CN101265410B - 一种多功能阻燃母料 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于生产高分子阻燃材料的多功能阻燃母粒。该阻燃母粒通过将阻燃剂和高分子基体经适当的混合加工而成，而且进一步包括一种或一种以上的表面处理剂，该表面处理剂具有用于结合阻燃剂的官能团和用于结合高分子基体的官能团。本发明的多功能阻燃母粒可用于无卤阻燃高分子材料的生产，或用于已有的阻燃材料体系中，改善原有阻燃体系的阻燃性能、力学性能或加工性能等，而且方便使用。

Description

一种多功能阻燃母料

技术领域

本发明涉及一种用于生产高分子阻燃材料的多功能阻燃母粒。

背景技术

高分子材料的应用越来越广，在国民经济出发挥着越来越重要的作用。但是，对于大多数高分子材料而言，在具有各种优异应用性能的同时，却具有容易燃烧的缺点：在高温条件下，将受热熔化并分解，从而释放出可燃性气体，再与氧气发生反应时，即发生燃烧；燃烧时又会产生大量的热量，从而进一步促使聚合物熔化、分解，使得燃烧不断继续，造成火灾及人员和物质的重大损失。以综合性能优异的聚烯烃(PO)为例，因其具有耐腐蚀、密度小、易回收、价格低等优势，已成为制备各种改性材料的主要基础树脂。但其氧指数(OI)仅18.5左右，属易燃性物质，阻燃性差限制了PO在建筑、交通、电器、通讯等更多领域的应用。

添加各种阻燃剂可有效地提高PP阻燃性。添加含卤族元素的卤系阻燃剂，如十溴联苯醚、四溴双酚A、氯化石蜡和三氧化二锑等，是十分成熟和广泛采用的提高材料阻燃性的方法。但是，卤系阻燃剂在火灾时会释放出毒害性极大的烟雾、有毒和腐蚀性卤化氢气体，可能造成危害更大的二次污染，因而使其应用受到限制。

无卤、消烟已成为高分子阻燃的发展方向。为了替代卤系阻燃剂，目前人们已开发了形形色色的无卤或低卤阻燃剂，如磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硼系化合物、氢氧化铝、氢氧化镁、水合滑石等。虽然这些无卤阻燃剂的开发及应用已经有了长足的进步，但无卤阻燃剂从阻燃性、加工性、力学性能及价格等方面与卤系阻燃剂相比，仍有较大差距。在目前技术水平和市场情况下，卤系、低卤和无卤阻燃剂将在一定时间内处于并存的局面。

一方面，无卤阻燃剂通常只有在高填充量时才能获得较好的阻燃效果，但无卤阻燃剂多为亲水性物质，具有高的表面能，与非极性的高分子基体相容性差，填充量高时难以均匀分散，且与基体之间相互作用弱，导致材料或制品的外观、加工性能和物理机械性能也会明显劣化，失去应用的价值。

另一方面，在高分子材料的加工过程中，逐项添加无卤阻燃剂特别是无机阻燃剂以及其它助剂，给实际加工和各项操作带来了诸多不便，例如，不易准确控制添加比例、操作工人的劳动保护隐患等。

因此，有必要一种阻燃材料，其一方面具有较好的阻燃性能，另一方面其可以改进高分子材料的多种性能如拉伸性能、抗张性能等，同时还便于运输、使用。

发明内容

本发明的目的是一种方便使用、具有较好阻燃性能的、多功能的、用于生产高分子阻燃材料的阻燃物质。

为实现上述发明目的，本发明提供了一种用于生产高分子阻燃材料的阻燃母料，该阻燃母料通过将阻燃剂和高分子基体经适当的混合加工而成，其进一步包括一种或一种以上的表面处理剂，该表面处理剂具有用于结合阻燃剂的官能团和用于结合高分子基体的官能团，而且以重量份数计，表面处理剂、阻燃剂与高分子基体的比例为0.5-10:30-200:100，优选为2-8:60-160:100。

本发明中，表面处理剂可以是一种或一种以上的表面活性剂、偶联剂、稀土表面处理剂等，优选为偶联剂和稀土表面处理剂。稀土表面处理剂可以是稀土元素离子键合和/或络合多种有机物质如有机酸、多元醇形成的。

优选地，本发明的阻燃母料进一步包括一种或一种以上的补强剂。使用补强剂的目的是改善阻燃材料的力学性能。相对于阻燃母料中的高分子基体，每100重量份的高分子基体，可以添加0.5-30份的补强剂，优选为1-15份的补强剂。

补强剂可以为具有层状结构的无机物质或者晶须。优选为改性或未改性的蒙脱土、层状硅酸盐粉体和/或晶须等。其中，蒙脱土可以进行有机改性，例如采用有机铵盐进行改性。

优选地，本发明的阻燃母料进一步包括一种或一种以上的增韧剂。使用增韧剂的目的也是改善阻燃材料的力学性能。增韧剂优选为橡胶、热塑性弹性体和/或晶型改质剂。当然，本发明的阻燃母料还可以包含一种或一种以上的加工助剂等。

在本发明的阻燃母料中，阻燃剂可以选择使用各种阻燃剂，包括卤系阻燃剂，但优选为选自如下一组物种中一种或一种以上的无卤阻燃剂：磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、高分子阻燃剂和无机氢氧化物阻燃剂。

如果分本发明的阻燃母料中选用磷系阻燃剂、无机氢氧化物阻燃剂等无机阻燃剂，则其采用的表面处理剂优选具有用于结合无机阻燃剂的无机官能团和用于结合有机高分子基体的有机官能团。对于稀土表面处理剂来说，其稀土元素离子如镧、锕离子一般为无机中心，而其键合和/或络合有机酸、多元醇等为有机官能团。

由于本发明的阻燃母料本身含有阻燃剂，所以可以直接用于制备阻燃材料；同时本发明的阻燃母料中含有表面处理剂，对阻燃剂具有表面处理作用，因此可以改善阻燃材料的加工流动性和外观特性；而本发明的阻燃母料中可以同时含有补强剂和/或增韧剂，因此可改善阻燃材料的力学性能。。

本发明中，阻燃母料可以制备为母粒的形式，即将阻燃剂、一种或多种功能改性剂(如补强剂、增韧剂、加工助剂等)与高分子基体经适当的混合加工制成多功能阻燃母粒，采用的方法可以为通用的高分子材料改性料生产方法，如挤出、模压、注射等，没有特殊要求。制备阻燃母粒时，可以首先对阻燃剂、补强剂等进行表面处理，然后，将处理好的各种助剂与高分子基体混合均匀，在双螺杆挤出机上挤出造粒，即可制得阻燃母粒。

通过本发明的材料和制备技术制备的阻燃母料，可直接用于制备高分子阻燃材料，也可以任意比例与其它基础树脂或原有的阻燃材料复合，在原配方材料的基础上提高阻燃性或改善其它性能。

与目前常见的阻燃材料相比，本发明的阻燃改性母料同时具有提高阻燃性能和改善力学性能、加工性能的特性，而且方便使用。

以下通过实施例对本发明进一步进行说明，其中组成份数、含量均按重量计。

具体实施方式

实施例1

用2.5份稀土表面处理剂对120份氢氧化镁、8份有机蒙脱土进行表面处理，并与100份聚丙烯(PP)(牌号F401，融体流动速率2.5g/10min，密度0.91g/cm³)均匀混合，利用双螺杆挤出机造粒，即得到一种阻燃母料。

该母料熔体流动速度(MFR)为2.65g/10min，氧指数为29.5，阻燃剂性为V0级(UL-94，3.2mm)，梁缺口冲击强度为31.6J/m，弯曲模量为2435MPa，可用于电器壳体的生产。

实施例2

用2.5份稀土表面处理剂对120份氢氧化镁、8份有机蒙脱土进行表面处理，并与0.5份芳香酰胺类β成核剂、100份聚丙烯(PP)(牌号F401，融体流动速率2.5g/10min，密度0.91g/cm³)均匀混合，利用双螺杆挤出机造粒，即得到一种阻燃母料。

该母料熔体流动速度(MFR)为2.68g/10min，氧指数为29.3，阻燃剂性为V0级(UL-94，3.2mm)，梁缺口冲击强度为51.5J/m，弯曲模量为2230MPa。

实施例3

其它条件同实施例2，但使用的β成核剂为稀土β成核剂，蒙脱土为未经改性的蒙脱土。

实施例4

其它同实施例3，但在配方中加入5份POE。所得母料熔体流动速度(MFR)为2.42g/10min，氧指数为29.2，阻燃剂性为V0级(UL-94，3.2mm)，梁缺口冲击强度为70.2J/m，弯曲模量为1880MPa。

实施例5

用2.5份稀土表面处理剂对110份氢氧化铝、10份红磷进行表面处理，并与70份聚乙烯(PE)、30份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)均匀混合，利用双螺杆挤出机造粒，即得到一种阻燃母料。

所得母料加工时外观光滑，氧指数为29.8，阻燃剂性为V0级(UL-94，3.2mm)，可用于电缆料生产。

实施例6

在原用30％卤系阻燃剂的PP改性体系中，将卤系阻燃剂减少10份，补充加入实施例3中所说阻燃母料30份，体系的阻燃性能并无降低，而发烟密度减少10％。

实施例7

在原用60％份无卤阻燃剂的PP改性体系中，将原体系中无卤系阻燃剂的50％用等量实施例1中的阻燃母料替代，材料的弯曲模量提高22％，加工性能同时得到改善。

实施例8

在原用60％份无卤阻燃剂的PP改性体系中，将原体系中无卤系阻燃剂的50％用等量实施例4中的阻燃母料替代，材料的缺口冲击强度提高25％，加工性能同时得到改善。

实施例9

向100份层状硅酸盐粉体中加入2份稀土表面改性剂，开动搅拌和加热，保持80-110℃下高速搅拌10分钟，得到稀土活化层状硅酸盐。将所活化的层状硅酸盐50份与50份尼龙66复合，得到一种阻燃母料。

在原来一种PA/卤系阻燃剂体系中，阻燃性能可以满足要求，但弯曲强度、弯曲模量及热变形温度不足。将上述阻燃母料40中入原配方100份中，所得新材料的弯曲强度、弯曲模量及热变形温度分别提高11％、15％和9％。

实施例10

其它条件同实施例2，但稀土表面处理剂、氢氧化镁、有机蒙脱土的份数分别为0.5份、30份和30份。

实施例11

其它条件同实施例2，但稀土表面处理剂、氢氧化镁、有机蒙脱土的份数分别为10份、200份和0.5份。

Claims (6)

1.一种用于生产高分子阻燃材料的阻燃母料，该阻燃母料通过将阻燃剂和高分子基体经适当的混合加工而成，其中，所述的阻燃母料进一步包括一种以上的稀土表面处理剂，该稀土表面处理剂具有用于结合所述阻燃剂的官能团和用于结合所述高分子基体的官能团，其中，以重量份数计，所述的稀土表面处理剂、所述的阻燃剂与所述的高分子基体的比例为0.5-10：30-200：100；

其中，所述的阻燃母料还包括一种以上的补强剂和/或增韧剂；

其中，所述的阻燃剂为选自如下一组物种中一种以上的无卤阻燃剂：磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、高分子阻燃剂和无机氢氧化物阻燃剂；所述的补强剂为具有层状结构的无机物质或晶须；所述的增韧剂为橡胶、热塑性弹性体和/或晶型改质剂。

2.如权利要求1所述的阻燃母料，其中，以重量份数计，所述的表面处理剂、所述的阻燃剂与所述的高分子基体的比例为2-8：60-160：100。

3.如权利要求1所述的阻燃母料，其中，所述的具有层状结构的无机物质为层状硅酸盐粉体。

4.如权利要求1所述的阻燃母料，其中，所述的具有层状结构的无机物质为蒙脱土。

5.如权利要求1所述的阻燃母料，其中，所述的阻燃剂为磷系阻燃剂和/或无机氢氧化物阻燃剂，所述的表面处理剂具有用于结合所述阻燃剂的无机官能团和用于结合所述高分子基体的有机官能团。

6.如权利要求1所述的阻燃母料，其中，所述的阻燃剂为氢氧化镁和/或氢氧化铝。