CN102604376B

CN102604376B - 一种用于玻纤增强pa6的环保无卤阻燃剂及其制备方法

Info

Publication number: CN102604376B
Application number: CN 201210066296
Authority: CN
Inventors: 牛民卜; 毕燕; 耿玉杰
Original assignee: JINAN TAIXING FINE CHEMICAL CO Ltd
Current assignee: Shandong Taixing New Materials Co., Ltd.
Priority date: 2012-03-14
Filing date: 2012-03-14
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2032-03-14
Also published as: CN102604376A

Abstract

本发明公开了一种用于玻纤增强PA6的环保无卤阻燃剂及其制备方法。该阻燃剂由下述重量份的原料制成，磷酸铝10～12、三聚氰胺氰尿酸盐4～5、聚磷酸铵1～3、协效成炭剂0.5～3.0、阻燃协效剂0.5～3.0和抗氧剂0.2～1.0；所述磷酸铝是由磷酸与氢氧化铝反应制得。本发明产品具有优良的阻燃功能，且存在发烟量小的特点，可以完全替代溴锑阻燃剂用于阻燃玻纤增强的PA6；在成本价格方面也比溴、锑类阻燃剂具有更高的性价比；在应用上与溴、锑类阻燃剂用量相同甚至更少；环保方面，指标优于溴、锑类产品。该阻燃剂在玻纤增强的PA6中可以完全取代溴、锑阻燃剂，达到较高的阻燃级别。

Description

一种用于玻纤增强PA6的环保无卤阻燃剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种新型的磷、氮系环保无卤阻燃剂，该阻燃剂用于玻纤增强的尼龙6(PA6)。

背景技术

尼龙，即聚酰胺(PA)，是主链上含有酰胺基团(-NHCO-)的高分子化合物，是重要的工程树脂，居五大通用工程塑料之首，在日常生活和工业领域中应用十分广泛。根据聚酰胺单元链节中含碳原子数目不同可分为PA6、PA66、PA46等，其中PA6、PA66应用最广泛，产量最大。PA6具有良好的综合性能。但因其分子结构中含有亲水基团酰胺基，故易吸水、吸湿，结果引起制品机械强度下降，并影响到尺寸稳定性，PA6虽然有一定的自熄性，但仍是可燃物，在带电工作环境中，由于漏电、短路、电弧、电火花的情况引起的火灾的危险依然存在，采用玻璃纤维(简称玻纤)增强可克服PA6机械性能方面的不足，但玻纤的加入使得PA6由于“灯芯效应”更易燃烧，因此从20世纪70年代开始，世界各国对提高尼龙的阻燃性能进行了广泛的研究。

目前阻燃PA6所用的阻燃剂70％为含卤阻燃剂，含卤阻燃剂虽然具有良好的阻燃效果，但是由于其释放出大量的烟雾和有毒气体刺激眼睛和呼吸系统，会造成“二次伤害”。特别是多溴二苯类，会产生二苯类物质，可能对人体有致癌作用，因此含卤阻燃剂的应用受到了很大限制，开发切实可行的无卤阻燃剂势必成为当务之急。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于玻纤增强PA6的环保无卤阻燃剂，该阻燃剂在玻纤增强的PA6中可以完全替代溴、锑类阻燃剂，在添加量小并保证对材料力学性能影响较小的前提下实现阻燃UL 94 V0级。

本发明的技术方案是：一种用于玻纤增强PA6的环保无卤阻燃剂，其特征是，由下述重量份的原料制成，磷酸铝10～12、三聚氰胺氰尿酸盐4～5、聚磷酸铵1～3、协效成炭剂0.5～3.0、阻燃协效剂0.5～3.0和抗氧剂0.2～1.0；所述磷酸铝是由磷酸与氢氧化铝反应制得。其中，协效成炭剂可以为4A分子筛、纳米蒙脱土、沸石或硅酸铝镁；阻燃协效剂为硼酸锌或水滑石；抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168。

优选配比为：主阻燃剂磷酸铝12、三聚氰胺氰尿酸盐5、聚磷酸铵3、协效成炭剂2、阻燃协效剂3和抗氧剂0.5。

制备方法：取磷酸加入到反应釜中，再在反应釜中加入相当于磷酸体积8～10倍的水作为溶剂，然后将氢氧化铝(氢氧化铝与磷酸的摩尔比为0.8～1.2∶1，优选为1∶1)加入反应釜中，控制反应温度80℃～90℃，反应6h-8h后经离心、干燥、粉碎，得到主阻燃剂磷酸铝，然后将主阻燃剂磷酸铝与三聚氰胺氰尿酸盐、聚磷酸铵、协效成炭剂、阻燃协效剂和抗氧剂按照上述比例在捏合机中50℃～80℃的温度下捏合2h-3h，即得到本发明产品。

本发明的有益效果是：本发明产品具有优良的阻燃功能，且存在发烟量小的特点，可以完全替代溴锑阻燃剂用于阻燃玻纤增强的PA6；在成本价格方面也比溴、锑类阻燃剂具有更高的性价比(价格为4万左右)；在应用上与溴、锑类阻燃剂用量相同甚至更少；环保方面，指标优于溴、锑类产品。该阻燃剂在玻纤增强的PA6中可以完全取代溴、锑阻燃剂，达到较高的阻燃级别(美国UL94 V0级)。本发明的性能指标如下表1所示。

表1本发明产品的性能指标

具体实施方式

实施例1

配比(重量份)：主阻燃剂12、三聚氰胺氰尿酸盐5、聚磷酸铵3、协效成炭剂(4A分子筛)2、阻燃协效剂(硼酸锌)3、抗氧剂168 0.5。

制备方法：将磷酸加入到反应釜中，再加入相当于磷酸体积8.5倍的水作为反应溶剂，在机械搅拌的条件下缓慢加入氢氧化铝(氢氧化铝与磷酸的摩尔比为1∶1)，在85℃的温度下反应6.5h后，经离心、干燥、粉碎得到主阻燃剂磷酸铝，然后按照上述比例将各种组分在65℃的温度下捏合反应3h制得该产品。

所得产品与传统的溴、锑阻燃剂在玻纤增强PA6中的应用效果如下所示：

1、在30％玻纤增强PA6中的应用一

在30％玻纤增强PA6中，分别添加质量分数14％的十溴二苯乙烷和3％的三氧化二锑作为阻燃剂(即溴锑阻燃体系)和实施例1产品12％作为阻燃剂，使用双螺杆挤出机制备成改性料后，用注塑机注塑出3.2mm厚度标准样片后，测试其性能。结果如表2：

表2在30％玻纤增强PA6应用测试结果

以上实验数据表明，在30％玻纤增强的PA6中，采用以上的实验配方，在3.2mm厚度样条阻燃均达到V0的基础上，力学性能方面均稍有提高，因而在30％玻纤增强的PA6中本发明产品完全可以替代传统的溴锑阻燃剂体系(十溴二苯乙烷和三氧化二锑)，作为一种新型无卤阻燃剂。

2、在30％玻纤增强PA6的应用二

在30％玻纤增强PA6中，分别添加质量分数14％的十溴二苯乙烷和3％的三氧化二锑作阻燃剂(即溴锑阻燃体系)和本发明实施例1产品17％作阻燃剂，使用双螺杆挤出机制备成改性料后，用注塑机注塑出1.6mm厚度标准样片后，测试其性能。测试结果如表3：

表3在30％玻纤增强PA6应用测试结果

实验数据表明，使用本发明的阻燃剂与传统溴、锑阻燃配方相比，在1.6mm样条均能达到UL-94V0级的前提下，各力学性能相差不大。实验证明了在30％玻纤增强的PA6中本发明产品可以完全替代溴、锑阻燃剂，作为一种新型无卤阻燃剂。

实施例2

配比(重量份)：主阻燃剂10、三聚氰胺氰尿酸盐5、聚磷酸铵3、协效成炭剂(沸石)1.2、阻燃协效剂(硼酸锌)0.8、抗氧剂1010 0.5。

制备方法：将磷酸加入到反应釜中，再加入相当于磷酸体积9倍的水作为反应溶剂，在机械搅拌的条件下缓慢加入氢氧化铝(氢氧化铝与磷酸的摩尔比为0.8∶1)，在90℃的温度下反应7h后，经离心、干燥、粉碎得到主阻燃剂磷酸铝，然后按照上述比例将各种组分在70℃的温度下捏合反应3.5h制得该发明产品。

所得产品与传统的溴、锑阻燃剂在玻纤增强尼龙6中的应用效果比较如下所示：

1、在30％玻纤增强PA6中的应用一

在30％玻纤增强PA6中，分别添加质量分数14％十溴二苯乙烷和3％三氧化二锑作阻燃剂(即溴锑阻燃体系)和本发明实施例2产品12％作阻燃剂，使用双螺杆挤出机制备成改性料后，用注塑机注塑出3.2mm厚度标准样片后，测试其性能。测试结果如表4：

表4在30％玻纤增强PA6应用测试结果

以上实验数据表明，在30％玻纤增强的PA6中，采用以上的实验配方，在3.2mm样条阻燃均达到V0级的基础上，力学性能方面虽上下稍有波动，但相差幅度小于10％，因而在排除实验误差的情况下，在30％玻纤增强的PA6中，本发明产品完全可以替代传统的溴、锑阻燃剂，作为一种新型无卤阻燃剂。

2、在30％玻纤增强PA6中的应用二

在30％玻纤增强PA6中，分别添加质量分数14％的十溴二苯乙烷和3％的三氧化二锑作阻燃剂(即溴锑阻燃体系)和本发明产品17％作阻燃剂，使用双螺杆挤出机制备成改性料后，用注塑机注塑出1.6mm厚度标准样片后，测试其性能。测试结果如表5：

表5在30％玻纤增强PA6中应用测试结果

实验数据表明，在30％玻纤增强PA6中，使用本发明的阻燃剂与传统溴、锑阻燃配方相比，1.6mm厚度样条均能达到UL-94 V0级的前提下，各力学性能相差不大。实验证明了在30％玻纤增强的PA6中本发明产品可以完全替代溴、锑阻燃剂，作为一种新型无卤阻燃剂。

实施例3

配比(重量份)：主阻燃剂10、三聚氰胺氰尿酸盐4、聚磷酸铵3、协效成炭剂(4A分子筛)2.5、阻燃协效剂(硼酸锌)1.5、抗氧剂1010 0.5。

制备方法：将磷酸加入到反应釜中，再加入相当于磷酸体积10倍的水作为反应溶剂，在机械搅拌的条件下缓慢加入氢氧化铝(氢氧化铝与磷酸的摩尔比为1∶1)在80℃的温度下反应7.5h后，经离心、干燥、粉碎得到主阻燃剂磷酸铝，然后按照上述比例将上述组分在70℃的温度下捏合反应2.5h制得该发明产品。

实施例4

配比(重量份)：主阻燃剂12、三聚氰胺氰尿酸盐5、聚磷酸铵3、协效成炭剂(硅酸铝镁)1、阻燃协效剂(硼酸锌)3、抗氧剂168 0.4。

制备方法：将磷酸加入到反应釜中，再加入相当于磷酸液体体积9.5倍的水作为反应溶剂，在机械搅拌的条件下缓慢加入氢氧化铝(氢氧化铝与磷酸的摩尔比为1∶1.2)，在90℃的温度下反应6h后，经离心、干燥、粉碎得到主阻燃剂磷酸铝，然后按照上述比例将上述组分在60℃的温度下捏合反应3h制得该发明产品。

Claims

1.一种用于玻纤增强PA6的环保无卤阻燃剂，其特征是，由下述重量份的原料制成，磷酸铝10~12、三聚氰胺氰尿酸盐4~5、聚磷酸铵1~3、协效成炭剂0.5~3.0、阻燃协效剂0.5~3.0和抗氧剂0.2~1.0；所述磷酸铝是由磷酸与氢氧化铝反应制得；所述协效成炭剂为4A分子筛、纳米蒙脱土、沸石或硅酸铝镁，所述阻燃协效剂为硼酸锌或水滑石；所述抗氧剂为抗氧剂1010或抗氧剂168；取磷酸加入到反应釜中，再在反应釜中加入相当于磷酸体积8~10倍的水作为溶剂，然后将氢氧化铝加入反应釜中，控制反应温度80℃~90℃，反应6h~8h后经离心、干燥、粉碎，得到主阻燃剂磷酸铝，然后将主阻燃剂磷酸铝与三聚氰胺氰尿酸盐、聚磷酸铵、协效成炭剂、阻燃协效剂和抗氧剂在捏合机中50℃~80℃的温度下捏合2h~3h，得到产品；所述氢氧化铝与磷酸的摩尔比为0.8～1.2:1。

2.如权利要求1所述的一种用于玻纤增强PA6的环保无卤阻燃剂，其特征是，由下述重量份的原料制成，磷酸铝12、三聚氰胺氰尿酸盐5、聚磷酸铵3、协效成炭剂2、阻燃协效剂3和抗氧剂0.5。

3.一种制备权利要求1或2所述的用于玻纤增强PA6的环保无卤阻燃剂的方法，其特征是，取磷酸加入到反应釜中，再在反应釜中加入相当于磷酸体积8~10倍的水作为溶剂，然后将氢氧化铝加入反应釜中，控制反应温度80℃~90℃，反应6h~8h后经离心、干燥、粉碎，得到主阻燃剂磷酸铝，然后将主阻燃剂磷酸铝与三聚氰胺氰尿酸盐、聚磷酸铵、协效成炭剂、阻燃协效剂和抗氧剂在捏合机中50℃~80℃的温度下捏合2h~3h，得到产品；所述氢氧化铝与磷酸的摩尔比为0.8～1.2:1。

4.如权利要求3所述的制备用于玻纤增强PA6的环保无卤阻燃剂的方法，其特征是，所述氢氧化铝与磷酸的摩尔比为1:1。