CN102161776B - 一种低热低烟阻燃剂及其在制备阻燃母粒中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低热低烟阻燃剂及其在制备阻燃母粒中的应用，该阻燃剂的原料包括以下组分及重量百分比含量：次磷酸盐40-70、三聚氰胺类化合物20-50、纳米无机物0.1-10、辅助剂5-15，该低热低烟阻燃剂可以应用于制备阻燃母粒。与现有技术相比，本发明可以有效地降低热释放速率、烟释放速率、生烟总量，从而对延缓火焰的传播、降低燃烧释放物质的速率、增加逃生机率起到了积极的作用。

Description

一种低热低烟阻燃剂及其在制备阻燃母粒中的应用

技术领域

本发明涉及一种阻燃剂及其应用，尤其是涉及一种低热低烟阻燃剂及其在制备阻燃母粒中的应用。

背景技术

利用火和控制火的斗争始终贯穿人类的社会发展史和科学技术的发展史。火，一旦失去控制，就会酿成火灾，给国家和人民的生命财产造成惨重损失；控制火灾发生，已成为当今世界的重大课题。

随着近年来塑料等高分子材料越来越广泛地被应用，塑料的阻燃技术的发展逐步受到人们的重视。一方面，由于大量的高效含卤阻燃材料已经开始使用，当火灾发生时，燃烧所产生的有毒烟气足以使人窒息或中毒死亡。据统计，全国的历次火灾事故中，因窒息或中毒而死亡的占75％以上。人们开始意识到单纯的阻燃概念已经无法满足要求，转而寻求无卤、低卤的材料。如WO/2007/010318、WO/2005/019330、US 4,198,493等公开了一些新型的无卤、低卤的阻燃剂及应用。另一方面，火灾发生时，由于燃烧不仅仅产生大量的有毒气体，还产生了大量的热量和微粒(这些微粒是构成烟雾的重要成分)，热量产生的快慢与多少直接决定火灾规模、蔓延速度以及可能有效的抑制措施；而微粒的多少则影响现场人员的视线。然而目前表征材料燃烧性能的试验方法如氧指数(LOI)法、UL标准中的水平燃烧、垂直燃烧法等，多是传统的小型试验方法，试验操作环境与真实火灾相差较大，试验获得的数据也只能用于一定试验条件下材料间燃烧性能的相对比较，不能作为评价材料在真实火灾中行为的依据。为能客观地评价真实火灾中材料的燃烧性能，1982年Babrauskas等人开发设计了锥形量热仪(Cone Calorimeter，简称CONE)这一先进的试验仪器。CONE的燃烧环境极相似于真实的燃烧环境，其试验结果与大型燃烧试验结果之间存在很好的相关性，能够表征出材料的燃烧性能，在评价材料、材料设计和火灾预防等方面具有重要的参考价值。因此，燃烧过程中产生的烟雾及热量，决定了火灾中人员的逃生的机率。在申请号为200510021216.7及201010140144.9的中国专利中公开了使用CONE的方法对材料进行烟密度和热释放速率的研究，其结果对材料的使用具有指导意义。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有无卤或较低的卤素含量，较低的热释放速率、烟释放速率和生烟总量的低热低烟阻燃剂及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种低热低烟阻燃剂，其特征在于，该阻燃剂的原料包括以下组分及重量百分比含量：

次磷酸盐        40-70，

三聚氰胺类化合物20-50，

纳米无机物      0.1-10，

辅助剂          5-15。

所述的次磷酸盐包括次磷酸钠、次磷酸钙、次磷酸镁、次磷酸锌或次磷酸铝。

所述的次磷酸盐优选次磷酸钙或次磷酸铝。

所述的三聚氰胺类化合物选自三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺氰脲酸盐或三聚氰胺氢溴酸盐中的一种或两种。

所述的纳米无机物粒径为10nm-100nm，包括碳酸钙、硫酸钡、玻璃微珠、高岭土、硅灰石、滑石粉、云母、蒙脱土、氢氧化铝、氢氧化镁、硅藻土或二氧化硅。

所述的辅助剂包括二甲基二苯己烷、二甲基二苯丁烷或聚二异丙基苯。

一种低热低烟阻燃剂在制备阻燃母粒中的应用，其特征在于，该低热低烟阻燃剂应用于制备阻燃母粒，该阻燃母粒的制备方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及重量份含量备料：

载体树脂        12-58，

聚乙烯蜡        2-5，

抗氧剂          0.1-1，

低热低烟阻燃剂  40-85；

(2)将上述各成分混合后，加入到同向双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机的螺杆长径比为32-44，挤出温度为170-220℃进行挤出造粒，然后控制冷却水的温度为10-50℃，对其进行水冷后牵引切粒或模面切粒，即得到阻燃母粒。

所述的载体树脂选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯或聚丙烯中的一种或几种。

述的抗氧剂选自抗氧剂1010或抗氧剂168中的一种或两种。

与现有技术相比，本发明的优点在于：这种新型的低热低烟阻燃剂可以有效地降低热释放速率、烟释放速率、生烟总量，从而对延缓火焰的传播、降低燃烧释放物质的速率、增加逃生机率起到了积极的作用。

附图说明

图1为比较例与实施例的热释放速率图；

图2为比较例与实施例的烟释放速率图；

图3为比较例与实施例的生烟总量图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

比较例1

采用目前市面上比较通用的一种配比的阻燃剂，各组份重量百分比为：次磷酸钙60％，聚氰胺氢溴酸盐30％，二甲基二苯己烷10％。

采用聚丙烯(均聚，Moplen HP550，Basell公司生产)与该阻燃剂经过双螺杆挤出机共混挤出造粒，其中重量比为聚丙烯/阻燃剂＝98/2。该共混物为A。

实施例1

一种新型的低热低烟阻燃剂，各组份重量百分比为：次磷酸铝45％，三聚氰胺氰脲酸盐30％，纳米硅藻土10％，聚二异丙基苯15％。

共混物制造工艺，各成分混合后，加入到同向双螺杆挤出机挤出造粒，该挤出机的螺杆长径比L/D可以是40，用拉条水冷后牵引切粒，双螺杆挤出机温度设定各区分别为170℃-180℃-180℃-190℃-190℃-190℃-200℃-190℃。冷却水温度控制在30℃，经熔融挤出造粒并冷却得到共混物B。

实施例2

一种新型的低热低烟阻燃剂，各组份重量百分比为：次磷酸铝40％，三聚氰胺氰脲酸盐50％，纳米硅藻土4％，聚二异丙基苯6％。

采用上述新型的阻燃剂的阻燃母粒，各组份重量百分比为：新型的低热低烟阻燃剂85％、聚丙烯12％，聚乙烯蜡2％，抗氧剂(1010)1％。

采用聚丙烯(均聚，Moplen HP550，Basell公司生产)与该阻燃母粒在双螺杆挤出机中共混挤出造粒，其中重量比为聚丙烯/阻燃母粒＝97.65/2.35。CONE的测试参见比较例1。该共混物为C。

阻燃母粒的制造工艺包括以下步骤：将新型的低热低烟阻燃剂、载体树脂、聚乙烯蜡在高混机里混合5-20分钟，然后加入到同向双螺杆挤出机挤出造粒，用拉条水冷后进行牵引切粒或者模面切粒。双螺杆挤出机温度设定各区分别为180-180-180-190-190-190-210-220。冷却水温度控制在40度。

实施例3

一种新型的低热低烟阻燃剂，各组份重量百分比为：次磷酸钙70％，三聚氰胺聚磷酸盐23％，纳米二氧化硅2％，二甲基二苯己烷5％。

采用上述新型的阻燃剂的阻燃母粒，各组份重量百分比为：新型的低热低烟阻燃剂40％、聚丙烯57.9％，聚乙烯蜡2％，抗氧剂(1010)0.1％。

采用聚丙烯(均聚，Moplen HP550，Basell公司生产)与该阻燃母粒在双螺杆挤出机中共混挤出造粒，其中重量比为聚丙烯/阻燃母粒＝95/5，制造工艺同实施例2。CONE的测试参见比较例1。该共混物为D。

采用CONE进行热释放速率(HRR)、烟释放速率(RSR)、生烟总量(TSP)的测试，以及其它基本的性能测试结果参见表1-表4，性能分析如图1-图3所示。

表1比较例与实施例的基本性能

由表1可以看出，实施例的各项性能等于或优于比较例，特别是在弯曲模量和热变形温度的性能上，优于比较例5％-10％。

图1为热释放速率，由图1中实施例与比较例相对比可以看出，本发明的阻燃剂对降低热释放速率效果明显。

表2实施例与比较例的最大热释放速率的对比

由表2可以看出，与比较例相比，实施例的热释放速率降低了18％-22％不等。

图2为烟释放速率，由图2中实施例与比较例相对比可以看出，本发明的阻燃剂对降低烟释放速率效果明显。

表3实施例与比较例的最大烟释放速率的对比

由表3可以看出，与比较例相比，实施例的烟释放速率降低了7％-20％不等。

图3为生烟总量，由图3中实施例与比较例相对比可以看出，本发明的阻燃剂对降低烟释放速率效果明显。

表4实施例与比较例的最大生烟总量的对比

由表4可以看出，与比较例相比，实施例的生烟总量降低了2％-18％不等。

实施例4

一种低热低烟阻燃剂，该阻燃剂的原料包括以下组分及含量：次磷酸钠40kg、三聚氰胺50kg、粒径为10nm的碳酸钙5kg、二甲基二苯己烷5kg，上述组分混合后，加入到同向双螺杆挤出机挤出造粒，该挤出机的螺杆长径比L/D可以是40，用拉条水冷后牵引切粒，双螺杆挤出机温度设定各区分别为170℃-180℃-180℃-190℃-190℃-190℃-200℃-190℃。冷却水温度控制在30℃，经熔融挤出造粒并冷却得到低热低烟阻燃剂。该低热低烟阻燃剂应用于制备阻燃母粒，该阻燃母粒的制备方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及含量备料：载体树脂高密度聚乙烯12kg，聚乙烯蜡5kg、抗氧剂1kg，该抗氧剂为1010，低热低烟阻燃剂40kg；

(2)将上述各成分混合后，加入到同向双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机的螺杆长径比为32，挤出温度为170℃进行挤出造粒，然后控制冷却水的温度为10℃，对其进行水冷后模面切粒，即得到阻燃母粒。

实施例5

一种低热低烟阻燃剂，该阻燃剂的原料包括以下组分及含量：次磷酸铝70kg、三聚氰胺聚磷酸盐及三聚氰胺氰脲酸盐的混合物20kg、粒径为100nm的云母0.1kg、聚二异丙基苯5kg，上述组分混合后，加入到同向双螺杆挤出机挤出造粒，该挤出机的螺杆长径比L/D可以是40，用拉条水冷后牵引切粒，双螺杆挤出机温度设定各区分别为170℃-180℃-180℃-190℃-190℃-190℃-200℃-190℃。冷却水温度控制在30℃，经熔融挤出造粒并冷却得到低热低烟阻燃剂。该低热低烟阻燃剂应用于制备阻燃母粒，该阻燃母粒的制备方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及含量备料：载体树脂高密度聚乙烯40kg，聚乙烯蜡3kg、抗氧剂1kg，该抗氧剂为1010和抗氧剂168的混合物，低热低烟阻燃剂60kg；

(2)将上述各成分混合后，加入到同向双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机的螺杆长径比为42，挤出温度为190℃进行挤出造粒，然后控制冷却水的温度为30℃，对其进行水冷后牵引切粒，即得到阻燃母粒。

实施例6

一种低热低烟阻燃剂，该阻燃剂的原料包括以下组分及含量：次磷酸镁50kg、三聚氰胺聚磷酸盐及三聚氰胺氰脲酸盐的混合物25kg、粒径为80nm的云母10kg、聚二异丙基苯15kg，上述组分混合后，加入到同向双螺杆挤出机挤出造粒，该挤出机的螺杆长径比L/D可以是36，用拉条水冷后牵引切粒，双螺杆挤出机温度设定各区分别为170℃-180℃-180℃-190℃-190℃-190℃-200℃-190℃。冷却水温度控制在40℃，经熔融挤出造粒并冷却得到低热低烟阻燃剂。该低热低烟阻燃剂应用于制备阻燃母粒，该阻燃母粒的制备方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及含量备料：线性低密度聚乙烯和聚丙烯的混合物作为载体树脂58kg，聚乙烯蜡2kg、抗氧剂0.1kg，该抗氧剂为168，低热低烟阻燃剂85kg；

(2)将上述各成分混合后，加入到同向双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机的螺杆长径比为44，挤出温度为220℃进行挤出造粒，然后控制冷却水的温度为50℃，对其进行水冷后牵引切粒，即得到阻燃母粒。

Claims (8)

1.一种低热低烟阻燃剂，其特征在于，该阻燃剂的原料包括以下组分及重量百分比含量：

所述的纳米无机物粒径为10nm-100nm，包括碳酸钙、硫酸钡、玻璃微珠、高岭土、硅灰石、滑石粉、云母、蒙脱土、氢氧化铝、氢氧化镁、硅藻土或二氧化硅。

2.根据权利要求1所述的一种低热低烟阻燃剂，其特征在于，所述的次磷酸盐包括次磷酸钠、次磷酸钙、次磷酸镁、次磷酸锌或次磷酸铝。

3.根据权利要求2所述的一种低热低烟阻燃剂，其特征在于，所述的次磷酸盐优选次磷酸钙或次磷酸铝。

4.根据权利要求1所述的一种低热低烟阻燃剂，其特征在于，所述的三聚氰胺类化合物选自三聚氰胺、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺氰脲酸盐或三聚氰胺氢溴酸盐中的一种或两种。

5.根据权利要求1所述的一种低热低烟阻燃剂，其特征在于，所述的辅助剂包括二甲基二苯己烷、二甲基二苯丁烷或聚二异丙基苯。

6.一种如权利要求1所述的低热低烟阻燃剂在制备阻燃母粒中的应用，其特征在于，该低热低烟阻燃剂应用于制备阻燃母粒，该阻燃母粒的制备方法包括以下步骤：

(1)按照以下组分及重量份含量备料：

所述的纳米无机物粒径为10nm-100nm，包括碳酸钙、硫酸钡、玻璃微珠、高岭土、硅灰石、滑石粉、云母、蒙脱土、氢氧化铝、氢氧化镁、硅藻土或二氧化硅；

(2)将上述各成分混合后，加入到同向双螺杆挤出机中，控制双螺杆挤出机的螺杆长径比为32-44，挤出温度为170-220℃进行挤出造粒，然后控制冷却水的温度为10-50℃，对其进行水冷后牵引切粒或模面切粒，即得到阻燃母粒。

7.根据权利要求6所述的一种低热低烟阻燃剂在制备阻燃母粒中的应用，其特征在于，所述的载体树脂选自高密度聚乙烯、低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯或聚丙烯中的一种或几种。

8.根据权利要求6所述的一种低热低烟阻燃剂在制备阻燃母粒中的应用，其特征在于，所述的抗氧剂选自抗氧剂1010或抗氧剂168中的一种或两种。

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