CN102212207A - 一种新型环保协效阻燃剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及添加到有机合成材料中的环保、低价的阻燃助剂及其制备方法；一种协效阻燃剂包括(重量比)：纳米二氧化硅：10％～15％，氧化镁：70％～80％，氧化铝：3％～5％，硅烷偶联剂：1％～2％，季戊四醇四硬脂酸酯：1％～8％；制备步骤包括：第一步，将硅烷偶联剂和纳米二氧化硅作有机硅包覆处理，处理时间在2-3小时；第二步，将包覆处理好的纳米二氧化硅与其它组分一起粉碎并混合成均匀混合物；本发明能部分替代卤素+锑阻燃体系中的氧化锑，能保证材料的良好阻燃性能，同时降低材料产品的总成本；并且制造方法简单。

Description

一种新型环保协效阻燃剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及添加到有机合成材料中的一种阻燃助剂及其制备方法。

背景技术

塑料改性技术的不断发展与创新，带动了各种助剂的研发与诞生。而阻燃剂的用量是塑料助剂中仅次于增塑剂的一种添加剂。

理想的阻燃剂应该是阻燃效率高、添加量小、无毒、无烟，对环境友好，热稳定性好，便于加工，对被阻燃物的各项性能影响小，不析出，使用方便，价格便宜。但同时具有上面这些要求的阻燃剂几乎是不存在的，现实中只能是在满足基本要求的前提下取得最佳的综合平衡效益。

现有的阻燃剂在市场上的运用主要是围绕卤素+锑阻燃体系进行阻燃的，其中的锑作为协效阻燃剂，与卤素协同作用增强阻燃效果。所以下面只针对卤素+锑阻燃体系在各种塑料等合成材料中的运用情况进行分析。

锑的代表性产品是三氧化二锑，简称氧化锑。氧化锑作为卤素+锑阻燃体系的协效阻燃剂运用较广。氧化锑的价格居高不下，其原因有两点：①三氧化二锑来源于锑矿，而锑属于稀缺资源之一，开采后不可再生。②生产成本高，环境污染严重。锑矿通常与铅、砷等矿共生，重金属和有毒物资含量较高，要想提纯含量较高的氧化锑必将耗费较大的生产力。并且所加工、冶炼出来的氧化锑产品也难以避免地含有这些有毒、放射性物质，其环保性差。

为了降低锑的生产成本和其毒性，市场急需有新的协效阻燃剂来代替。目前人们正在日益增多地采用卤系阻燃剂的其他增效剂，其中包括氧化铁和锌化合物，如硼酸锌、氧化锌、钼酸锌和磷酸锌；但这些产品协效阻燃效果不够理想，受到加工稳定和环保条件的限制而不能普遍采用。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种更加环保、价廉并适用于卤素+锑阻燃剂体系的协效阻燃剂。

为实现上述目的。本发明采用的技术方案是：一种新型环保协效阻燃剂，其特征在于：包括如下组分(重量比)：

纳米二氧化硅：10％～15％，

氧化镁：70％～80％，

氧化铝：3％～5％，

硅烷偶联剂：1％～2％，

季戊四醇四硬脂酸酯：1％～8％。

本发明的产品可以方便地与卤系阻燃剂和少量的氧化锑协效阻燃剂一起添加到工程塑料或普通PVC等合成材料(以下统一简称材料)中。

当然，进一步的可以是，所述的协效阻燃剂包括镁离子活性剂：1％～5％。其本身具有阻燃性能，并且其同时具有金属基团和有机基团，利于本发明与材料的分散和相容。

或者可以加入其它利于提高本发明与材料的相容性、分散性的物质。

更好的是所述的协效阻燃剂的粒径小于6μm。

最好是所述的协效阻燃剂的平均粒径小于2μm。

这样的粒径便于协效阻燃剂同各种类型的材料分散和相容。

本发明的技术优点：从机理上来说，本发明是气相阻燃机理：本发明中的金属镁离子和卤系阻燃剂起作用增加脱卤化氢反应的作用，释放出更有效的火焰抑制剂-金属卤化物。在显微镜下观察发现，这种材料中的金属化合物改变了炭的外观，使它光亮而无裂缝。这些变化能使炭层具有更好的绝缘性，从而提高阻燃性。

大量的实验和应用证明：利用本发明部分替代卤素+锑体系阻燃体系中的氧化锑，能保证材料的良好阻燃性能，同时降低原料氧化锑的成本，也就降低了材料产品的总成本。并且本发明本身是环保无害的，所生产的材料产品环保性也提高。在阻燃要求不很高的场合也可以单独使用。并且所生产的材料的机械性能和加工性能也明显优化和提高。

本发明的另一个发明目的是提供一种制备上述协效阻燃剂的方法。

技术方案为：一种新型环保协效阻燃剂的制备方法，步骤包括：

第一步，将硅烷偶联剂和纳米二氧化硅作有机硅包覆处理，处理时间在2-3小时；

第二步，将包覆处理好的纳米二氧化硅与其它组分一起粉碎并混合成均匀混合物。

进一步的，第二步的粉碎混合处理包括：将包覆处理好的纳米二氧化硅加入到粉碎机组中进行粉碎；

然后将粉碎处理好的二氧化硅与组分一起加入到研磨机组中进行研磨；

再将研磨好的物料加入到高速搅拌机中搅拌0.5～2小时，形成均匀混合物。

最好是搅拌1小时。

这样所制备的协效阻燃剂产品性状均匀，性能良好，并且制造方法简单。

具体实施方式

下面以实际生产中最常见的溴+锑阻燃体系为例，进行说明。

其中DBDPE为十溴二苯基乙烷、GF为玻璃纤维；所列数据都是重量百分比；其中所添加的协效阻燃剂为本发明的产品。

实施例一

表1-PBT阻燃改性配比；其中协效阻燃剂配方：纳米二氧化硅：10％、氧化镁：80％、氧化铝：3％、硅烷偶联剂：1％、季戊四醇四硬脂酸酯：6％。

实施例二

表2-PA66阻燃改性配比；其中协效阻燃剂配方：纳米二氧化硅：15％、氧化镁：70％、氧化铝：5％、硅烷偶联剂：2％、季戊四醇四硬脂酸酯：8％。

实施例三

表3-ABS阻燃改性配比；其中协效阻燃剂配方：纳米二氧化硅：13％、氧化镁：75％、氧化铝：4％、硅烷偶联剂：2％、季戊四醇四硬脂酸酯：6％。

实施例四

表4-PP阻燃改性配比；其中协效阻燃剂配方：纳米二氧化硅：15％、氧化镁：77％、氧化铝：4.5％、硅烷偶联剂：1.5％、季戊四醇四硬脂酸酯：2％。

实施例五

表5-HIPS阻燃改性配比；其中协效阻燃剂配方：纳米二氧化硅：12％、氧化镁：79％、氧化铝：5％、硅烷偶联剂：2％、季戊四醇四硬脂酸酯：1％、镁离子活性剂：1％。

试验结果于讨论

1.协效阻燃剂在PBT、PA66阻燃改性中的应用结果与讨论：

根据表1与表2的配比，分别结合表6和表7的检测数据，我们可以发现，在PBT、PA66阻燃改性体系中分别加入协效阻燃剂后，其结果变化基本相似：在替换掉一半或者更少的氧化锑时，能可靠地保持原有的阻燃效果；同时因本发明的成本显著低于氧化锑的成本，所以材料的总成本降低。

另外材料的熔融指数，也就是熔体流动速率随协效阻燃剂的添加量的增加而提高，而其他力学性能基本保持不变，这样有利于材料的成型加工。

表6阻燃改性PBT试样检测数据

表7：阻燃改性PA试样检测数据

2.协效阻燃剂在ABS阻燃改性中的应用结果与讨论：

我们可以根据表3的配比，结合表8的检测数据看出，在溴系阻燃体系中当替换掉一半或以内的氧化锑时，产品同样能保持原有的阻燃效果，而产品的总成本降低。

另外在ABS阻燃改性体系中加入协效阻燃剂后，除了熔体流动速率随其添加量的增加而提高外；随着氧化锑被逐步替换，材料的抗冲击强度略有提高，而比重则明显下降；这样材料机械性能更好，而自重降低，便于使用。

另外，使用协效阻燃剂替换氧化锑后，挤出的阻燃改性产品外观颜色比以前变白，更加美观；产品的着色力也更强。

表8：阻燃改性ABS试样检测数据

3协效阻燃剂在PP阻燃改性中的应用结果与讨论：

同样根据表4的配比和表9的检测数据，我们很容易发现，在溴系阻燃体系中当替换掉三分之一或以内的氧化锑时，亦能保持原有的阻燃效果，降低材料的成本。

在PP阻燃改性体系中加入协效阻燃剂后，与阻燃改性ABS一样，随着氧化锑被逐步替换，材料的熔体流动速率、抗冲击强度都随协效阻燃剂的添加量的增加而提高，而比重则明显下降。

同样，在使用协效阻燃剂替换氧化锑后，挤出的阻燃改性产品外观颜色比以前变白，表面光泽度和着色力也都有一定的改善。

另外，在阻燃改性PP产品中加入协效阻燃剂，可以起到一定的成核作用，可以缩短材料的成型周期，材料的热变形温度也略有提高，并可适当减少改性过程中专用成核剂的用量，起到进一步降低成本的目的。

表9：阻燃改性PP试样检测数据

4协效阻燃剂在HIPS阻燃改性中的应用结果与讨论：

根据表5的配比，结合表10的检测数据，我们可以发现，在HIPS阻燃改性体系中加入协效阻燃剂后，其结果跟ABS阻燃改性体系中加入协效阻燃剂的效果基本相同。在溴系阻燃体系中当替换掉五分之二或以内的氧化锑时，亦能保持原有的阻燃效果，降低材料的成本。

表10：阻燃改性HIPS试样检测数据

综上所述，本发明达到了硅系和金属氧化物的完美复配。实现了聚合物基体与无机粒子在纳米尺度上的结合；本发明的协效阻燃剂能部分替代氧化锑而降低阻燃体系和材料的总体成本；并且环保性能也更好。更意想不到的是：对于大多数的材料，能够赋予了材料优异的力学性能、热性能及气体阻隔性能；还有明显的抗熔滴作用和成炭作用。

五个实施例中所使用的不同配比的协效改性剂交叉使用到不同种类的材料中时，其阻燃效果没有明显差异，故试验数据也不再赘述。

实施例虽然只针对应用最广，阻燃防火要求较高的几类工程塑料进行说明，但本领域技术人员可以毫无疑义地确定本发明适用所有合成材料的阻燃；并且既可以作为协效阻燃剂，也可以单独起到阻燃效果。

Claims (5)

1.一种新型环保协效阻燃剂，其特征在于：包括如下组分(重量比)：

纳米二氧化硅：10％～15％，

氧化镁：70％～80％，

氧化铝：3％～5％，

硅烷偶联剂：1％～2％，

季戊四醇四硬脂酸酯：1％～8％。

2.根据权利要求1所述的新型环保协效阻燃剂，其特征在于：所述的协效阻燃剂的粒径小于6μm。

3.根据权利要求2所述的新型环保协效阻燃剂，其特征在于：所述的协效阻燃剂的平均粒径小于2μm。

4.一种根据权利要求1到3中任意一项所述的新型环保协效阻燃剂的制备方法，步骤包括：

第一步，将硅烷偶联剂和纳米二氧化硅作有机硅包覆处理，处理时间在2-3小时；

第二步，将包覆处理好的纳米二氧化硅与其它组分一起粉碎并混合成均匀混合物。

5.根据权利要求4所述的新型环保协效阻燃剂的制备方法，其特征在于：第二步的粉碎混合处理包括：将包覆处理好的纳米二氧化硅加入到粉碎机组中进行粉碎；

然后将粉碎处理好的二氧化硅与组分一起加入到研磨机组中进行研磨；

再将研磨好的物料加入到高速搅拌机中搅拌1小时，形成均匀混合物。