CN101210079A - Mg(OH)2无机阻燃材料及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种Mg(OH)₂无机阻燃材料及其制备方法和应用。该Mg(OH)₂无机阻燃材料主要包括Mg(OH)₂，还包括表面处理剂、改性剂、加工助剂和载体树脂，其中Mg(OH)₂、表面处理剂、改性剂、加工助剂和载体树脂的重量比例为Mg(OH)₂∶表面处理剂∶改性剂∶加工助剂∶载体＝60－80∶1－2∶5－10∶4－6∶10－20。本发明所得Mg(OH)₂无机阻燃材料在塑料制品的基体树脂中具有良好的分散性，因此所得塑料制品不仅具有良好的阻燃效果，还具有良好的力学强度。

Description

Mg(OH)2无机阻燃材料及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及塑料阻燃材料，尤其涉及Mg(OH)₂无机阻燃材料及其制备方法和应用。

背景技术

随着科学技术和社会的发展，塑料制品被广泛应用于人类生活各个领域。所有塑料制品都由有机高分子材料制成，因此极易燃烧，而燃烧过程中会产生大量烟雾和有害气体，不仅会严重危害人类健康，还会给财产带来巨大损失。所以解决塑料的易燃问题，即增加塑料的阻燃性或抗燃性从而使塑料不易燃烧是塑料行业中越来越引起人们关注的重大课题。

为解决上述塑料制品的易燃问题，多年来人们已经作了大量的工作，相继研究开发出多种具有阻燃功能的系列阻燃剂。例如，卤素系列阻燃剂、磷系列阻燃剂、硼系列阻燃剂、氮系列阻燃剂、硅系列阻燃剂和无机阻燃剂等。上述各种系列阻燃剂虽然阻燃性能不尽相同，但应用于塑料制品中都可起到阻燃效果，而且某些系列阻燃剂，如卤素系列中的溴类阻燃剂阻燃效果显著，多年来已被广泛应用于各种塑料制品中。在长期应用过程中，人们逐渐发现溴系列阻燃剂虽然阻燃效果好，但燃烧过程中会生大量对人体有毒害作用的气体，在燃烧过程中，人很容易被其燃烧所产生的有毒气体毒害致死，使得有毒气体对人体的毒害左右尤甚于塑料制品燃烧的危害。因此，一些发达国家开始对溴系列阻燃剂提出禁令，禁止使用溴系列阻燃剂，如欧洲2006年7月开始执行的ROHS指令中就明确规定禁止使用溴系列阻燃剂。我国2007年3月开始起动的相关法令中也对溴系列阻燃剂作了同样的规定。

随着世界范围内环境污染问题的日趋严重，人们的环保意识不断提高，对各种系列阻燃剂中的有害组份开始质疑，与此同时将更多的精力转移到研究开发无毒无害的阻燃剂上。目前公认无毒无害阻燃剂的是无机阻燃剂Al(OH)₃和Mg(OH)₂。虽然从环保角度来讲，无机阻燃剂对人体无害无毒，但其阻燃效果远不如其它有机系列阻燃剂好，而若要达到较好的阻燃效果，其添加量必须大，而无机阻燃剂一般都是填充于塑料制品中使用的，因此这样势必要影响塑料制品的力学强度和其他机械性能。所以改善无机阻燃剂在塑料制品中的分散性，增加其与塑料分子链的亲和力和提高其阻燃性能是目前无机阻燃剂Mg(OH)₂推广应用中极待解决的问题。另外，在使用方法上，目前大多将Mg(OH)₂直接加入树脂中，有时也对Mg(OH)₂进行表面活化处理，但由于表面处理剂选择或处理工艺不当，效果并不明显。这也是影响Mg(OH)₂推广应用的另一原因。

因此，迫切希望能提供可以良好使用的Mg(OH)₂无机阻燃材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种Mg(OH)₂无机阻燃材料，其不含卤素，无毒无害，是环保型阻燃材料，可广泛用于PE、PP、PS、HIPS、EVA、ABS、PA、PET、EPM和EPDM弹性体各种塑料制品，使用其的塑料制品即使燃烧时产生的烟气量很低。

本发明的另一目的在于提供上述Mg(OH)₂无机阻燃材料的制备方法。

本发明的另一目的还在于提供上述Mg(OH)₂无机阻燃材料的用途。

本发明的主要技术构思在于：针对上述背景技术中所提出的Mg(OH)₂在应用中所存在的问题，将Mg(OH)₂通过使用表面处理剂、改性剂、加工助剂和载体树脂处理而成的作为Mg(OH)₂无机阻燃材料的目粒，其与塑料制品基体树脂的相容性非常好，在塑料制品基体树脂中的分散性也非常好，因此添加其的塑料制品力学性能等机械性能和阻燃性能非常好。

具体而言，本发明提供了Mg(OH)₂无机阻燃材料，该阻燃材料是主要含有Mg(OH)₂的目粒，其中还含有表面处理剂、改性剂、加工助剂和载体含量优选其重量比例为Mg(OH)₂∶表面处理剂∶改性剂∶加工助剂∶载体＝60-80∶1-2∶5-10∶4-6∶10-20，更优选为65-75∶1.2-1.5∶6-8∶4.4-5.4∶14-16。

本发明阻燃材料中，所用Mg(OH)₂可以一般阻燃所用的Mg(OH)₂，而没有特别限定，其可以是天然的或合成的，也可以是两者的任意比例混合物。Mg(OH)₂是作为阻燃材料的目粒中的基本物质。对于天然Mg(OH)₂，优选其平均粒径在1-8μm的范围内，而对于合成Mg(OH)₂，优选其平均粒径在1-6μm的范围内。天然Mg(OH)₂，例如使用水镁石粉。

本发明阻燃材料中，使用表面处理剂目的在于提高Mg(OH)₂在所要应用的基体树脂中的分散性以及其与基体树脂高分子链间的亲和性。所用表面处理剂可以是一般的表面处理剂，而没有特别限定。但是优选使用高活性表面处理剂，例如，选自铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、酸式亚磷酸酯偶联剂、铝/钛复合偶联剂、稀土偶联剂和高分子偶联剂中的一种或多种的复配物。使用其对Mg(OH)₂进行表面活化处理可以明显提高Mg(OH)₂在基体树脂中的分散性及其与基体树脂高分子链间的亲和性。

本发明阻燃材料中，使用改性剂目的在于提高Mg(OH)₂的阻燃性能。所用改型剂可以是本领域通常用来对Mg(OH)₂进行改性的改性剂，并没有特别限定。但是根据不同阻燃剂之间的协同效应原理和增效作用，优选使用选自磷酸二苯酯、磷酸三苯酯、磷酸二苯甲苯酯、聚磷酸铵、磷酸间二苯酚二苯酯、三聚氰胺磷酸盐、苯基膦酸二甲酯、甲基膦酸二甲酯、五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸铵、偏硼酸钡、硼酸锌和包膜红磷中的一种或多种的改性剂。Mg(OH)₂经改性处理后，其阻燃性能可以得到较大幅度提高Mg(OH)₂。

本发明阻燃材料中，使用加工助剂的目的在于利于粉状Mg(OH)₂进行造粒并提高其在基体树脂中的分散性和流动性，造粒过程中。所用加工助剂可以使用选自硬脂酸、硬脂酸盐、PE蜡、PP蜡、固体石蜡、脂肪酰胺和白油中的一种或多种。

本发明阻燃材料中，使用载体树脂的目的在于提高阻燃材料与塑料基体树脂的相容性，从而使得阻燃材料母粒能广泛应用于多种塑料制品中。所用载体树脂优选使用选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)聚苯乙烯(PS)，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、苯乙烯-丁二烯共聚物(K树脂)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)和尼龙(PA)中的一种或多种。

本发明还提供了上述阻燃材料的制备方法，该方法包括：①用表面处理剂经高速搅拌对Mg(OH)₂进行表面活化处理；②用改性剂经过高速搅拌对活化后的Mg(OH)₂进行改性处理；③将活化改性后的Mg(OH)₂与加工助剂、载体树脂混合均匀，得到混合物料；④用挤出机将③中所得混合物料挤出造粒，制成用作阻燃材料的Mg(OH)₂阻燃母粒。

其中，①中进行表面活性化处理的温度优选在90-110℃的范围内，搅拌时间优选为6-10min；

②中进行改性处理的温度优选在100-120℃的范围内，搅拌时间优选为10-15min。

当然，本发明方法中所进行的表面活性化处理、改性处理和造粒过程也可以使用其他本领域常用方法或常用设备来进行。例如，①中表面活化处理可以通过高搅机或粉体表面活化处理机进行；②中改性处理可通过高搅机或密炼机进行；④中挤出造粒可通过双螺杆挤出机或单螺杆挤出机进行。

术语“基体树脂”意思是塑料制品的基本树脂，例如PE、PP、PS、HIPS、EVA、ABS、PA、PET、EPM和EPDM树脂等。

文中术语“载体树脂”意思是用来制备Mg(OH)₂阻燃母粒所用的树脂，例如PE、PP、PS、EVA、K树脂、SBS和PA树脂等。

一般说来，由于载体树脂和基体树脂具有良好的相容性，而且Mg(OH)₂无机材料经过表面活性化处理和改性处理，所得作为阻燃材料的Mg(OH)₂无机阻燃母粒在基体树脂中具有良好的分散性，所得塑料制品具有良好的力学强度以及其他机械性能。从而解决了无机阻燃材料Mg(OH)₂不能良好应用于塑料制品的课题。

由于选用了多种不同性能的载体树脂，作为阻燃材料的Mg(OH)₂阻燃母粒可广泛应用于各种基体树脂的塑料制品中，例如PE、PP、PS、HIPS、EVA、ABS、PA、PET、EPM和EPDM的塑料制品。

当作为阻燃材料的Mg(OH)₂阻燃母粒的填加量为塑料制品的10-20wt％时，制品的阻燃性能可达UL94V-0级或V-1级，并可保持制品良好的力学强度等机械性能。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的特点和优点将会通过实施例的描述而更加清晰。但这些实施例仅是示例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明精神和范围情况下对本发明的细节和描述方式进行的任何常规替换均落入本发明的保护范围。

实施例1

取70Kg粒径为4μm天然Mg(OH)₂和30kg粒径为3μm的合成Mg(OH)₂，以及1Kg钛酸酯和1Kg铝酸酯，将它们一起加入高搅机内，于95℃下高速搅拌8min。再加入5.4Kg磷酸二苯酯和2.7Kg五硼酸铵并继续搅拌，当物料温度达到115℃时，再加入3.4Kg硬脂酸、1.3Kg PP蜡、1.4Kg固体石蜡、16Kg PP和2.7KgEVA，再继续高速搅拌，当物料温度达到120℃时出料备用。

将上述所得用长径比为42∶1的双螺杆挤出机于170～190℃下挤出造粒，制得PP专用的低烟无卤Mg(OH)₂无机阻燃母粒。

用所制得的阻燃母粒，按15wt％比例填加到PP树脂中，注塑成标准样条，测其阻燃性能可达V-1级。按20wt％比例填加到PP树脂中测阻燃性能可达UL94V-0级。

实施例2

取粒径为3μm的天然Mg(OH)₂和粒径为2μm的合成Mg(OH)₂各50Kg，将它们加入到粉体活化处理机内，用3.5Kg稀土偶联剂白油溶液(内含稀土偶联剂1.8Kg、白油1.7Kg)于90℃下对Mg(OH)₂进行表面处理，制得活性Mg(OH)₂待用。

将上述制得的活性Mg(OH)₂与4.3Kg聚磷酸铵、4.3Kg三聚氰胺磷酸铵和5.7Kg硼酸锌一起加入密炼机内进行密炼改性，当物料温度达到115℃时，再将2Kg硬脂酸、0.8Kg硬脂酰胺、1KgPE蜡、1.5Kg固体石蜡、8.5KgEVA和11.5KgSBS一起加入到密炼机内，继续密炼。当温度达180℃时物料呈熔融状，取出立即进单螺杆挤出机造粒，便可制得ABS专用低烟无卤Mg(OH)₂阻燃母粒。

用制得的阻燃母粒，按10wt％比例加入到ABS树脂中，注塑成标准样条测其阻燃性能可达V-1级。按15％比例加入到ABS树脂中测阻燃性能可达UL94V-0级。

Claims (10)

1.一种Mg(OH)₂无机阻燃材料，其特征在于，该无机阻燃材料主要包括Mg(OH)₂，还包括表面处理剂、改性剂、加工助剂和载体树脂。

2.根据权利要求1所述的无机阻燃材料，其特征在于，Mg(OH)₂、表面处理剂、改性剂、加工助剂和载体树脂的重量比例为Mg(OH)₂∶表面处理剂∶改性剂∶加工助剂∶载体＝60-80∶1-2∶5-10∶4-6∶10-20，优选为65-75∶1.2-1.5∶6-8∶4.4-5.4∶14-16。

3.根据权利要求1或2所述的无机阻燃材料，其特征在于，所述Mg(OH)₂是天然或合成的，或者是两者的任意比例混合物。

4.根据权利要求3所述的无机阻燃材料，其特征在于，天然Mg(OH)₂的平均粒径在1-8μm的范围内，合成Mg(OH)₂的平均粒径在1-6μm的范围内。

5.根据权利要求1-4任一项所述的无机阻燃材料，其特征在于，所述表面处理剂为选自铝酸酯偶联剂、钛酸酯偶联剂、硅烷偶联剂、酸式亚磷酸酯偶联剂、铝/钛复合偶联剂、稀土偶联剂和高分子偶联剂中的一种或多种的复配物。

6.根据权利要求1-5任一项所述的无机阻燃材料，其特征在于，所述改性剂为选自磷酸二苯酯、磷酸三苯酯、磷酸二苯甲苯酯、聚磷酸铵、磷酸间二苯酚二苯酯、三聚氰胺磷酸盐、苯基膦酸二甲酯、甲基膦酸二甲酯、五硼酸铵、偏硼酸钠、氟硼酸铵、偏硼酸钡、硼酸锌和包膜红磷中的一种或多种的改性剂。

7.根据权利要求1-6任一项所述的无机阻燃材料，其特征在于，所述加工助剂为选自硬脂酸、硬脂酸盐、PE蜡、PP蜡、固体石蜡、脂肪酰胺和白油中的一种或多种。

8.根据权利要求1-7任一项所述的无机阻燃材料，其特征在于，所述载体树脂为选自聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)聚苯乙烯(PS)，乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)、苯乙烯-丁二烯共聚物(K树脂)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(SBS)和尼龙(PA)中的一种或多种。

9.制备权利要求1-8任一项所述无机阻燃材料，该方法包括：①用表面处理剂经高速搅拌对Mg(OH)₂进行表面活化处理；②用改性剂经过高速搅拌对活化后的Mg(OH)₂进行改性处理；③将活化改性后的Mg(OH)₂与加工助剂、载体树脂混合均匀，得到混合物料；④用挤出机将③中所得混合物料挤出造粒，制成用作阻燃材料的Mg(OH)₂阻燃母粒；

其中，①中进行表面活性化处理的温度优选在90-110℃的范围内，搅拌时间优选为6-10min；

②中进行改性处理的温度优选在100-120℃的范围内，搅拌时间优选为10-15min。

10.如权利要求1-8所述的阻燃材料在塑料制品中的应用。