使粒子温度升高，在机械力和磁力作用下，活性的粉体表面与其他物质发生反应、附着，经干燥、冷却，即制得锑基纳米复合阻燃协效剂。

本发明的实施方法是：先将反应釜预热，使反应釜保持在60-80℃温度，然后依据一定量的纳米级三氧化二锑(Sb₂O₃)，按配比换算出产品中其他组份(Zn、Mg、B中的一种或两种超细级金属化合物粉末原料)的加入量，通过送粉器，以一定的速度将不同的原料通过密封管道交叉输送入反应釜，进行机械混和；根据设计工艺要求，控制好料柱高度及物料输送速度，同时，将一定比例的表面改性剂稀释、汽化后用喷雾法通过密封管道送入反应釜中，再恒温搅拌30min，充分混合均匀，经冷却、干燥后即制得锑基纳米复合阻燃协效剂产品。表面改性剂一般为有机硅烷类、肽酸脂类改性剂，用量为0.2％～1％左右。

按以上方法制得的锑基纳米复合阻燃协效剂包括两类化合物复合体系，其中一类是由两种化合物复合而成，例如：Sb₂O₃-MH，Sb₂O₃-FB，另一类是由三种化合物复配而成，例如：Sb₂O₃-FB-MH。本发明采用超细级硼酸锌(2ZnO·3B₂O₃·3.5H₂O，用FB表示)和阻燃型氢氧化镁[Mg(OH)₂，用MH表示]，MH和FB都具有阻燃、抑烟功能。

这些锑基纳米复合阻燃协效剂加入到玻璃纤维增强的PBT工程塑料中，具有良好的阻燃、抑烟效果。例如：在玻璃纤维增强PBT的阻燃改性工艺中，取PBT100phr、十溴二苯乙烷12phr，加入本发明的某种锑基纳米复合阻燃协效剂4.4phr，经阻燃改性的玻璃纤维增强PBT试样的燃烧性能达到UL94-V₀级，并且极大地减少了PBT燃烧时的发烟量。而不加该协效剂的对比试样的燃烧性能仅能达到UL94-V₂级，发烟量相对较大。

本发明的有益效果是：将锑基纳米复合阻燃协效剂合成工艺与现有纳米级三氧化二锑生产工艺结合起来，适当改变技术条件，即可生产多种锑基纳米复合阻燃协效剂产品，既发挥了纳米材料的特有性能，又充分利用了不同阻燃元素之间的协同效应，使复合阻燃协效剂内不同成分之间实现优势互补，相互促进。由本发明制得的产品与其他添加剂及基材树脂有更好的相容性，分散性好，与卤系阻燃剂构成的复合阻燃体系有更佳的阻燃效果，可以极大地降低材料燃烧时的发烟量，从而能更有效地保护人们的生命财产安全；由其制得的产品的尺寸稳定性、光稳定性、热稳定性、拉伸强度等物理机械性能得到增强；铅、镉、汞、六价铬等欧盟环保禁令所涉及的有害物质的含量极低，重金属元素铅在终端产品中的含量与传统产品相比，降低了30％～40％，同时也有效地降低了人类在使用电子电气产品的过程中，有害物质对人体潜在的危害；通过对三氧化二锑产品的性能进行改善，使其整体用量比常规用量减少30％-40％，这对节约我国宝贵而有限的锑资源具有十分重要的现实意义；应用范围广泛，尤其适用于加工工艺较为苛刻的工程塑料的阻燃改性，克服了有些复合阻燃剂受生产工艺限制应用范围狭窄的不足；整个生产流程基本处于密封状态，无“三废”污染；生产工艺简单，设备投资少，使生产成本得以大幅降低，可以实现大规模工业化生产，与类似产品相比，成本相对较低，产品的市场竞争力强。

具体实施方式：

基于上述实施方法，现结合实施例进一步阐明本发明的具体实施方案。如下列出三个实施例作为本发明的补充，其中相关的实施例均可达到本发明方法的要求，但实施例中的数据不一定是最佳的数值。

实例1：Sb₂O₃-FB锑基纳米复合阻燃协效剂

按Sb₂O₃∶FB的份数比为3∶1.5换算后称取纳米级三氧化二锑(Sb₂O₃)与FB，启动反应釜，将反应釜预热至60℃左右，以一定速度按配比交叉加入一定量的Sb₂O₃)与FB，将0.2％的KH-550表面改性剂以4倍的纯水稀释、汽化后喷入反应釜，恒温搅拌30min后冷却、干燥，然后计量、包装入库，即得Sb₂O₃-FB锑基纳米复合阻燃协效剂。

将该产品4.4phr及12phr十溴二苯乙烷加入100phr玻璃纤维增强PBT(含玻璃纤维23.6％，下同)中，燃烧性能达到UL-94V₀级，发烟量极少，产品通过SGS检测(Hg+Pb+Cr⁶⁺+Cd≤100ppm)。

实例2：Sb₂O₃-FB-MH锑基纳米复合阻燃协效剂

按Sb₂O₃∶FB∶MH的份数比为6∶2∶1换算后称取纳米级三氧化二锑(Sb₂O₃)、FB、MH，启动反应釜，将反应釜预热至60℃左右，以一定速度按配比交叉加入一定量的Sb₂O₃、FB、MH，将0.2％的KH-550表面改性剂以4倍的纯水稀释、汽化后喷入反应釜，恒温搅拌30min后冷却、干燥，即得Sb₂O₃-FB-MH锑基纳米复合阻燃协效剂。

将该产品4.4phr及12phr十溴二苯乙烷加入100phr玻璃纤维增强PBT中，燃烧性能达到UL-94V₀级，发烟量极少，产品通过SGS检测(Hg+Pb+Cr⁶⁺+Cd≤100ppm)。

实例3：Sb₂O₃-MH锑基纳米复合阻燃协效剂

按Sb₂O₃∶MH的份数比为3∶1换算后称取纳米级三氧化二锑(Sb₂O₃)、MH，启动反应釜，将反应釜预热至60℃左右，以一定速度按配比交叉加入一定量的Sb₂O₃、MH，将0.2％的KH-550表面改性剂以4倍的纯水稀释、汽化后喷入反应釜，恒温搅拌30min后冷却、干燥，即得Sb₂O₃-MH锑基纳米复合阻燃协效剂。

将该产品4.4phr及12phr十溴二苯乙烷加入100phr玻璃纤维增强PBT中，燃烧性能达到UL-94V₀级，发烟量极少，产品通过SGS检测(Hg+Pb+Cr⁶⁺+Cd≤100ppm)。

Claims (2)

1.一种锑基纳米复合阻燃协效剂的制备方法。其特征在于：利用纳米级三氧化二锑为原料，加入B、Zn、Mg中的任一种或两种超细级金属化合物粉末原料，利用纳米颗粒比表面积大、表面活性中心多、吸附能力强的特性，在一定温度条件下，通过机械混合、颗粒表面改性，使不同颗粒相互吸附，混合均匀，制得锑基纳米复合阻燃协效剂。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于：按以下所列配方(phr，份数比)换算，得出复合阻燃协效剂各组分的加入量。具体配方如下：

①Sb₂O₃-FB，Sb₂O₃∶FB为3∶1.5；

②Sb₂O₃-MH，Sb₂O₃∶MH为3∶1

③Sb₂O₃-FB-MH，Sb₂O₃∶FB∶MH为6∶2∶1