CN102690455A - 聚烯烃阻燃剂 - Google Patents
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Abstract
聚烯烃阻燃剂，它涉及一种阻燃剂。本发明要解决现有聚烯烃阻燃剂加入量大的技术问题。本发明的聚烯烃阻燃剂由Mo的氧化物与Fe的氧化物、Co的氧化物及Ni的氧化物中的一种或几种负载在载体上组成。本发明阻燃剂添加量少，一般添加量为1％～10％(质量含量)就能使聚烯烃本体有效转化为碳材料，高效率阻止聚烯烃燃烧。将少量本发明的聚烯烃阻燃剂均匀混入聚烯烃中，既可得具有高阻燃性能的聚烯烃阻燃材料，此聚烯烃阻燃材料在燃烧时大量生成炭物质，大幅度的降低热释放速率，同时提高了聚烯烃材料的氧指数。
Description
技术领域
本发明涉及一种阻燃剂。
背景技术
聚烯烃是合成树脂中产量最大的品种，它具有许多优良的物理力学性能，因此广泛用于建筑、交通运输、电线电缆以及日常生活等领域。但聚烯烃又是一类极易燃的高分子材料，而且在燃烧过程中会产生大量有害气体，由此带来的火灾隐患已成为全球关注的焦点。目前聚烯烃的无卤阻燃主要有以下几类：第一类为无机阻燃剂；第二类为含磷阻燃剂；第三类为含硅阻燃剂；第四类为纳米碳材料阻燃剂。
综合来看，目前所研究的无卤阻燃体系存在以下主要问题，首先聚烯烃本身不能在阻燃剂的存在下燃烧时生成大量难燃物质，这就造成了必须利用阻燃剂自身产生阻隔作用，达到阻燃的目的，所以添加量一般都很高；其次由于聚烯烃极易燃烧，少量的添加纳米级填料，只能降低其热释放速率，对于氧指数和垂直燃烧则很难达到使用要求；
聚烯烃热裂解的主要产物为烷烃和烯烃(其中以异构烷烃和异构烯烃为主)，然而目前的无卤阻燃剂基本不能使这些小分子烃类形成炭物质沉积下来。从催化化学的角度可以确定，与这些小分子烃类相匹配的成炭催化剂应该属于金属类催化剂。到目前为止，用于聚烯烃的金属成炭阻燃剂已有相关报道。单质镍或者氧化镍成炭剂能够在有机改性蒙脱土或者其它协效剂共同作用下催化聚烯烃裂解产物成炭，但这种复合成炭体系仍然存在较大问题。一方面是总的阻燃剂加入量较大，因为必须添加协效剂才能使镍成炭剂发挥成炭作用。另一方面，这种复合成炭体系只能在高温裂解模式下成炭，而在火焰表面传播模式下(也就是测量LOI和UL-94)不能发挥作用。分析原因发现：这种材料在火焰表面传播模式下，熔融深度较浅，复合成碳剂不能有效聚集；另一方面，Ni成碳剂与加入的协效剂不能在聚烯烃中有效分散。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有聚烯烃阻燃剂加入量大的技术问题，提供了一种聚烯烃阻燃剂。
聚烯烃阻燃剂由Fe的氧化物、Co的氧化物或Ni的氧化物与Mo的氧化物负载在载体上组成，聚烯烃阻燃剂中Mo元素的摩尔份数为0.1～50份，Fe元素、Co元素或Ni元素的摩尔份数为0.01～99份，所述的载体为MgO、分子筛、蒙脱土、碳纳米管、Al2O3或SiO2。
聚烯烃阻燃剂由Fe的氧化物、Co的氧化物及Ni的氧化物中的两种与Mo的氧化物负载在载体上组成，聚烯烃阻燃剂中Mo元素的摩尔份数为0.1～50份，聚烯烃阻燃剂中另外两种元素的摩尔份数分别为0.01～99份，所述的载体为MgO、分子筛、蒙脱土、碳纳米管、Al2O3或SiO2。
聚烯烃阻燃剂由Mo的氧化物、Fe的氧化物、Co的氧化物和Ni的氧化物负载在载体上组成，聚烯烃阻燃剂中Mo元素的摩尔份数为0.1～50份，聚烯烃阻燃剂中Fe元素的摩尔份数为0.01～99份，Co元素的摩尔份数为0.01～99份，Ni元素的摩尔份数为0.01～99份，所述的载体为MgO、分子筛、蒙脱土、碳纳米管、Al2O3或SiO2。
所述Mo的氧化物为三氧化钼或镍钼氧四(NiMoO4)；所述Fe的氧化物为氧化铁或氧化亚铁。
所述Co的氧化物为氧化钴；所述Ni的氧化物为氧化镍、氧化亚镍或镍钼氧四。
本发明阻燃剂添加量少，一般添加量为1％～10％(质量含量)就能使聚烯烃本体有效转化为碳材料，高效率阻止聚烯烃燃烧。将少量本发明的聚烯烃阻燃剂均匀混入聚烯烃中，既可得具有高阻燃性能的聚烯烃阻燃材料，此聚烯烃阻燃材料在燃烧时大量生成炭物质，大幅度的降低热释放速率，同时提高了聚烯烃材料的氧指数。
附图说明
图1是实验一制备的聚烯烃阻燃剂的XRD衍射谱图，图中■表示MgNiO2，●表示NiMoO4，▲表示MoO3；
图2是添加了实验一制备的聚烯烃阻燃剂的聚丙烯材料热释放速率曲线；图中a表示聚丙烯材料热释放速率曲线，b表示实验一制备的聚烯烃阻燃剂的热释放速率曲线；
图3是添加了实验一制备的聚烯烃阻燃剂的聚丙烯材料锥形量热仪测试后形成碳层的SEM照片；
图4是添加了实验一制备的聚烯烃阻燃剂的聚丙烯材料锥形量热仪测试后形成碳层的SEM照片；
图5是添加了实验一制备的聚烯烃阻燃剂的聚丙烯材料锥形量热仪测试后形成碳层的透射电镜照片；
图6是添加了实验二制备的聚烯烃阻燃剂的聚丙烯材料热释放速率曲线；图中a表示聚丙烯材料热释放速率曲线，b表示实验二制备的聚烯烃阻燃剂的热释放速率曲线。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举具体实施方式，还包括各具体实施方式间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式聚烯烃阻燃剂由Fe的氧化物、Co的氧化物或Ni的氧化物与Mo的氧化物负载在载体上组成，聚烯烃阻燃剂中Mo元素的摩尔份数为0.1～50份，Fe元素、Co元素或Ni元素的摩尔份数为0.01～99份，所述的载体为MgO、分子筛、蒙脱土、碳纳米管、Al2O3或SiO2。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述Mo的氧化物为三氧化钼或镍钼氧四；所述Fe的氧化物为氧化铁或氧化亚铁。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一不同的是所述Co的氧化物为氧化钴；所述Ni的氧化物为氧化镍、氧化亚镍或镍钼氧四。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：本实施方式聚烯烃阻燃剂由Fe的氧化物、Co的氧化物及Ni的氧化物中的两种与Mo的氧化物负载在载体上组成，聚烯烃阻燃剂中Mo元素的摩尔份数为0.1～50份，聚烯烃阻燃剂中另外两种元素的摩尔份数分别为0.01～99份，所述的载体为MgO、分子筛、蒙脱土、碳纳米管、Al2O3或SiO2。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是所述Mo的氧化物为三氧化钼或镍钼氧四；所述Fe的氧化物为氧化铁或氧化亚铁。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四不同的是所述Co的氧化物为氧化钴；所述Ni的氧化物为氧化镍、氧化亚镍或镍钼氧四。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式七：本实施方式聚烯烃阻燃剂由Mo的氧化物、Fe的氧化物、Co的氧化物和Ni的氧化物负载在载体上组成，聚烯烃阻燃剂中Mo元素的摩尔份数为0.1～50份，聚烯烃阻燃剂中Fe元素的摩尔份数为0.01～99份，Co元素的摩尔份数为0.01～99份，Ni元素的摩尔份数为0.01～99份，所述的载体为MgO、分子筛、蒙脱土、碳纳米管、Al2O3或SiO2。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式七不同的是所述Mo的氧化物为三氧化钼或镍钼氧四；所述Fe的氧化物为氧化铁或氧化亚铁。其它与具体实施方式七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式七不同的是所述Co的氧化物为氧化钴；所述Ni的氧化物为氧化镍、氧化亚镍或镍钼氧四。其它与具体实施方式七相同。
采用下述实验验证本发明的效果：
实验一：
聚烯烃阻燃剂的制备方法如下：
将硝酸镁，硝酸镍与钼酸铵研磨，然后按照硝酸镁∶硝酸镍∶钼酸铵∶聚乙二醇200的摩尔比为5∶0.1∶1∶1的比例将硝酸镁，硝酸镍与钼酸铵溶于聚乙二醇200中，静置1小时，放入650℃的马弗炉中燃烧5分钟，再保持650℃的温度5分钟，在室温下冷却，即得聚烯烃阻燃剂(3％Ni/Mo/MgO)。
将聚烯烃阻燃剂(3％Ni/Mo/MgO)均匀混入聚丙烯中(按质量百分数含量聚烯烃阻燃剂为3％，聚丙烯为97％)，此聚丙烯阻燃材料阻燃性好，通过锥形量热仪测试，热释放速率与纯聚丙烯相比降低了80％(图2)，氧指数达到20％。锥形量热仪测试后所形成的碳材料通过扫描电子显微镜表征(图3)。
实验二：
聚烯烃阻燃剂的制备方法如下：
将硝酸镍与钼酸铵研磨，然后按照硝酸镍∶钼酸铵∶聚乙二醇200的摩尔比为0.1∶1∶1的比例将硝酸镍与钼酸铵溶于聚乙二醇200中，静置1小时，放入650℃的马弗炉中燃烧5分钟，再保持650℃的温度5分钟，在室温下冷却，即得聚烯烃阻燃剂。
将聚烯烃阻燃剂均匀混入聚丙烯中(按质量百分数含量聚烯烃阻燃剂为3％，聚丙烯为97％)，此聚丙烯阻燃材料阻燃性好，通过锥形量热仪测试，热释放速率与纯聚丙烯相比降低了85％(图4)。
Claims (9)
1.聚烯烃阻燃剂，其特征在于聚烯烃阻燃剂由Fe的氧化物、Co的氧化物或Ni的氧化物与Mo的氧化物负载在载体上组成，聚烯烃阻燃剂中Mo元素的摩尔份数为0.1～50份，Fe元素、Co元素或Ni元素的摩尔份数为0.01～99份，所述的载体为MgO、分子筛、蒙脱土、碳纳米管、Al2O3或SiO2。
2.根据权利要求1所述聚烯烃阻燃剂，其特征在于所述Mo的氧化物为三氧化钼或镍钼氧四；所述Fe的氧化物为氧化铁或氧化亚铁。
3.根据权利要求1所述聚烯烃阻燃剂，其特征在于所述Co的氧化物为氧化钴；所述Ni的氧化物为氧化镍、氧化亚镍或镍钼氧四。
4.聚烯烃阻燃剂，其特征在于聚烯烃阻燃剂由Fe的氧化物、Co的氧化物及Ni的氧化物中的两种与Mo的氧化物负载在载体上组成，聚烯烃阻燃剂中Mo元素的摩尔份数为0.1～50份，聚烯烃阻燃剂中另外两种元素的摩尔份数分别为0.01～99份，所述的载体为MgO、分子筛、蒙脱土、碳纳米管、Al2O3或SiO2。
5.根据权利要求4所述聚烯烃阻燃剂，其特征在于所述Mo的氧化物为三氧化钼或镍钼氧四；所述Fe的氧化物为氧化铁或氧化亚铁。
6.根据权利要求4所述聚烯烃阻燃剂，其特征在于所述Co的氧化物为氧化钴；所述Ni的氧化物为氧化镍、氧化亚镍或镍钼氧四。
7.聚烯烃阻燃剂，其特征在于聚烯烃阻燃剂由Mo的氧化物、Fe的氧化物、Co的氧化物和Ni的氧化物负载在载体上组成，聚烯烃阻燃剂中Mo元素的摩尔份数为0.1～50份，聚烯烃阻燃剂中Fe元素的摩尔份数为0.01～99份，Co元素的摩尔份数为0.01～99份，Ni元素的摩尔份数为0.01～99份，所述的载体为MgO、分子筛、蒙脱土、碳纳米管、Al2O3或SiO2。
8.根据权利要求7所述聚烯烃阻燃剂，其特征在于所述Mo的氧化物为三氧化钼或镍钼氧四；所述Fe的氧化物为氧化铁或氧化亚铁。
9.根据权利要求7所述聚烯烃阻燃剂，其特征在于所述Co的氧化物为氧化钴；所述Ni的氧化物为氧化镍、氧化亚镍或镍钼氧四。
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