CN102304237B - 一种无卤抑烟阻燃剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种无卤抑烟阻燃剂，是将氧化石墨、坡缕石黏土（凹凸棒）、碳酸氢钠以1:1:0.5~1:10:5的质量比混合而得。大量实验证明，该阻燃剂在每100份高分子基体中添加15~55份时，氧指数为32~38，烟密度小于75，平均燃烧时间小于30s，平均燃烧长度小于250mm，具有良好的抑烟和阻燃性能，完全满足国家建材B1标准的要求。本发明阻燃剂尤其适合在聚苯乙烯、聚氨酯基体中使用，也适合于在聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯、苯乙烯-丙烯腈-丁二烯共聚物、尼龙、聚碳酸酯、热塑性弹性体、各类橡胶中使用。

Description

一种无卤抑烟阻燃剂
技术领域
本发明涉及一种高分子材料的阻燃剂，尤其涉及一种高分子材料的无卤抑烟阻燃剂，主要用于聚苯乙烯发泡板、聚氨酯发泡板等建筑材料的阻燃处理，也可应用于聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯、苯乙烯-丙烯腈-丁二烯共聚物、尼龙、聚碳酸酯、热塑性弹性体、各类橡胶中使用。
背景技术
随着人类居住环境的日益改善，人们对居室适宜的温度、安静的休息环境要求更加苛刻。另外，为了解决能源需求矛盾，创造低碳环境，我国政府已将建筑节能定为国家节能的基本国策之一，并制订了相应的规划和法规，因此建筑外墙和屋面保温防潮隔音领域对高分子发泡板材需求巨大。
就现代城市化建设的高速发展而言，各大城市的地铁、停车场、各种各样的冷藏室，隔音室将成为其必备的设施，从而为高分子发泡板提供了广阔的市场。
目前市场所流通高分子发泡复合材料主要有聚苯乙烯发泡板（包括XPS及EPS）、聚氨酯发泡板（SPU）两大类，但90%以上的该类材料均没有进行阻燃处理，已造成了严重的火灾事故或者存在巨大的火灾隐患。
当前国家已出台多项标准进行规范约束，对阻燃防火铺地材料的阻燃性能做出了明确的规定。根据GB 8624-2006标准，对于隔音防潮保温复合材料的阻燃性能要求达到国家建筑材料B1级别。B1级指材料氧指数达到32以上，烟密度低于75，平均燃烧时间小于30 s，平均燃烧长度小于250 mm。
对聚苯乙烯及聚氨酯，目前国内外的无卤阻燃研究主要集中红磷系列、无机氢氧化物系列及蒙脱土矿物方面，但其效果均不理想，存在以下几个方面的原因：当阻燃剂添加量较小时，阻燃效果不明显，达不到国家建筑材料标准；当阻燃剂添加量较大时，虽然解决了阻燃问题，但严重影响到材料的发泡能力，导致单位质量的原材料发泡体积缩小，成本增加较大。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种无卤抑烟阻燃剂，以解决聚苯乙烯及聚氨酯发泡材料的燃烧问题，并消除阻燃剂对材料发泡能力的影响。
本发明的无卤抑烟阻燃剂，是利用氧化石墨、坡缕石黏土（凹凸棒）及碳酸氢钠为添加剂，通过一定比例的复配而成。
氧化石墨是一种层状共价化合物，层间距离依制备方法而异。一般认为，当在聚合物中添加氧化石墨后，因其层是一种准二维的受限体系，聚合物分子被束缚在其层间，分子链和链段的自由运动受到了限制，故可提高聚合物的玻璃转化温度、软化温度和热分解温度。另外，氧化石墨阻燃作用归功于其本身在燃烧时形成的致密碳层和聚合物燃烧过程中形成的碳层的双重阻隔作用，阻止燃烧进一步发展。
坡缕石黏土（凹凸棒土）是一种纤维状中空硅酸盐，以镁、铝及硅等的氧化物组成，并含有大量的吸附水及结构水。由于坡缕石黏土特殊的中空结构，使其能够有效吸热隔热，阻断热的传递；巨大的比表面积使其对气体有着强吸附作用；高含水量可使其在高温下能产生大量水蒸气，降低氧气及其他可燃气体浓度；大量金属氧化物的存在，可是阻燃剂所形成的碳层更加紧密，更好的阻止热传递。坡缕石本身不挥发，价格低廉、不燃烧，因此具有阻燃、抑烟、隔热的功能，所以坡缕石是理想的天然无公害阻燃材料。
碳酸氢钠由于其在高温下可分解产生大量的金属氧化物、二氧化碳及水蒸气，释放出的这两种气体均为不燃性气体，可有效稀释周围的氧气及其他可燃气体浓度，另外，碳酸氢钠分解可消耗大量热量，从而降低燃烧物表面温度。
本发明将氧化石墨、坡缕石黏土及碳酸氢钠进行复配，使氧化石墨的阻隔成碳能力与坡缕石黏土的抑烟阻燃能力结合起来，并在碳酸氢钠产生的两种不然气体的协效下，得到抑烟性能和阻燃性能良好的无卤抑烟阻燃剂。氧化石墨在聚合物燃烧过程中会迅速膨胀，形成碳层，从而阻断温度继续向燃烧物内部传递；坡缕石黏土在聚合物燃烧过程中，可产生大量水蒸气及金属氧化物，该类金属氧化物可嵌入氧化石墨已形成的碳层内，使得碳层更加致密；碳酸氢钠在聚合物燃烧时，会迅速分解产生二氧化碳，水蒸气及金属氧化物，不燃性气体会有效抑制火焰燃烧速度。
实验证明，将氧化石墨、坡缕石黏土、碳酸氢钠按1:1:0.5~ 1:10:5的质量比混合，均具有良好的抑烟和阻燃性能。该类阻燃剂尤其适合在聚苯乙烯、聚氨酯基体中使用，也适合于在聚乙烯、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯、苯乙烯-丙烯腈-丁二烯共聚物、尼龙、聚碳酸酯、热塑性弹性体、各类橡胶中使用。
为了进一步提高阻燃剂的抑烟和阻燃性能，所述氧化石墨、坡缕石黏土、碳酸氢钠以1:5:1~ 1:8:3的质量比进行配比，优选配比为1:6:2。
在制备阻燃性高分子材料时，将复合阻燃剂、高分子材料以及助剂（抗氧化剂、润滑剂）按一定的比例混合，在高速搅拌机中充分搅拌捏合后，经过双螺杆挤出机挤出造粒发泡即可得产品。
大量实验证明，当在每100份高分子基体中添加15~55份阻燃剂时，高分子材料完全满足国家建材B1标准的要求。
本发明相对现有技术具有以下优点：
1、阻燃性能高：应用于聚苯乙烯发泡板、聚氨酯发泡板中，氧指数在32~37，平均燃烧时间小于30 s，平均燃烧长度小于250 mm，整体性能达到国家建筑材料B1级标准。
2、抑烟燃性高：烟密度小于75。
3、添加在聚苯乙烯发泡板、聚氨酯发泡板中，不影响原材料发泡性能，同时增加了基体的流动性，降低了复合材料的成本。
4、添加剂添加量少、原料成本低。
具体实施方式
实施例1
阻燃剂的制备：将氧化石墨、坡缕石黏土、碳酸氢钠按1:6:2的质量比混合即得。
阻燃聚高分子材料的制备：将阻燃剂、聚苯乙烯及助剂混合，在高速搅拌机中充分搅拌捏合后，经过双螺杆挤出机挤出造粒发泡即可得产品。阻燃剂的添加量为每100重量份基体中添加15重量份，助剂的添加量按常规比例。助剂选用制备聚苯乙烯复合材料常用的抗氧化剂、润滑剂。
性能测试：阻燃指数为36 ，烟密度72，平均燃烧时间小于30 s，平均燃烧长度小于250 mm，完全满足国家建材B1标准。
实施例2
阻燃剂的制备：将氧化石墨、坡缕石黏土、碳酸氢钠按1:2:2.5的质量比混合即得。
阻燃聚高分子材料的制备：将阻燃剂、聚苯乙烯及助剂混合，在高速搅拌机中充分搅拌捏合后，经过双螺杆挤出机挤出造粒发泡即可得产品。阻燃剂的添加量为每100重量份基体中添加45重量份，助剂的添加量按常规比例。助剂选用制备聚苯乙烯复合材料常用的抗氧化剂、润滑剂。
性能测试：阻燃指数为32 ，烟密度75，平均燃烧时间小于30 s，平均燃烧长度小于250 mm，完全满足国家建材B1标准。
实施例3
阻燃剂的制备：将氧化石墨、坡缕石黏土、碳酸氢钠按1:1:0.5的质量比混合即得。
阻燃聚高分子材料的制备：将阻燃剂、聚苯乙烯及助剂混合，在高速搅拌机中充分搅拌捏合后，经过双螺杆挤出机挤出造粒发泡即可得产品。阻燃剂的添加量为每100重量份基体中添加55重量份，助剂抗的添加量按常规比例。助剂选用制备聚苯乙烯复合材料常用的抗氧化剂、润滑剂。
性能测试：阻燃指数为34 ，烟密度70，平均燃烧时间小于30 s，平均燃烧长度小于250 mm，完全满足国家建材B1标准。
实施例4
阻燃剂的制备：将氧化石墨、坡缕石黏土、碳酸氢钠按1:10:5的质量比混合即得。
阻燃聚高分子材料的制备：将阻燃剂、聚氨酯及助剂混合，在高速搅拌机中充分搅拌捏合后，经过双螺杆挤出机挤出造粒发泡即可得产品。阻燃剂的添加量为每100重量份基体中添加50重量份，助剂的添加量按常规比例。助剂选用制备聚氨酯复合材料常用的抗氧化剂、润滑剂。
性能测试：阻燃指数为33 ，烟密度73，平均燃烧时间小于30 s，平均燃烧长度小于250 mm，完全满足国家建材B1标准。
实施例5
阻燃剂的制备：将氧化石墨、坡缕石黏土、碳酸氢钠按1:5:1的质量比混合即得。
阻燃聚高分子材料的制备：将阻燃剂、聚氨酯及助剂混合，在高速搅拌机中充分搅拌捏合后，经过双螺杆挤出机挤出造粒发泡即可得产品。阻燃剂的添加量为每100重量份基体中添加40重量份，助剂的添加量按常规比例。助剂选用制备聚氨酯复合材料常用的抗氧化剂、润滑剂。
性能测试：阻燃指数为36 ，烟密度73，平均燃烧时间小于30 s，平均燃烧长度小于250 mm，完全满足国家建材B1标准。
实施例6
阻燃剂的制备：将氧化石墨、坡缕石黏土、碳酸氢钠按1:8:3的质量比混合即得。
阻燃聚高分子材料的制备：将阻燃剂、聚氨酯及助剂混合，在高速搅拌机中充分搅拌捏合后，经过双螺杆挤出机挤出造粒发泡即可得产品。阻燃剂的添加量为每100重量份基体中添加20重量份，助剂的添加量按常规比例。助剂选用制备聚氨酯复合材料常用的抗氧化剂、润滑剂。
性能测试：阻燃指数为32 ，烟密度75，平均燃烧时间小于30 s，平均燃烧长度小于250 mm，完全满足国家建材B1标准。

Claims (3)

1.一种无卤抑烟阻燃剂，其特征在于：是将氧化石墨、坡缕石黏土、碳酸氢钠以1:1:0.5~ 1:10:5的质量比混合而得。
2.如权利要求1所述无卤抑烟阻燃剂，其特征在于：所述氧化石墨、坡缕石黏土、碳酸氢钠以1:5:1~ 1:8:3的质量比进行配比。
3.如权利要求1所述无卤抑烟阻燃剂，其特征在于：所述氧化石墨、坡缕石黏土、碳酸氢钠以1:6:2的质量比进行配比。
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