CN104532588A - 复合膨胀型阻燃剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种复合膨胀型阻燃剂，它由重量百分比分别为50％—65％的酸源、10％—20％的气源、15％—20％的碳源和10％—20％的抑烟剂组成，其中：酸源，是聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐中的至少一种，其中，聚磷酸铵是平均聚合度大于1000的结晶Ⅱ型聚磷酸铵；气源，是三聚氰胺、双氰胺中的至少一种；碳源，是季戊四醇、双季戊四醇中的至少一种；抑烟剂，是氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌中的至少一种。本发明还公开了一种复合膨胀型阻燃剂的制备方法。

Description

复合膨胀型阻燃剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种阻燃剂，特别是涉及一种复合膨胀型阻燃剂及其制备方法。

背景技术

传统的阻燃剂以溴锑类阻燃剂为主，但是火灾发生时，这类含卤阻燃剂会产生大量的烟雾和有毒的腐蚀性卤化氢气体，造成二次危害。有研究表明，在火灾发生后，真正被火灼烧致死的人很少，绝大部分遇难者都是因为吸入大量有毒烟气而致死。

发明内容

基于此，针对现有阻燃剂的不足之处，本发明提供了一种复合膨胀型阻燃剂及其制备方法，能够很好地具备无卤、低烟、低毒的特性。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种复合膨胀型阻燃剂，它由重量百分比分别为50％—65％的酸源、10％—20％的气源、15％—20％的碳源和10％—20％的抑烟剂组成，其中：

酸源，是聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐中的至少一种，其中，聚磷酸铵是平均聚合度大于1000的结晶Ⅱ型聚磷酸铵；

气源，是三聚氰胺、双氰胺中的至少一种；

碳源，是季戊四醇、双季戊四醇中的至少一种；

抑烟剂，是氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌中的至少一种。

酸源，又称脱水剂或炭化促进剂，碳源也叫成炭剂，它是形成泡沫炭化层的基础，气源也叫发泡源，是含氮化合物。当受热时酸源分解生成脱水剂,它能与碳源形成酯,酯然后脱水交联形成炭,同时气源释放大量的不燃性气体使炭层膨胀。厚的炭层提高了聚合物表面与炭层表面的温度梯度,使聚合物表面温度较火焰温度低得多,减少了聚合物进一步降解释放可燃性气体的可能性,同时隔绝了外界氧的进入,因而在相当长的时间内可以对聚合物起阻燃作用。抑烟剂不仅能够减少燃烧时烟雾的生成，还可以与阻燃剂中的其他组分产生协同作用，使阻燃效果更好。

在优选的实施例中，各物质的重量百分比如下：

聚磷酸铵20％—60％、三聚氰胺磷酸盐0—25％、三聚氰胺聚磷酸盐0—25％；

三聚氰胺0—15％、双氰胺0—20％；

季戊四醇0—20％、双季戊四醇0—20％；

氢氧化镁0—15％、氢氧化铝0—10％、硼酸锌0—10％。

在其中一个实施例中，该阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺、双季戊四醇、氢氧化镁、氢氧化铝和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是40％、10％、15％、20％、5％、5％和5％。

在其中一个实施例中，该阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺、双季戊四醇、氢氧化镁、氢氧化铝和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是40％、10％、15％、20％、5％、5％和5％。

在其中一个实施例中，该阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺、季戊四醇、氢氧化镁和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是25％、25％、15％、20％、10％和5％。

在其中一个实施例中，该阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺、季戊四醇、氢氧化镁和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是25％、25％、15％、20％、10％和5％。

在其中一个实施例中，该阻燃剂由聚磷酸铵、双氰胺、季戊四醇和氢氧化镁组成，各物质的重量百分比依次是50％—60％、10％—20％、20％和10％。

在其中一个实施例中，该阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺、季戊四醇和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是20％、20％、20％、10％、20％和10％。

在其中一个实施例中，该阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺、双季戊四醇、氢氧化镁和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是50％、15％、20％、10％和5％。

为解决上述技术问题，本发明还提出了一种上述复合膨胀型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

将各种原料按照设定配方的比例加入高速混合机中，高速搅拌15分钟—30分钟，将混合均匀后的原料投入气流粉碎装置中粉碎，直至产品粒径D50＜5微米，D97＜10微米即可。

聚磷酸铵：含磷量高达30％～32％，含氮为14％～16％，燃烧时的生烟量极低，不产生卤化氢。

三聚氰胺磷酸盐：是一种环保型无卤阻燃剂，具有非常高的热稳定性，分解温度≥360℃。

三聚氰胺聚磷酸盐：既可做酸源又可做气源，性能优于聚磷酸铵。

三聚氰胺与双氰胺都是含氮量很高，燃烧时能够分解产生氮气，受热时能够分解产生大量氮气和二氧化碳。

季戊四醇与双季戊四醇含有多个羟基，且价格低廉，能够与酸源分解得到的酸反应生成酯，且生成的酯容易脱水交联成炭，从而阻燃效果较好。

氢氧化镁和氢氧化铝受热时都会释放出结合水，分解过程会吸收大量的热量，分解生成的氧化镁和氧化铝都是良好的耐火材料，同时他们放出的水蒸气可降低燃烧时烟雾的生成。

硼酸锌：热稳定性好，毒性低，具有很强的消烟作用，与其它阻燃剂复配效果良好，添加后可以明显减少材料燃烧时的烟浓度。

本发明的有益技术效果是：

(1)当受热时酸源分解生成脱水剂,它能与碳源形成酯,酯然后脱水交联形成炭,同时气源释放大量的不燃性气体使炭层膨胀；

(2)厚的炭层提高了聚合物表面与炭层表面的温度梯度,使聚合物表面温度较火焰温度低得多,减少了聚合物进一步降解释放可燃性气体的可能性,同时隔绝了外界氧的进入,因而在相当长的时间内可以对聚合物起阻燃作用；

(3)抑烟剂不仅能够减少燃烧时烟雾的生成，还可以与阻燃剂中的其他组分产生协同作用，使阻燃效果更好；

(4)整个复合膨胀型阻燃剂的制备工艺简单，能够大量生产；

(5)将胶水与复合膨胀型阻燃剂按照60-80：40-20的比例混合均匀，然后将混合物刮涂到织物的背面，最后将刮涂有混合物的织物烘干。简便快捷，可以连续化生产，可以通过调节阻燃剂在胶水中的添加比例，以及胶水涂层的厚度来获得不同阻燃效果的织物，并且阻燃胶水是刮涂在织物的背面，所以不会影响到织物正面的色彩和纹饰。

具体实施方式

下面对本发明的实施例进行详细说明。

一种复合膨胀型阻燃剂，它由重量百分比分别为50％—65％的酸源、10％—20％的气源、15％—20％的碳源和10％—20％的抑烟剂组成，其中：

酸源，是聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐中的至少一种，其中，聚磷酸铵是平均聚合度大于1000的结晶Ⅱ型聚磷酸铵；

气源，是三聚氰胺、双氰胺中的至少一种；

碳源，是季戊四醇、双季戊四醇中的至少一种；

抑烟剂，是氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌中的至少一种。

各物质的重量百分比如下：

聚磷酸铵20％—60％、三聚氰胺磷酸盐0—25％、三聚氰胺聚磷酸盐0—25％；

三聚氰胺0—15％、双氰胺0—20％；

季戊四醇0—20％、双季戊四醇0—20％；

氢氧化镁0—15％、氢氧化铝0—10％、硼酸锌0—10％。

其具体配方的实施例如下：

实施例1：

一种复合膨胀型阻燃剂，它由聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺、双季戊四醇、氢氧化镁、氢氧化铝和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是40％、10％、15％、20％、5％、5％和5％。

实施例2：

一种复合膨胀型阻燃剂，它由聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺、双季戊四醇、氢氧化镁、氢氧化铝和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是40％、10％、15％、20％、5％、5％和5％。

实施例3：

一种复合膨胀型阻燃剂，它由聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺、季戊四醇、氢氧化镁和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是25％、25％、15％、20％、10％和5％。

实施例4：

一种复合膨胀型阻燃剂，它由聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺、季戊四醇、氢氧化镁和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是25％、25％、15％、20％、10％和5％。

实施例5：

一种复合膨胀型阻燃剂，它由聚磷酸铵、双氰胺、季戊四醇和氢氧化镁组成，各物质的重量百分比依次是50％、20％、20％和10％。

实施例6：

一种复合膨胀型阻燃剂，它由聚磷酸铵、双氰胺、季戊四醇和氢氧化镁组成，各物质的重量百分比依次是60％、10％、20％和10％。

实施例7：

一种复合膨胀型阻燃剂，它由聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺、季戊四醇和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是20％、20％、20％、10％、20％和10％。

实施例8：

一种复合膨胀型阻燃剂，它由聚磷酸铵、三聚氰胺、双季戊四醇、氢氧化镁和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是50％、15％、20％、10％和5％。

实施例9：

一种复合膨胀型阻燃剂，它由聚磷酸铵、三聚氰胺、双季戊四醇、氢氧化镁和氢氧化铝组成，各物质的重量百分比依次是50％、15％、15％、10％和10％。

以上实施例整理成表格的各物质重量百分比数据如下：

下面发明人结合以上九个实施例进行对比试验。

传统阻燃剂使用的是溴锑阻燃剂，如十溴联苯醚加上三氧化二锑，先将两者按照重量比为3:1的比例混合均匀，然后按照油性聚氨酯胶：溴锑阻燃剂＝80:20(重量比)的比例混合均匀，刮涂在150D的涤纶布上，刮涂2遍，然后用150℃热风烘干，增重为35克/平米，用垂直燃烧仪测试其阻燃效果。传统阻燃剂的缺点是会发生熔滴，且释放出大量刺鼻烟雾。

实施例1-9制备得到的复合膨胀型阻燃剂按照油性聚氨酯胶：复合膨胀型阻燃剂＝70:30的比例混合均匀，然后刮涂在150D的涤纶布上，刮涂2遍，然后用150℃热风烘干，增重为35克/平米，用垂直燃烧仪测试其阻燃效果，结果如下表：

	余焰熄灭时间(秒)	有无熔滴	烟雾量
				实施例1	0	无	少
实施例2	1	无	少
				实施例3	3	无	较少
实施例4	2	无	较少
				实施例5	0	无	较多
实施例6	3	无	较多
				实施例7	4	无	少
实施例8	2	无	较少
				实施例9	1	无	较少

结合以上对比试验可以看出，本发明所述的阻燃剂，九个实施例中均未出现熔滴现象，实施例1、2、3、4、7、8、9中的烟雾量均比较少，由此可见，能够达到本发明所要的技术效果。

实施例1到实施例9中的复合膨胀型阻燃剂的制备方法均是一样，其包括以下步骤：

将各种原料按照实施例1到实施例9不同的配方比例加入高速混合机中，高速搅拌15分钟—30分钟，将混合均匀后的原料投入气流粉碎装置中粉碎，直至产品粒径D50＜5微米，D97＜10微米即可。

酸源，又称脱水剂或炭化促进剂，碳源也叫成炭剂，它是形成泡沫炭化层的基础，气源也叫发泡源，是含氮化合物。当受热时酸源分解生成脱水剂,它能与碳源形成酯,酯然后脱水交联形成炭,同时气源释放大量的不燃性气体使炭层膨胀。厚的炭层提高了聚合物表面与炭层表面的温度梯度,使聚合物表面温度较火焰温度低得多,减少了聚合物进一步降解释放可燃性气体的可能性,同时隔绝了外界氧的进入,因而在相当长的时间内可以对聚合物起阻燃作用。抑烟剂不仅能够减少燃烧时烟雾的生成，还可以与阻燃剂中的其他组分产生协同作用，使阻燃效果更好。

聚磷酸铵：含磷量高达30％～32％，含氮为14％～16％，燃烧时的生烟量极低，不产生卤化氢。

三聚氰胺磷酸盐：是一种环保型无卤阻燃剂，具有非常高的热稳定性，分解温度≥360℃。

三聚氰胺聚磷酸盐：既可做酸源又可做气源，性能优于聚磷酸铵。

三聚氰胺与双氰胺都是含氮量很高，燃烧时能够分解产生氮气，受热时能够分解产生大量氮气和二氧化碳。

季戊四醇与双季戊四醇含有多个羟基，且价格低廉，能够与酸源分解得到的酸反应生成酯，且生成的酯容易脱水交联成炭，从而阻燃效果较好。

氢氧化镁和氢氧化铝受热时都会释放出结合水，分解过程会吸收大量的热量，分解生成的氧化镁和氧化铝都是良好的耐火材料，同时他们放出的水蒸气可降低燃烧时烟雾的生成。

硼酸锌：热稳定性好，毒性低，具有很强的消烟作用，与其它阻燃剂复配效果良好，添加后可以明显减少材料燃烧时的烟浓度。

本发明所述的复合膨胀型阻燃剂，当受热时酸源分解生成脱水剂,它能与碳源形成酯,酯然后脱水交联形成炭,同时气源释放大量的不燃性气体使炭层膨胀。厚的炭层提高了聚合物表面与炭层表面的温度梯度,使聚合物表面温度较火焰温度低得多,减少了聚合物进一步降解释放可燃性气体的可能性,同时隔绝了外界氧的进入,因而在相当长的时间内可以对聚合物起阻燃作用。抑烟剂不仅能够减少燃烧时烟雾的生成，还可以与阻燃剂中的其他组分产生协同作用，使阻燃效果更好。整个复合膨胀型阻燃剂的制备工艺简单，能够大量生产。将胶水与复合膨胀型阻燃剂按照60-80：40-20的比例混合均匀，然后将混合物刮涂到织物的背面，最后将刮涂有混合物的织物烘干。简便快捷，可以连续化生产，可以通过调节阻燃剂在胶水中的添加比例，以及胶水涂层的厚度来获得不同阻燃效果的织物，并且阻燃胶水是刮涂在织物的背面，所以不会影响到织物正面的色彩和纹饰。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种复合膨胀型阻燃剂，其特征在于，它由重量百分比分别为50％—65％的酸源、10％—20％的气源、15％—20％的碳源和10％—20％的抑烟剂组成，其中：

酸源，是聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐中的至少一种，其中，聚磷酸铵是平均聚合度大于1000的结晶Ⅱ型聚磷酸铵；

气源，是三聚氰胺、双氰胺中的至少一种；

碳源，是季戊四醇、双季戊四醇中的至少一种；

抑烟剂，是氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌中的至少一种。

2.根据权利要求1所述的复合膨胀型阻燃剂，其特征在于，各物质的重量百分比如下：

聚磷酸铵20％—60％、三聚氰胺磷酸盐0—25％、三聚氰胺聚磷酸盐0—25％；

三聚氰胺0—15％、双氰胺0—20％；

季戊四醇0—20％、双季戊四醇0—20％；

氢氧化镁0—15％、氢氧化铝0—10％、硼酸锌0—10％。

3.根据权利要求2所述的复合膨胀型阻燃剂，其特征在于，该阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺、双季戊四醇、氢氧化镁、氢氧化铝和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是40％、10％、15％、20％、5％、5％和5％。

4.根据权利要求2所述的复合膨胀型阻燃剂，其特征在于，该阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺、双季戊四醇、氢氧化镁、氢氧化铝和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是40％、10％、15％、20％、5％、5％和5％。

5.根据权利要求2所述的复合膨胀型阻燃剂，其特征在于，该阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺、季戊四醇、氢氧化镁和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是25％、25％、15％、20％、10％和5％。

6.根据权利要求2所述的复合膨胀型阻燃剂，其特征在于，该阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺、季戊四醇、氢氧化镁和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是25％、25％、15％、20％、10％和5％。

7.根据权利要求2所述的复合膨胀型阻燃剂，其特征在于，该阻燃剂由聚磷酸铵、双氰胺、季戊四醇和氢氧化镁组成，各物质的重量百分比依次是50％—60％、10％—20％、20％和10％。

8.根据权利要求2所述的复合膨胀型阻燃剂，其特征在于，该阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐、三聚氰胺、季戊四醇和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是20％、20％、20％、10％、20％和10％。

9.根据权利要求2所述的复合膨胀型阻燃剂，其特征在于，该阻燃剂由聚磷酸铵、三聚氰胺、双季戊四醇、氢氧化镁和硼酸锌组成，各物质的重量百分比依次是50％、15％、20％、10％和5％。

10.一种如权利要求1至9中所述复合膨胀型阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

将各种原料按照设定配方的比例加入高速混合机中，高速搅拌15分钟—30分钟，将混合均匀后的原料投入气流粉碎装置中粉碎，直至产品粒径D50＜5微米，D97＜10微米即可。