CN101864112A

CN101864112A - 一种高热稳定性无卤磷氮系阻燃材料

Info

Publication number: CN101864112A
Application number: CN201010205416A
Authority: CN
Inventors: 王幸宜; 李到; 戴启广
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2010-10-20

Abstract

本发明公开了一种高热稳定性的无卤磷氮系阻燃材料，其特征在于，由磷氮膨胀型阻燃剂磷酸酯双三聚氰胺和负载氧化铈的分子筛及其阻燃的有机聚合物构成。本发明采用载氧化铈的分子筛和磷氮系膨胀型阻燃剂配伍使用，使磷氮系膨胀型阻燃剂阻燃有机聚合物的分解温度提高，进而改善了其稳定性，同时阻燃性能也有较大程度的提高。

Description

一种高热稳定性无卤磷氮系阻燃材料

技术领域

本发明涉及一种有机阻燃材料的抗热分解的方法，尤其涉及磷氮系膨胀型阻燃材料。

背景技术

磷氮系膨胀型阻燃材料(IFR)以磷、氮为主要成分，不含卤素，它是在用作阻燃涂料的基础上发展起来的一种新型阻燃材料，如公开号为CN 1446844A公开的阻燃材料。含IFR的高聚材料受热燃烧时，表面生成一层碳质泡沫层，能隔热、隔氧、抑烟，并能防止熔滴行为，对长时间或重复暴露在火焰中具有很好的抵抗性。

IFR是一种非常有发展前途的新型阻燃剂，已经越来越受到人们的重视。如季戊四醇类磷酸酯、双季戊四醇磷酸酯及三季戊四醇磷酸酯、季戊四醇类亚磷酸酯及其相应的蜜胺盐等。

但是，所述的IFR存在着易于热分解缺陷，用于聚烯烃的阻燃，直接影响材料的热稳定性、使用性能和加工性能。因此，如何提高对所述的材料的热稳定性，如加入层状粘土制备纳米有机复合物等，是有关人员所十分关注的课题。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是公开一种高热稳定性的磷氮系膨胀型阻燃材料，以克服现有技术中缺陷。

本发明的高热稳定性的磷氮系膨胀型阻燃材料由磷氮膨胀型阻燃剂和负载氧化铈的分子筛及其阻燃的有机聚合物构成，磷氮膨胀型阻燃剂与负载氧化铈的分子筛的重量比为20～100∶0.1～10；优选的质量比例为0.5～1.5∶20；

负载氧化铈的分子筛含量太少，不能与阻燃剂完全接触；负载氧化铈的分子筛含量太多，阻燃剂的成本上升，阻燃剂的性能发生变化。

所说的有机聚合物可以是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、乙烯醋酸乙烯酯共聚物。磷氮膨胀型阻燃剂和负载氧化铈的分子筛与有机聚合物的比例为：10～30∶50～100，优先的质量比例为15～20∶80～100。磷氮膨胀型阻燃剂和负载氧化铈的分子筛含量太高，影响有机聚合物的机械性能和加工性能；含量太低，阻燃性能下降。

所说的磷氮膨胀型阻燃剂是在中国发明专利CN 101092503A公开方法制备的磷酸酯双三聚氰胺盐(IV)：

所说的负载氧化铈的分子筛的制备方法采用通常所说的浸渍法。其中分子筛为氢型的ZSM-5，Si/Al比为20～100，优选的Si/Al比为35～80。Si/Al比太小，酸量太大，引起有机聚合物的分解。

所说的负载氧化铈的分子筛中氧化铈量为分子筛中的0.1～10wt％，优选的负载量为3～5％。

本发明采用磷酸酯双三聚氰胺盐与负载氧化铈的分子筛配伍使用，使这种磷氮系膨胀型阻燃材料的分解温度大大提高，其阻燃性能也大为提高，从而改善了磷氮系膨胀型阻燃材料在有机聚合物中的热稳定性，得到的阻燃有机聚和物热稳定性能好，阻燃性高，低烟、无毒、无腐蚀性，对环境友好。

具体实施方式

实施例1

在100mL的0.35MCe(NO₃)₃水溶液中，加入95g ZSM-5分子筛(Si/Al＝38)进行等体积浸渍，搅拌1h，在空气中室温放置24h，在110℃干燥12h，再在马弗炉中550℃焙烧4h。经原子吸收光谱分析得到氧化铈的负载量为5％。

按中国发明专利CN101092503A中提及的方法所制备的磷酸酯双三聚氰胺盐粉末(颗粒平均尺寸为10μm)25g、26g、26.5g、27g、27.5g分别和3g、2g、1.5g、1g、0.5g上述所制得的5％CeO₂-ZSM-5分子筛混合，并将该混合物和80g聚丙烯加入到双辊塑炼机中，185℃混炼10min，使其混合均匀，在硫化机上185℃液压成型，万能制样机制样，样品尺寸为100×100×3mm。采用氧指数仪JF-3，依据ASTME-1354标准，测定材料的阻燃性能。同时测试其热失重，测试结果见附图1。当5％CeO₂-ZSM-5分子筛的含量为0.5wt％和1wt％时，阻燃PP的极限氧指数有所提高，分别为32％和34％，不加5％CeO₂-ZSM-5分子筛时阻燃PP的极限氧指数为28％。热重数据总结在表1，可以看出，合适的5％CeO₂-ZSM-5分子筛含量，可以提高阻燃PP的热稳定性和阻燃性能。

表1不同含量的5％CeO₂-ZSM-5分子筛对阻燃PP的热失重和阻燃性能的影响

实施例2

按实例1方法所制备的5％CeO₂-ZSM-5分子筛(Si/Al＝50)3g、2g、1.5g、1g、0.5g分别与25g、26g、26.5g、27g、27.5g磷酸酯双三聚氰胺盐混合，并将该混合物和80g聚丙烯加入到双辊塑炼机中。按实施例1的方法制样，测试其热失重和阻燃性能，结果见表2。

表2不同含量的5％CeO₂-ZSM-5分子筛对阻燃PP的热失重和阻燃性能的影响

实施例3

将Si/Al比为80的ZSM-5分子筛(Si/Al＝80)3g、2g、1.5g、1g、0.5g分别与25g、26g、26.5g、27g、27.5g磷酸酯双三聚氰胺盐混合，并将该混合物和80g聚丙烯加入到双辊塑炼机中。按实施例1的方法制样，测试其热失重如表3所示。可以看出不同含量的ZSM-5，不管是氮气气氛还是氧气气氛，都可使三聚氰胺磷酸盐和季戊四醇的混合物阻燃的PP材料热稳定性有较大的提高。从极限氧指数可以看出，ZSM-5分子筛的加入，阻燃性能随加入量的增大，略有下降。

表3ZSM-5分子筛(Si/Al＝80)添加量对阻燃材料PP在氮气气氛中热分解温度的影响

Claims

1.一种高热稳定性的无卤磷氮系阻燃材料，由磷氮膨胀型阻燃剂磷酸酯双三聚氰胺和负载氧化铈的分子筛及其阻燃的有机聚合物构成。

所说的磷氮膨胀型阻燃剂，是在中国发明专利CN 101092503A中所发明的磷酸酯双三聚氰胺；

所说的阻燃的有机聚合物，可以是聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、乙烯醋酸乙烯酯共聚物。

2.磷氮膨胀型阻燃剂和负载氧化铈的分子筛的重量比为：20～100∶0.1～10；磷氮膨胀型阻燃剂和负载氧化铈的分子筛与有机聚合物的比例为：10～30∶50～100。

3.根据权利要求1所述的高热稳定性的磷氮系膨胀型阻燃材料，其特征在于，负载氧化铈的分子筛，所说的分子筛为氢型ZSM-5，Si/Al比为20～100，优选的Si/Al比为35～80。

4.根据权利要求1所述的高热稳定性的磷氮系膨胀型阻燃材料，其特征在于，负载氧化铈的分子筛，所说的氧化铈在分子筛中含量为0.1～10wt％，优选的负载量为3～5wt％。

5.根据权利要求1所述的高热稳定性的磷氮系膨胀型阻燃材料，其特征在于，负载氧化铈的分子筛，氧化铈的负载方式为分子筛在铈的盐溶液中浸渍的方法。