CN103232851A - 一种蒙脱土复合阻燃剂 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种蒙脱土复合阻燃剂，它由粉碎到50~3000目的蒙脱土粉体与玻璃纤维和/或氢氧化镁以一定的比例混合而成。本发明使蒙脱土、玻璃纤维、氢氧化镁的性能进行有机结合形成一种受限体系，该体系中插入的玻璃纤维、氢氧化镁被束缚在蒙脱土的片层之间，分子的转动、平动以及链段的运动都受到很大的束缚，因而表现出优良的耐热性和热稳定性，具有良好的阻燃效果，与其他阻燃剂相比，蒙脱土本身吸水保湿，不燃烧、不挥发，制备过程简单、价格低廉，无毒、烟雾小，是一种理想的环保型阻燃剂。

Description

一种蒙脱土复合阻燃剂
技术领域
本发明涉及一种阻燃添加剂，尤其涉及一种蒙脱土复合阻燃剂。
背景技术
阻燃材料是一种保护材料，能够阻止材料燃烧或抑制火焰传播的助剂。阻燃材料的类型目前阻燃材料主要有有机和无机，卤素和非卤。有机是以溴系、氮系和红磷及化合物为代表的一些阻燃剂。无机阻燃剂主要有无机金属化合物系的氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌、碳酸钙、三氧化二锑，无机磷系的红磷、磷酸盐和聚磷酸铵等。在广泛使用的含卤阻燃材料中，虽然阻燃性能优良，但是一旦发生火灾，其产生大量烟雾和有毒气体，造成二次人员伤亡和物品损坏；磷系虽然毒性和烟量较少，但材料中对H、O元素的要求使其应用受到限制。目前来看，由有机、无机材料作为复配剂，制备复合阻燃材料已经成为目前阻燃材料的研究重点。
氢氧化镁是一种新型填充型阻燃剂，通过受热分解时释放出结合水，吸收大量的潜热，来降低它所填充的合成材料在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。分解生成的氧化镁又是良好的耐火材料，也能帮助提高合成材料的抗火性能，同时它放出的水蒸气也可作为一种抑烟剂。氢氧化镁是公认的橡塑行业中具有阻燃、抑烟、填充三重功能的优秀阻燃剂。广泛应用于橡胶、化工、建材、塑料及电子、不饱和聚酯和油漆、涂料等高分子材料中。但是由于其造价高、制备工艺复杂等问题，应用受到了限制。
玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料，具有耐温高，不燃，抗腐，隔热、隔音抗拉强度高，电绝缘性好等特点，因此，工业上作为增强材料，用来制造增强塑料或增强橡胶，但是很少用于制备阻燃材料。
蒙脱土又叫膨润土或腮土岩，为含水硅铝酸盐粘土，具有独特的层状结构，晶片层间存在过剩负电荷，通过静电吸附层间阳离子保持电中性。由于层间阳离子的水和作用，蒙脱土能够稳定分散在水中，其层间阳离子可以同外部的有机和无机阳离子进行离子交换，因此，蒙脱土对比普通可塑性粘土具有更好的吸水性（按质量计算到5倍）。蒙脱土属于2:1型三层结构的粘土矿物，其单位晶胞由二层硅氧四面体中间夹一层铝（镁）氧（氢氧）八面体组成，其晶胞平行叠置，典型的蒙脱土结构的晶格中，Al3+和Si4+易被其他低价离子所取代，因而晶层带负电荷，通过层间吸附的等电量阳离子来维持电荷平衡。由于蒙脱土层间有较弱的联结力和存在可交换性阳离子如Na+、Ca2+、Mg2+等，通常它们以水合阳离子的形式存在，所以蒙脱土具有膨胀性，且体积膨胀显著（比干燥状态约胀大15倍），并呈凝胶状态的黄绿色粘土。蒙脱土具有良好的分散性能，作为纳米聚合物高分子材料的添加剂应用于高分子材料行业中，可以提高抗冲击、抗疲劳、尺寸稳定性及气体阻隔性能等，从而起到增强聚合物综合物理性能的作用，同时改善物料加工性能。但是很少用于制备阻燃材料。
发明内容
本发明的目的提供一种阻燃性能优良、无毒低烟、制备工艺简单、无环境污染的蒙脱土复合阻燃材料。
本发明蒙脱土复合阻燃材料，一种蒙脱土复合阻燃剂，是由蒙脱土粉体与复配剂混合而成；其中复配剂为玻璃纤维和/或氢氧化镁。
所述蒙脱土粉体的粒径为50~3000目，蒙脱土粉体与复配剂以1:0.5～1:5的质量比混合。
所述的复配剂为玻璃纤维和氢氧化镁的混合物时，玻璃纤维与氢氧化镁的质量比为：1:0.2~1:5。
考虑到成本问题，本发明的玻璃纤维采用E-玻璃纤维。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
1、本发明以蒙脱土与玻璃纤维、氢氧化镁进行复配形成纳米微结构复合材料，使蒙脱土、玻璃纤维、氢氧化镁的性能进行有机结合形成一种受限体系，该复合体系中插入的玻璃纤维、氢氧化镁被束缚在蒙脱土的片层之间，分子的转动、平动以及链段的运动都受到很大的束缚，因而表现出优良的耐热性和热稳定性，具有良好的阻燃效果，在热分解燃烧过程中，可起到隔热及阻止气体逸出的作用；同时由于蒙脱土的吸水性和保水性可以使其在高温下产生水汽隔绝氧气参与燃烧，结合其本身不燃烧、不挥发，制备过程简单、价格低廉，无毒、烟雾小的特点，是一种极具开发前景的无卤型绿色环保阻燃材料。
2、本发明中的阻燃剂性能优良、工艺简单、成本低廉，是塑料、橡胶等工业制品的理想添加剂，也是建筑材料中可选用的优良阻燃添加剂。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步说明蒙脱土复合阻燃剂的制备方法，并通过以其为阻燃剂制备的阻燃尼龙6材料来说明气阻燃效果。
实施例1
将天然蒙脱土精选后粉碎至50～3000目（颗粒度为0.28μm～4.5μm），再将蒙脱土粉体与E-玻璃纤维以1:0.5的质量比，通过机械搅拌掺混的方式充分混合，即得蒙脱土复合阻燃剂。
将蒙脱土复配阻燃剂与尼龙6以50%、50%的重量比充分混合，并在常规注塑机上成型，得阻燃尼龙6复合材料。测定其阻燃性能指标：氧指数达到29，燃烧性能为UL94-0级。
实施例2
将天然蒙脱土精选后粉碎至50～3000目（颗粒度为0.28μm～4.5μm），再将蒙脱土粉体与E-玻璃纤维以1:1的质量比、通过机械搅拌掺混方式充分混合，即得蒙脱土复合阻燃剂。
将蒙脱土复配阻燃剂与尼龙6以40%、60%的重量比充分混合，并在常规注塑机上成型，得阻燃尼龙6复合材料。测定其阻燃性能指标：氧指数达到28，燃烧性能为UL94-0级。
实施例3
将天然蒙脱土精选后粉碎至50～3000目（颗粒度为0.28μm～4.5μm），再将蒙脱土粉体与氢氧化镁以1:1的质量比、通过机械搅拌掺混的方式充分混合，即得蒙脱土复合阻燃剂。
将上述蒙脱土复配阻燃剂与尼龙6以55%、45%的重量比充分混合，并在常规注塑机上成型，得阻燃尼龙6复合材料。测定其阻燃性能指标：氧指数达到30，燃烧性能为UL94-0级。
实施例4
将天然蒙脱土精选后粉碎至50～3000目（颗粒度为0.28μm～4.5μm），再将蒙脱土粉体与氢氧化镁以1:3的质量比，通过机械搅拌掺混的方式充分混合，即得蒙脱土复合阻燃剂。 
将蒙脱土复配阻燃剂与尼龙6以45%、55%的重量比充分混合，并在常规注塑机上成型，得阻燃尼龙6复合材料。测定其阻燃各性能指标：氧指数达到29，燃烧性能为UL94-0级。
实施例5
将天然蒙脱土精选后粉碎至50～3000目（颗粒度为0.28μm～4.5μm），再将蒙脱土粉体与E-玻璃纤维、氢氧化镁以机械搅拌掺混的方式充分混合，得蒙脱土复合阻燃剂。其中，E-玻璃纤维和氢氧化镁的质量比为1:0.2，蒙脱土粉体与E-玻璃纤维-氢氧化镁的质量比为1:0.5。
将上述蒙脱土复配阻燃剂与尼龙6以30%、70%的重量比充分混合，并在常规注塑机上成型，得阻燃尼龙6复合材料。测定其阻燃性能指标：氧指数达到29，燃烧性能为UL94-0级。
实施例6
将天然蒙脱土精选后粉碎至50～3000目（颗粒度为0.28μm～4.5μm），再将蒙脱土粉体与E-玻璃纤维、氢氧化镁以机械搅拌掺混的方式充分混合，得蒙脱土复合阻燃剂。其中，玻璃纤维和氢氧化镁的质量比为1:0.5，蒙脱土粉体与E-玻璃纤维-氢氧化镁的质量比为1:1。
将蒙脱土复配阻燃剂与尼龙6以40%、60%的重量比充分混合，并在常规注塑机上成型，得阻燃尼龙6复合材料。测定其阻燃性能指标：氧指数达到30，燃烧性能为UL94-0级。
实施例7
将天然蒙脱土精选后粉碎至50～3000目（颗粒度为0.28μm～4.5μm），再将蒙脱土粉体与E-玻璃纤维、氢氧化镁以机械搅拌掺混的方式充分混合，得蒙脱土复合阻燃剂。其中，玻璃纤维和氢氧化镁的质量比为1:1，蒙脱土粉体与E-玻璃纤维-氢氧化镁的质量比为1:2。
将蒙脱土复配阻燃剂与尼龙6以70%、30%的重量比充分混合，并在常规注塑机上成型，得阻燃尼龙6复合材料。测定其阻燃性能指标：氧指数达到31，燃烧性能为UL94-0级。
实施例8
将天然蒙脱土精选后粉碎至50～3000目（颗粒度为0.28μm～4.5μm），再将蒙脱土粉体与E-玻璃纤维、氢氧化镁以机械搅拌掺混的方式充分混合，得蒙脱土复合阻燃剂。其中，玻璃纤维和氢氧化镁的质量比为1:2，蒙脱土粉体与E-玻璃纤维-氢氧化镁的质量比为1:3。
将蒙脱土复配阻燃剂与尼龙6以65%、35%的重量比充分混合，并在常规注塑机上成型，得阻燃尼龙6复合材料。测定其阻燃性能指标：氧指数达到29，燃烧性能为UL94-0级。
实施例9
将天然蒙脱土精选后粉碎至50～3000目（颗粒度为0.28μm～4.5μm），再将蒙脱土粉体与E-玻璃纤维、氢氧化镁以机械搅拌掺混的方式充分混合，得蒙脱土复合阻燃剂。其中，玻璃纤维和氢氧化镁的质量比为1:5，蒙脱土粉体与E-玻璃纤维-氢氧化镁的质量比为1:5。
将蒙脱土复配阻燃剂与尼龙6以50%、50%的重量比充分混合，并在常规注塑机上成型，得阻燃尼龙6复合材料。测定其阻燃性能指标：氧指数达到29，燃烧性能为UL94-0级。

Claims (5)

1.一种蒙脱土复合阻燃剂，是由蒙脱土粉体与复配剂混合而成；其中复配剂为玻璃纤维和/或氢氧化镁。
2.如权利要求1所述的蒙脱土复合阻燃剂，其特征在于：蒙脱土粉体与复配剂以1:0.5～1:5的质量比混合。
3.如权利要求1或2所述的蒙脱土复合阻燃剂，其特征在于：蒙脱土粉体的粒径为50～3000目。
4.如权利要求1或2所述的蒙脱土复合阻燃剂，其特征在于：所述的复配剂为玻璃纤维和氢氧化镁的混合物时，玻璃纤维与氢氧化镁的质量比为：1:0.2～1:5。
5.如权利要求1或2所述的蒙脱土复合阻燃剂，其特征在于：所述玻璃纤维为E-玻璃纤维。
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