CN104311967B - 一种用于高密度聚乙烯的阻燃剂 - Google Patents

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Abstract

一种用于高密度聚乙烯的阻燃剂，由下列质量份的原料制成：十溴二苯乙烷6‑24份、三氧化二锑2‑8份、改性钙基膨润土2‑8份(针对100质量份高密度聚乙烯基料时的配比)；本发明使用的改性膨润土资源丰富、价格低廉，采用碱性钙基膨润土与卤锑阻燃剂协效阻燃，可降低卤锑阻燃剂用量，降低高密度聚乙烯阻燃成本，且高密度聚乙烯阻燃材料较纯的高密度聚乙烯，氧指数可以提升10％以上，热失重率可降低4.94％以上。本发明融合了卤系阻燃剂、无机阻燃剂的优点，在燃烧过程中不会产生熔融滴落，成炭率高，炭层稳定，不会产生有毒气体。加入碱性钙基膨润土，可以改善材料的加工性能，提高材料的弹性模量。

Description

一种用于高密度聚乙烯的阻燃剂
技术领域
本发明属于复合阻燃剂技术领域，具体涉及一种用于高密度聚乙烯的阻燃剂。
背景技术
高密度聚乙烯(HDPE)因原料来源丰富、化学稳定性高、机械强度好，尤其是具有良好的绝缘性、耐热耐寒等优异性能，而得到广泛应用。但是HDPE树脂为易燃材料，其氧指数很低，仅为17左右，使用过程中存在潜在的火灾风险，需要对其进行阻燃改性。专利申请号2012104110913.1，专利名称：HDPE用复合环保阻燃剂及HDPE阻燃塑料的中国发明专利中公开了HDPE用复合环保阻燃剂，由下述重量份的组分组成：三甲硅基甲基膦酸二甲酯10-20份、氰尿酸三聚氰胺30-50份、红磷10-20份、氢氧化铝40-60份。还公开了一种HDPE阻燃塑料，由下述组分按重量份组分：HDPE树脂100份、HDPE用复合环保阻燃剂20-40份。该发明的HDPE阻燃塑料阻燃性能优异，且制备工艺简单，产品成本低，产品的综合性能较优异。但红磷本身有毒，对生态化环境和人们日常生产生活会产生不良影响。
美国雅宝公司在20世纪90年代率先开发了与十溴二苯乙醚(DBDPO)的分子量、热稳定性及溴含量均相当的十溴二苯乙烷(DBDPE)，它不会产生有毒物质，可替代DBDPO在阻燃材料中的广泛使用。Sb2O3与DBDPE并用，形成卤锑阻燃体系大大提高阻燃效果，但是存在发烟量大，熔融滴落严重的缺点。
高聚物/层状硅酸盐阻燃体系，因其在力学性能、热性能、阻隔性能等应用方面优于普通高聚物材料而被认为是一种新型由具有革命性的阻燃材料，目前已成为高聚物应用的研究热点之一。有机改性蒙脱土是目前使用最多的层状硅酸盐阻燃添加剂，多用于与氢氧化镁、膨胀型阻燃剂协效阻燃，与卤锑协同阻燃少见报道。在论文【题名】有机蒙脱土协同卤锑阻燃剂阻燃HDPE的研究【作者】罗才贵童张法尹作栋等【机构】广西大学化学化工学院等【刊名】精细石油化工.2013，30(1).-51-55.中报导了有机蒙脱土协同Sb2O3与DBDPE阻燃HDPE，并测试了复合阻燃材料的阻燃性能、力学性能和热稳定性，结果表明加入有机蒙脱土有利于提高材料的力学性能和热稳定性，但是复合材料的氧指数较单独添加卤锑阻燃剂下降，卤锑与有机蒙脱土的协同阻燃效果还有待改进。碱性钙基膨润土(Ca-MMT)是一种类似水滑石具有阴离子交换功能的层状硅酸盐，主要通过在膨润土层间插入了带有氢氧根的钙离子制备而成，因而碱性钙基膨润土既具有氢氧化镁、氢氧化铝等无机阻燃剂的碱性特征，又具有阻燃协效剂水滑石阴离子交换功能，加之其具有独特的层状结构，极具成为新一代阻燃协效剂的潜质。中国专利申请号200510101332.X，专利名称：碱性钙基膨润土及其制备方法的中国发明专利公开了碱性钙基膨润土及其制备方法。碱性钙基膨润土材料是采用活性白土与氢氧化钙做原料，在水的存在下活性白土与氧化钙混合，氧化钙首先与水生成氢氧化钙，氢氧化钙扩散进入活性白土层间，其二个氢氧根中的一个氢氧根与活性白土的氢发生反应，得到具有阴离子交换功能的碱性钙基膨润土。制备得到的碱性钙基膨润土，可以直接用于果汁、植物油等食用液体的脱酸、脱色及助滤，空气及水质的净化，或催化剂的制备等，也可以与有机酸反应制备新型复合层状纳米材料，用于涂料、塑料及新型吸附材料等领域，但没有报导用于阻燃剂的复配。本发明采用的碱性钙基膨润土参照此专利公开的方法制备。
发明内容
本发明的目的是为了克服卤锑阻燃剂存在氧指数提高不大、热稳定性不高、发烟量大的、燃烧产生熔融滴落等问题。一种用于高密度聚乙烯的阻燃剂，以DBDPE与Sb2O3为卤锑阻燃体系，加入碱性钙基膨润土协同阻燃高密度聚乙烯，提高了材料的成炭量，提升了炭层的稳定性，有效提高了材料的氧指数和热稳定性，且材料在燃烧时不会产生熔融滴落现象。
本发明的技术方案：
1、一种用于高密度聚乙烯的阻燃剂，其特征在于：高密度聚乙烯为100质量份时，阻燃剂组分及质量份数为：
十溴二苯乙烷6-24份
三氧化二锑2-8份
碱性钙基膨润土2-8份
2、根据权利要求1所述的用于高密度聚乙烯的阻燃剂，其特征在于：十溴二苯乙烷与三氧化二锑的质量比为3∶1。
3、根据权利要求1所述的用于高密度聚乙烯的阻燃剂，其特征在于：所述的碱性钙基膨润土粒径范围为200-400目，含水量为4-8％，阴离子交换容量为1.0-3.0mmol/g。
本发明的优点：
1.本发明使用的改性膨润土资源丰富、价格低廉，采用碱性钙基膨润土与卤锑阻燃剂协效阻燃，可降低卤锑阻燃剂用量，降低高密度聚乙烯阻燃成本，且高密度聚乙烯阻燃材料较纯的高密度聚乙烯，氧指数可以提升10％以上，热失重率也可降低4.94％以上。
2.本发明融合了卤系阻燃剂、无机阻燃剂的优点，在燃烧过程中不会产生熔融滴落，成炭率高，炭层稳定，不会产生有毒气体。
3.加入碱性钙基膨润土，可以改善材料的加工性能，提高材料的弹性模量。
具体实施方式
在实施例中，复合阻燃材料制备方法：先将高密度聚乙烯和复合阻燃剂混合搅拌均匀。采用熔融共混法在微型锥形双螺杆挤出机中加工挤出，挤出温度为150℃，机头155℃，螺杆转速控制在40rpm/min，压强1.3MPa下熔融挤出。将挤出的样品在微型注塑机中注塑成型，注塑压力为0.3MPa，注塑筒温度为160℃，膜温50℃。测试了复合阻燃材料的极限氧指数、热失重率、弹性模量和垂直燃烧等级，并观察其燃烧时的发烟情况和熔融滴落情况。其中极限氧指数(LOI)采用国家标准GB/T 2406.2-2009《塑料用氧指数法测定燃烧行为第2部分；室温试验》测试；垂直燃烧等级参照国家标准GB/T 2408-2008《塑料燃烧性能的测定水平法和垂直法》测试；国家标准GB/T 16421-1996《塑料拉伸性能小试样试验方法》测试；测试热失重率的升温速率为10℃/min，采用氮气气氛保护，其流速为10mL/min，测试温度范围为室温～600℃。
在实施例中，基材高密度聚乙烯用量均为100质量份。
实施例1
实施例中复合阻燃剂配方为十溴二苯乙烷6份，三氧化二锑2份，碱性钙基膨润土分别为2份、4份、6份和8份，其中碱性钙基膨润土的粒径为200目，含水量为4％，阴离子交换容量为1mmol/L，阻燃效果见表1。
实施例2
实施例中复合阻燃剂配方为十溴二苯乙烷18份，三氧化二锑6份，碱性钙基膨润土分别为2份、4份、6份和8份，其中碱性钙基膨润土的粒径为300目，含水量为6％，阴离子交换容量为1.5mmol/L，阻燃效果见表1。
实施例3
实施例中复合阻燃剂配方为十溴二苯乙烷24份，三氧化二锑8份，碱性钙基膨润土分别为2份、4份、6份和8份，其中碱性钙基膨润土的粒径为400目，含水量为8％，阴离子交换容量为3.0mmol/L，阻燃效果见表1。
表1
注：DBDPE为十溴二苯乙烷，Ca-MMT为碱性钙基膨润土。

Claims (1)

1.一种用于高密度聚乙烯的阻燃剂，其特征在于：高密度聚乙烯为100质量份时，阻燃剂组分及质量份数为：
十溴二苯乙烷6-24份
三氧化二锑2-8份
碱性钙基膨润土2-8份；
所述十溴二苯乙烷与三氧化二锑的质量比为3∶1；
所述的碱性钙基膨润土粒径范围为200-400目，含水量为4-8％，阴离子交换容量为1.5-3.0mmol/g。
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