CN102827401A - 一种阻燃复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种具有低阻燃剂填充量、高阻燃性能的阻燃复合材料，由阻燃填料和聚合物构成，所述阻燃填料为无卤体系阻燃剂及其复配物，阻燃剂材料的重量含量为0.1～50％，最优范围是1～30％。所选聚合物基体可以单独使用，也可以是两种或两种以上配合使用。本发明的特点是采用两相或多相聚合物作基体，通过阻燃剂在各相中的非均相分布来降低填料的用量，显著提高材料的阻燃性能。该种低填充聚合物基阻燃复合材料具有良好的加工性能和机械性能。可以根据使用性能的要求，通过改变聚合物和阻燃剂的用量配比，灵活调节复合材料的阻燃性能和力学性能。在电子、电气、通讯、煤矿、油田、建筑、娱乐等行业有广泛的应用前景。

Description

一种阻燃复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种阻燃复合材料的制备技术。更具体说是一种聚合物基阻燃复合材料的制备。

背景技术

复合型阻燃高分子材料是指聚合物和各种阻燃剂通过不同的复合工艺构成的具有阻燃功能的多相复合材料，它既具有阻燃功能，同时又兼具有高分子材料的优越性。与通用型阻燃高分子材料相比具有阻燃剂用量少，阻燃性能稳定持久，工艺可控程度较好，易于工业化连续生产，无毒无腐蚀，制造成本较低等特点，在电子、电气、通讯、煤矿、油田、建筑、娱乐等行业有广泛的应用前景。各种阻燃填料包括：聚磷酸铵（APP），季戊四醇（PER），磷酸三苯酯，硼酸锌（ZB），液晶阻燃剂或者其复配物等等。几乎所有的高分子材料都可以成为复合型阻燃高分子材料的基体树脂，常用的基体树脂有包括: PE(LDPE、HDPE)、PP、PS、PVC、ABS、尼龙、PBT、PET、PC、PI、PPS、酚醛树脂、环氧树脂、聚芳砜、聚丙烯酸酯、丁腈橡胶、有机硅橡胶等。从本世纪初开始，高效阻燃的复合型无卤阻燃高分子材料的研究开发非常踊跃。随着科学技术的现代化和电子工业的迅速发展，这种新型材料的需求量会越来越大。

目前，制备复合型阻燃高分子材料的方法主要有：

 机械共混法：机械共混法是将基体和阻燃填料同时放入共混装置，在一定条件下适当混合而制备填充型复合型阻燃材料的方法。

熔融挤压法：熔融挤压法是在基体聚合物如塑料、橡胶的熔点以上利用捏合机、混炼机和塑炼机等通过注射或挤出成型等方法复合制成具有阻燃性能的功能复合材料的方法。

溶液共混法：溶液共混法是指通过把阻燃填料和基体聚合物分别配成混合溶液后再混合，待溶剂挥发后压制成型而得到填充型复合材料的方法。

插层复合法：插层复合法按复合过程分为插层聚合法或聚合物插层法。前者是将聚合物单体分散，插层进入无机物层状中，然后原位聚合；后者是将层状无机物均匀分散在聚合物熔体或溶液中复合而成。

原位分散聚合法：原位分散聚合法是指先使阻燃填料均匀地分散在单体的溶液中再进行分散聚合反应的方法。

以上复合方法存在的问题主要有:①阻燃填料在制品中的分布往往不均匀，从而使制成品各处的阻燃性能不一致；②阻燃填料与基体树脂之间的粘结性一般较差，尤其当阻燃填料含量较高时这一情况尤为明显。而阻燃填料与基体树脂之间粘结不好，则会使成型后的阻燃复合材料制件的机械性能大大下降。高填充量还会导致环境污染。解决阻燃填料分布不均匀问题的方法一般是在共混时尽量使阻燃填料在基体树脂中分布均匀，而解决阻燃填料与基体树脂之间粘结问题则要在配方中加入偶联剂及其它加工助剂，同时在制品阻燃性能和力学性能不下降的情况下，尽量减少阻燃填料的用量。所以，确定合适的配方，研制新型低填料含量阻燃材料成为该研究领域内的重要课题。

近年来发展起来的采用不相容的两相聚合物作基体，有效地降低了复合型阻燃聚合物中阻燃填料的填充量。这类复合型阻燃聚合物的阻燃性能与填料在两相聚合物基体中的非均相分布有关，有两种情况：①填料优先分布于其中一相，在该相中形成较为均匀的分布，此时阻燃性能取决于填料在富集相中的浓度及该相的连续性，当填料富集相形成连续相时，可以得到比单一组成聚合物/阻燃填料复合材料高的阻燃性能；②聚合物基体形成双连续相，填料位于双连续相的界面处，这样复合体系的阻燃性能将显著提高。

发明内容

本发明的目的是针对制备聚合物基阻燃复合材料的现状，提供一种具有低阻燃填料填充量高阻燃性能的阻燃复合材料及其制备方法。该种低填充聚合物基阻燃复合材料具有良好的加工性能和机械性能。其特点是采用两相或多相聚合物作基体，通过填料在各相中的非均相分布来降低填料的用量，提高材料的阻燃性能。可以根据使用性能的要求，通过改变阻燃材料的用量，调节复合材料的阻燃性能。在选择不同的聚合物基体时，由于阻燃材料与聚合物之间的相互作用能不同，达到聚合物中开始形成阻燃网络，阻燃填料的用量将有所不同。

本发明的技术方案：

本发明提供了一种具有低阻燃填料填充量高阻燃性能的阻燃复合材料，由阻燃填料和聚合物构成；所述阻燃填料为无卤体系阻燃剂，包括聚磷酸铵（APP），季戊四醇（PER），磷酸三苯酯，硼酸锌（ZB），液晶阻燃剂或者其复配物；阻燃剂材料的重量含量为0.1～50％，最优范围是1～30％。所述聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、尼龙、环氧树脂、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶中的一种或多种。这些聚合物基体可以单独使用，也可以是其中两种或两种以上配合使用。

本发明具有低阻燃填料填充量高阻燃性能的阻燃复合材料中，所述阻燃材料可以经过化学改性处理，也可以相互配合使用构成复合阻燃填料。为了改善阻燃材料在聚合物中的分散性和与聚合物的界面相互作用，可以将其进行机械研磨，粉碎，氧化，包覆和表面化学改性等处理。

本发明具有低阻燃填料填充量，高阻燃性能的阻燃复合材料中，另外还可以含有偶联剂，润滑剂，抗氧剂，无机填料等助剂。

本发明中复合材料的制备方法可以采用直接共混，也可以采用母料法。直接共混是指将聚合物直接与阻燃材料熔融共混，母料法是指将阻燃材料与其中一种聚合物熔融共混或机械研磨制得填料浓度较高的母料，然后再与其它聚合物熔融共混。两种工艺均简单易于实施，有利于阻燃材料的均匀分散，并可以控制阻燃材料在各相基体中的分散状态。

本发明阻燃复合材料主要具有以下优点：

（1）采用两相或多相聚合物作基体，由于阻燃材料的非均相分布，相对单一聚合物基体采用较小的阻燃材料用量就可以达到很好的阻燃性能。

（2）可以根据使用性能的要求，通过改变阻燃材料的用量，灵活调节复合材料的阻燃性能。

（3）由于阻燃材料的添加量较小，对材料的力学性能和加工性能的损害减少。

（4）根据使用要求，选用不同的聚合物基体配合，可以改善材料的力学性能和使用性能。

（5）由于阻燃材料的添加量较小，可以减少阻燃材料脱落造成的环境污染。

（6）本发明所涉及的设备简单易得，易操作，原料易得，生产成本低。

本发明还具有其它方面的一些优点。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行进一步的具体描述。在以下各实施例中，各组分的用量均为重量用量。有必要在此指出的是以下实施例只用于对本发明做进一步的说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

本发明产生的积极效果可用实施例来进行说明。

实施例中以聚丙烯和乙烯-辛烯共聚物（POE）为例，但本发明所使用的聚合物基体并不局限于聚丙烯和乙烯-辛烯共聚物（POE），所采用的阻燃材料为复配阻燃剂，但本发明所适用的阻燃填料并不局限于复配阻燃剂。

实施例1

取聚丙烯80g，乙烯-辛烯共聚物（POE）20g，阻燃剂20g，于150℃在双辊开炼机上熔融共混10min，在平板硫化机中模压成片后进行阻燃性能测试。得到的复合材料的氧指数为29，拉伸强度为20.65MPa，断裂伸长率为106.82％。

对比例1

取聚丙烯100g，阻燃剂20g，方法与实施例1相同，得到的复合材料的氧指数为25，拉伸强度为26.26MPa，断裂伸长率为46.09％。

实施例2

取不同牌号的聚丙烯80g，乙烯-辛烯共聚物（POE）20g，阻燃剂10g，于150℃在双辊开炼机上熔融共混10min，在平板硫化机中模压成片后进行电性能测试，得到的复合材料的氧指数为27。

对比例2

取聚丙烯100g，阻燃剂10g，方法与实施例1相同，得到的复合材料的氧指数为24。

Claims (7)

1.一种具有低阻燃剂填充量、高阻燃性能的阻燃复合材料，由阻燃剂和聚合物构成；其特征在于：所述阻燃填料为无卤阻燃系材料，包括聚磷酸铵（APP），季戊四醇（PER），磷酸三苯酯，硼酸锌（ZB），液晶阻燃剂或者其复配物，阻燃材料的重量含量为0.1～50％。

2.按照权利要求1所述的具有低阻燃填料填充量高阻燃性能的阻燃复合材料，其特征在于：所述聚合物选自聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物、聚碳酸酯、尼龙、环氧树脂、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸酯共聚物、乙烯-辛烯共聚物、三元乙丙橡胶中的一种或多种；这些聚合物基体可以单独使用，也可以是其中两种或两种以上配合使用。

3.按照权利要求1或2所述的具有低阻燃填料填充量，高阻燃性能的阻燃复合材料，其特征在于：所述阻燃材料的重量含量为1～30％。

4.按照权利要求1或2所述的具有低阻燃填料填充量高阻燃性能的阻燃复合材料，其特征在于：所述阻燃材料可以经过化学改性处理，也可以相互配合使用构成复合阻燃填料；为了改善阻燃材料在聚合物中的分散性和与聚合物的界面相互作用，可以将其进行机械研磨，粉碎，氧化，包覆和表面化学改性等处理。

5.按照权利要求1或2所述的具有低阻燃填料填充量高阻燃性能的阻燃复合材料，其特征在于：所述复合材料中可以含有偶联剂，润滑剂，抗氧剂，无机填料等助剂。

6.按照权利要求1所述的具有低阻燃填料填充量高阻燃性能的阻燃复合材料，其特征在于：采用直接共混法，即将聚合物直接与阻燃材料熔融共混。

7.按照权利要求1所述的具有低阻燃填料填充量高阻燃性能的阻燃复合材料，其特征在于：采用母料法，即将阻燃材料与其中一种聚合物熔融共混或机械研磨制得填料浓度较高的母料，然后再与其它聚合物熔融共混。