CN101838402A - 一种纳米改性复合阻燃剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种纳米改性复合阻燃剂的制备方法，采用纳米高岭土作阻燃增效剂，其纳米粒子活性促使复合组分更好的与高分子结合，减少了偶联剂的加入量，而且具有制造成本低，加工工艺简单的优点，纳米高岭土的加入也提高了气体阻隔性能，燃烧过程中它在复合材料表面形成一种炭化硅酸盐结构，对下面的未燃烧材料起到了隔热和分离作用，使受热分解的易燃气体难以逸出，减缓了可挥发产物的扩散，降低了复合材料质量损失速率，从而提高了阻燃性能，广泛应用于热塑性聚合阻燃材料。
Description
技术领域
本发明涉及化学制剂领域，确切地说是一种改性复合阻燃剂及其制备方法和用途。
背景技术
阻燃剂广泛地应用于电缆工业。一般含卤阻燃材料发生火灾时释放出大量烟雾和有毒、有腐蚀性气体，对人员和仪器设备带来极大损害，即二次灾难。低烟无卤阻燃材料可以避免含卤阻燃材料燃烧时所带来的二次灾难，即阻燃材料的主要发展趋势。
目前，电工行业主要使用的无机阻燃填料是氢氧化铝和氢氧化镁。在抑制材料温度上升、降低材料表面放热量、提高材料自燃温度(高填充时)，延长引燃时间方面，氢氧化铝的作用效果优于氢氧化镁；而在提高材料自然温度(低填充时)、提高氧指数、促进碳化效果方面，氢氧化镁优于氢氧化铝。为了增大聚合物材料的阻燃性，需要大量填充无机氢氧化铝和氢氧化镁，一方面，这些无机阻燃剂的粒径太大、阻燃效率不高；另一方面，无机物和高分子之间的极性和相容性都存在差异。这些因素势必会导致材料的机械性能大量下降，最终会影响材料的使用性能。
纳米改性复合阻燃剂兼具氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂的优点，又克服了它们的不足，具有阻燃、消烟、填充三种功能，是一种很有希望的高效、无毒、低烟的无卤阻燃剂新品种。
目前，国内在复合阻燃剂的开发上依然采用的是卤系、磷系和硅系等阻燃剂之间的复合，这些阻燃剂的使用势必会导致二次污染和二次灾难。本项目研制的纳米改性环保复合阻燃剂，是用硅烷偶联剂或钛酸酯进行了表面处理，有效解决相容性问题。用纳米高岭土代替蒙脱土作为阻燃增效剂，其工艺简单且生产成本低。蒙脱土片层带有较高的负电荷以及纯度不高的缺陷，在实际生产中难以大规模应用。纳米高岭土是由天然粘土原矿经配矿、粉碎、水洗、研磨、化学分解、离子分离、插层活化处理喷雾烘干等工艺精致而成的粉末状无机矿物原料，它具有球度高、手感细腻、分散好、吸油率低等特点。纳米高岭土作为一种补强、阻燃添加剂，具备优异的电绝缘性，柔韧性好，配合水合金属氧化物使用，可以一定程度提高无卤料的阻燃效果，并可大幅度提高力学性能(10-25％)。应用于电线电缆行业中具有相当广阔的前景。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阻燃性能显著提高且环保的纳米改性复合阻燃剂。
本发明的另一目的在于提供一种改性复合阻燃剂制备方法。
本发明也涉及改性复合阻燃剂在热塑性聚合阻燃材料中的应用。
为实现上述发明目的，本发明采取以下技术方案：一种改性复合阻燃剂，包含下列组份(重量份数)：
氢氧化铝或氢氧化镁 65～95
纳米高岭土 4～25
表面改性剂 1～5
本发明进一步的方案是，所述的纳米高岭土的厚度为30～50纳米，直径为400～600纳米，松散密度为0.02～0.06g/cm3。
本发明进一步的方案是，所述的表面改性剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
本发明进一步的方案是，所述的氢氧化铝或氢氧化镁平均粒径不大于1.1μm。
上述改性复合阻燃剂的制备方法是先预热高速混合机，温度达到100～120℃，开始加入氢氧化铝或氢氧化镁，加料完毕，启动混合机的搅拌机进行高速搅拌，5分钟后缓慢加入硅烷偶联剂，持续搅拌10分钟后，加入纳米高岭土，混合搅拌25分钟即可。
本改性复合阻燃剂可广泛应用于热塑性聚合阻燃材料。
本发明采用纳米高岭土作阻燃增效剂，其纳米粒子活性促使复合组分更好的与高分子结合，减少了偶联剂的加入量，而且具有制造成本低，加工工艺简单的优点，纳米高岭土的加入也提高了气体阻隔性能，燃烧过程中它在复合材料表面形成一种炭化硅酸盐结构，对下面的未燃烧材料起到了隔热和分离作用，使受热分解的易燃气体难以逸出，减缓了可挥发产物的扩散，降低了复合材料质量损失速率，从而提高了阻燃性能，可满足实际需要。另外本发明采用有机改性剂对粉体氢氧化铝/氢氧化镁进行包覆，能够有效解决相容性问题，并较少阻燃剂在高分子材料中的填量，提高树脂填充体系的机械性能，减少热量及烟的释放，抑制烟的产生，改善热塑性塑料的加工性能。同时也弥补了氢氧化铝，氢氧化镁单一组分的热性能不足之处，是一种高效、无毒、低烟的无卤阻燃剂新品种。
具体实施方式
本发明所提供的改性复合阻燃剂包含下列组份构成(重量份数)：
实施例一：
氢氧化铝 95
纳米高岭土 15
硅烷偶联剂 5
上述纳米高岭土的厚度为30纳米，直径为400纳米，松散密度为0.02g/cm3。氢氧化铝的平均粒径不大于1.1μm。
实施例二：
氢氧化铝 80
纳米高岭土 14
钛酸酯偶联剂 4
上述纳米高岭土的厚度为40纳米，直径为500纳米，松散密度为0.04g/cm3。氢氧化铝的平均粒径不大于1.1μm。
实施例三：
氢氧化镁 65
纳米高岭土 12
硅烷偶联剂 3.2
上述纳米高岭土的厚度为50纳米，直径为600纳米，松散密度为0.06g/cm3。氢氧化镁的平均粒径不大于1.1μm。
改性复合阻燃剂的制备方法是先预热高速混合机，温度达到100～120℃，开始加入氢氧化铝或氢氧化镁，加料完毕，启动混合机的搅拌机进行高速搅拌，5分钟后缓慢加入硅烷偶联剂，持续搅拌10分钟后，加入纳米高岭土，混合搅拌25分钟即可。
下面给出两组实施例以说明本发明在热塑性聚合阻燃材料中的应用。
实施例四：先预热高速混合机，直到温度上升到预定的温度，将70份乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，30份乙烯-丁烯共聚物，75份硅烷改性氢氧化铝，15份纳米高岭土，高分子有机硅4份，硬脂酸锌3份，加入到高速混合机中混合15分钟，然后将所得混合物在130～160℃双螺杆挤出机中熔融、造粒，然后进行力学性能测试，测试结果：拉伸强度11.7Mpa，断裂伸长率171.2％，氧指数33.4，垂直燃烧达到FV-0等级。
实施例五：先预热高速混合机，直到温度上升到预定的温度，将65份基体树脂乙烯-醋酸乙烯酯共聚物，35乙烯-丁烯共聚物，80份硅烷改性氢氧化镁，15份纳米高岭土，高分子有机硅4份，硬脂酸锌3份，加入到高速混合机中混合15分钟，然后将所得混合物在130～160℃双螺杆挤出机中熔融、造粒，然后进行力学性能测试，测试结果：拉伸强度12.0Mpa，断裂伸长率170.8％，氧指数36.5，垂直燃烧达到FV-0等级。
Claims (5)
1.一种纳米改性复合阻燃剂，其特征在于所述阻燃剂包含下列组份(重量份数)：
氢氧化铝或氢氧化镁 65～95
纳米高岭土 4～25
表面改性剂 1～5。
2.根据权利要求1所述的一种纳米改性复合阻燃剂，其特征在于所述的纳米高岭土的厚度为30～50纳米，直径为400～600纳米，松散密度为0.02～0.06g/cm3。
3.根据权利要求1所述的一种纳米改性复合阻燃剂，其特征在于所述的表面改性剂为硅烷偶联剂或钛酸酯偶联剂。
4.根据权利要求1所述的一种纳米改性复合阻燃剂，其特征在于所述的氢氧化铝或氢氧化镁平均粒径不大于1.1μm。
5.根据权利要求1所述的一种纳米改性复合阻燃剂的制备方法，其特征在于先预热高速混合机，温度达到100～120℃，开始加入氢氧化铝或氢氧化镁，加料完毕，启动混合机的搅拌机进行高速搅拌，5分钟后缓慢加入硅烷偶联剂，持续搅拌10分钟后，加入纳米高岭土，混合搅拌25分钟即可。
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2009
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