CN106279770A - 含复合高分子偶联剂的活性镁系阻燃剂 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及阻燃剂，特别涉及一种含复合高分子偶联剂的活性镁系阻燃剂。本发明的技术要点是：以重量份计，包括天然水镁石粉100份、复合高分子偶联剂10‑15份、小分子偶联剂0.5‑5份、助剂0.5‑5份。本发明的镁系阻燃剂具有优异的阻燃性、分散性和相容性，本发明制备的阻燃剂具有很高的阻燃效率，在聚丙烯中添加20％的阻燃剂时，均达到阻燃级别，其中氧指数均超过33％，垂直燃烧等级满足UL 94V‑0级，并且试样拉伸强度下降幅度很小，冲击强度有明显提高。本发明原料易得，工艺简单，生产效率高，无三废排放，经济效益显著，适合工业化生产。

Description

含复合高分子偶联剂的活性镁系阻燃剂
技术领域
本发明涉及阻燃剂，特别涉及一种含复合高分子偶联剂的活性镁系阻燃剂。
背景技术
天然水镁石粉体，是一种应用前景优良的无机阻燃材料，由于其表面羟基的存在，受热时能吸热分解和释放水，分解产物稳定，不会对环境产生二次污染，但是也正是因为其结构特点导致极性大，“亲水疏油”，难于在塑料基体中分散，因此，在使用天然水镁石粉作为阻燃材料时需要对其进行表面改性处理，降低其表面极性，使其表面转变为“亲油疏水”。另外，由于镁系阻燃剂需要较大的添加量才能起到较好的阻燃效果，因此必须进行改性以改善与非极性塑料基体的相容性，提高其分散性，尽可能小的影响复合材料的综合性能。针对水镁石的表面改性已有很多研究，现有技术通常采用干法或湿法改性工艺解决水镁石粉体的表面极性问题。但是，干法处理的水镁石粉体其两相之间的相容性不好，一般采用无机偶联剂进行改性，但无机相与有机相之间的相容性不好。如CN101054482，采用钛酸酯偶联剂对水镁石粉体进行表面改性处理则可以使活化粉体具有更高的活化率，使复合材料具有更优异的综合应用性能，但是，该方法采用湿法表面处理工艺成本较高，且对环境有不良影响。采用包覆的方法对水镁石粉体进行改性对改性剂与基体相容性要求高，如CN101210079A中提到了采用了高分子偶联剂改性，但未给出高分子偶联剂的具体种类，本领域技术人员难以判断可以适用的高分子偶联剂。同时单一处理剂的改性，其改性效果暂时无法满足本领域对于水镁石粉体及其在材料中复合的需求，达不到人们对复合材料日益增长的综合性能的要求，因此，本领域目前缺少采用复合高分子偶联剂改性的镁系阻燃剂。
发明内容
本发明为解决现有技术中，镁系阻燃剂存在分散性差、相容性不好的问题，提供了一种含复合高分子偶联剂的活性镁系阻燃剂，该阻燃剂采用复合高分子对天然水镁石粉体进行改性，显著提高镁系阻燃剂与树脂基体的相容性、分散性以及填充量，使得到的镁系阻燃剂具有良好的阻燃性。
本申请是在发明人对在先申请CN 102653599A的进一步突破研究，在先申请虽然解决了偶联剂单一的问题，但是由于该方法中使用了大量的聚乙烯，聚乙烯分子链是非极性结构，其与无机填料之间缺少亲合性，且其与其它极性聚合物之间的相容性极差，导致填充后共混物的综合性能下降。另一个因素是，聚乙烯接枝反应的副反应是支化、交联，而聚丙烯的副反应是链段断裂，因此，发明人从高分子链结构与基体相容性的角度出发，采用甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐接枝改性的聚丙烯、聚苯乙烯，其中甲基丙烯酸缩水甘油酯中环氧官能团能够与多种官能团反应，可在聚丙烯链上接枝大量的支链，马来酸酐具有的对称结构可以同时在聚丙烯和聚苯乙烯上接枝，聚苯乙烯的单体苯乙烯大分子自由基具有高活性，其可以促进甲基丙烯酸缩水甘油酯和马来酸酐接枝聚丙烯，提高接枝率和相容性，经复合高分子所得接枝产物具有改性剂对天然水镁石粉进行改性。
为达到上述目的，本发明的技术要点是：含复合高分子偶联剂的活性镁系阻燃剂，以重量份计，包括天然水镁石粉100份、复合高分子偶联剂10-15份、小分子偶联剂0.5-5份、助剂0.5-5份；
所述的复合高分子偶联剂为接枝改性处理的聚丙烯和聚苯乙烯；所述的高分子偶联剂的制备方法为：
将密炼机的温度设定为100～180℃，将聚丙烯放入密炼机中2～3分钟后加入甲基丙烯酸缩水甘油酯和/或马来酸酐、过氧化二异丙苯、抗氧剂1010共混10～15分钟，再加入聚苯乙烯、过氧化二异丙苯、抗氧剂1010共混10～15分钟后得到复合高分子偶联剂。
聚丙烯和聚苯乙烯的加入顺序会影响接枝率，在接枝反应前期并不需要太快的反应速率，需要聚丙烯产生主链断裂，在第二阶段加入聚苯乙烯会有相对于聚丙烯单体活性更好的自由基，进而促进接枝反应。两阶段加入的过氧化二异丙苯和抗氧剂的量可以相同或不同，对反应的最终接枝率影响不大。
在接枝过程中，可以加入甲基丙烯酸缩水甘油酯或马来酸酐，还可以同时加入甲基丙烯酸缩水甘油酯和马来酸酐，针对不同的方案，其在基体中含量不同，具体如下：
所述的复合高分子偶联剂各原料质量百分比为：甲基丙烯酸缩水甘油酯5～20％，过氧化二异丙苯0.1～0.3％，抗氧剂10100.5～1.0％，聚丙烯或聚苯乙烯余量。
所述的复合高分子偶联剂各原料质量百分比为：马来酸酐1～8％，过氧化二异丙苯0.1～0.3％，抗氧剂10100.5～1.0％，聚丙烯或聚苯乙烯余量。
所述的复合高分子偶联剂各原料质量百分比为：甲基丙烯酸缩水甘油酯和马来酸酐5～15％，过氧化二异丙苯0.1～0.3％，抗氧剂10100.5～1.0％，聚丙烯或聚苯乙烯余量。
优选地，所述的小分子偶联剂包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、磺化丁二酸酯中的一种或一种以上。
助剂可以是功能助剂，可以根据实际工程需要相应地加入，如添加耐磨损的石墨、润滑剂，或添加着色剂、抗静电剂等，优选地，所述的助剂包括白油、硅油、硬脂酸类、聚乙烯蜡中的一种或一种以上。
本发明另一个目的是请求保护上述的含高分子偶联剂的活性镁系阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
(1)将天然水镁石粉预处理，将其粉碎至3～150微米；
(2)制备复合高分子偶联剂；
(3)将处理后天然水镁石粉与复合高分子偶联剂进行高速搅拌，在搅拌过程中温度控制在90～150℃混炼10～50分钟；
(4)向步骤(3)中加入小分子偶联剂，于100～180℃下混炼30～120分钟，得到活性镁系阻燃剂。
进一步的，步骤(4)还可以为：向步骤(3)中加入小分子偶联剂和助剂，于100～180℃下混炼30～120分钟，得到活性镁系阻燃剂。
在制备阻燃剂过程中，发明人发现先将复合高分子偶联剂与无机粉体进行复合效果更好，由于聚丙烯和聚乙烯链上接枝了甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐，其更有利于无机粉体的分散，甲基丙烯酸缩水甘油酯和马来酸酐均含有强极性的基团，接枝到主链聚丙烯和聚乙烯上可以促进高分子基体树脂与水镁石粉体的粘结性和相容性。加入复合高分子偶联剂能够使氢氧化镁粉体表面化学性质进行了活化，从而使粉体粒子易于分散，可均匀地分布并以化学结合于基料中，尤其适应聚合物改性。从而在较低的用量下，经济地将水镁石的性能赋予基体材料；阻燃性能的提高未影响材料的其他机械性能，因而能够广泛适用于阻燃电线电器材料中。
经本发明方法得到镁系阻燃剂具有优异的阻燃性、分散性和相容性，本发明制备的阻燃剂具有很高的阻燃效率，在聚丙烯中添加20％的阻燃剂时，均达到阻燃级别，其中氧指数均超过33％，垂直燃烧等级满足UL 94V-0级，并且试样拉伸强度下降幅度很小，冲击强度有明显提高。本发明原料易得，工艺简单，生产效率高，无三废排放，经济效益显著，适合工业化生产。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步详细描述，但不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
聚丙烯、聚苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯的制备：
将密炼机的温度设定为180℃，将聚丙烯100g放入密炼机中，2～3分钟后依次加入甲基丙烯酸缩水甘油酯40g、过氧化二异丙苯0.5g、抗氧剂10101.8g共混15分钟后得到聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯，再加入聚苯乙烯57.4g、过氧化二异丙苯0.1g、抗氧剂10100.2g。
阻燃剂的制备：
(1)将天然水镁石粉预处理，将其粉碎至3～150微米；
(2)制备复合高分子偶联剂；
(3)将处理后天然水镁石粉100份与复合高分子偶联剂15份进行高速搅拌，在搅拌过程中温度控制在150℃混炼30分钟；
(4)向步骤(3)中加入乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和磺化丁二酸酯，于150℃下混炼100分钟，得到活性镁系阻燃剂。
实施例2
聚丙烯、聚苯乙烯接枝马来酸酐的制备：
将密炼机的温度设定为180℃，将聚丙烯80g放入密炼机中，2～3分钟后依次加入马来酸酐10g、过氧化二异丙苯0.3g、抗氧剂10100.5g共混15分钟后得到聚丙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯，再加入聚苯乙烯109.09g、过氧化二异丙苯0.1g、抗氧剂10100.01g。
阻燃剂的制备：
(1)将天然水镁石粉预处理，将其粉碎至3～150微米；
(2)制备复合高分子偶联剂；
(3)将处理后天然水镁石粉100份与复合高分子偶联剂15份进行高速搅拌，在搅拌过程中温度控制在150℃混炼30分钟；
(4)向步骤(3)中加入乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷和磺化丁二酸酯2份、白油1份于150℃下混炼100分钟，得到活性镁系阻燃剂。
实施例3
聚丙烯、聚苯乙烯接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯和马来酸酐
将密炼机的温度设定为150℃，将聚丙烯80g放入密炼机中，2～3分钟后依次加入甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐30g、过氧化二异丙苯0.5g、抗氧剂10101.95g共混15分钟后，再加入聚苯乙烯87.4g、过氧化二异丙苯0.1g、抗氧剂10100.05g共混10分钟后得到复合高分子偶联剂。
阻燃剂的制备：
(1)将天然水镁石粉预处理，将其粉碎至3～150微米；
(2)制备复合高分子偶联剂；
(3)将处理后天然水镁石粉100份与复合高分子偶联剂10份进行高速搅拌，在搅拌过程中温度控制在150℃混炼30分钟；
(4)向步骤(3)中加入γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和磺化丁二酸酯0.5份、硅油0.5份于100℃下混炼90分钟，得到活性镁系阻燃剂。
实施例4
包括天然水镁石粉100份、复合高分子偶联剂10-15份、小分子偶联剂0.5-5份、助剂0.5-5份；
将密炼机的温度设定为150℃，将聚丙烯100g放入密炼机中，2～3分钟后依次加入甲基丙烯酸缩水甘油酯、马来酸酐25g、过氧化二异丙苯0.5g、抗氧剂10101g共混15分钟后，再加入聚苯乙烯72.4g、过氧化二异丙苯0.1g、抗氧剂10101g共混10分钟后得到复合高分子偶联剂。
阻燃剂的制备：
(1)将天然水镁石粉预处理，将其粉碎至3～150微米；
(2)制备复合高分子偶联剂；
(3)将处理后天然水镁石粉100份与复合高分子偶联剂15份进行高速搅拌，在搅拌过程中温度控制在150℃混炼30分钟；
(4)向步骤(3)中加入磺化丁二酸酯5份、硅油0.5份于100℃下混炼90分钟，得到活性镁系阻燃剂。
对照组
将小分子偶联剂γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷和天然水镁石粉按照质量比10:100加入高混机中140℃混炼100分钟，得到活性镁系阻燃剂。
将实施例1～4和对照组所制备的阻燃剂添加入聚丙烯中制成聚丙烯阻燃试样，活性镁系阻燃剂与聚丙烯按照20:80的比例混合，空白对照组不添加本发明阻燃剂，测试其性能如表1所示。
表1
从表1可以看出，本发明制备的阻燃剂具有很高的阻燃效率，在聚丙烯中添加20％的阻燃剂时，4组阻燃聚丙烯试样均达到阻燃级别，其中氧指数均超过33％，垂直燃烧等级满足UL 94V-0级，并且试样拉伸强度下降幅度很小，冲击强度有明显提高。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.含复合高分子偶联剂的活性镁系阻燃剂，其特征在于，以重量份计，包括天然水镁石粉100份、复合高分子偶联剂10-15份、小分子偶联剂0.5-5份、助剂0.5-5份；
所述的复合高分子偶联剂为接枝改性处理的聚丙烯和聚苯乙烯；所述的高分子偶联剂的制备方法为：
将密炼机的温度设定为100～180℃，将聚丙烯放入密炼机中2～3分钟后加入甲基丙烯酸缩水甘油酯和/或马来酸酐、过氧化二异丙苯、抗氧剂1010共混10～15分钟，再加入聚苯乙烯、过氧化二异丙苯、抗氧剂1010共混10～15分钟后得到复合高分子偶联剂。
2.根据权利要求1所述的含高分子偶联剂的活性镁系阻燃剂，其特征在于，所述的复合高分子偶联剂各原料质量百分比为：甲基丙烯酸缩水甘油酯5～20％，过氧化二异丙苯0.1～0.3％，抗氧剂10100.5～1.0％，聚丙烯和聚苯乙烯余量。
3.根据权利要求1所述的含高分子偶联剂的活性镁系阻燃剂，其特征在于，所述的复合高分子偶联剂各原料质量百分比为：马来酸酐1～8％，过氧化二异丙苯0.1～0.3％，抗氧剂10100.5～1.0％，聚丙烯和聚苯乙烯余量。
4.根据权利要求1所述的含高分子偶联剂的活性镁系阻燃剂，其特征在于，所述的复合高分子偶联剂各原料质量百分比为：甲基丙烯酸缩水甘油酯和马来酸酐5～15％，过氧化二异丙苯0.1～0.3％，抗氧剂10100.5～1.0％，聚丙烯和聚苯乙烯余量。
5.根据权利要求1所述的含高分子偶联剂的活性镁系阻燃剂，其特征在于，所述的小分子偶联剂包括γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三(β-甲氧基乙氧基)硅烷、磺化丁二酸酯中的一种或一种以上。
6.根据权利要求1所述的含高分子偶联剂的活性镁系阻燃剂，其特征在于，所述的助剂包括白油、硅油、硬脂酸类、聚乙烯蜡中的一种或一种以上。
7.一种如权利要求1所述的含高分子偶联剂的活性镁系阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将天然水镁石粉预处理，将其粉碎至3～150微米；
(2)制备复合高分子偶联剂；
(3)将处理后天然水镁石粉与复合高分子偶联剂进行高速搅拌，在搅拌过程中温度控制在90～150℃混炼10～50分钟；
(4)向步骤(3)中加入小分子偶联剂，于100～180℃下混炼30～120分钟，得到活性镁系阻燃剂。
8.一种如权利要求1所述的含高分子偶联剂的活性镁系阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤(4)还可以为：向步骤(3)中加入小分子偶联剂和助剂，于100～180℃下混炼30～120分钟，得到活性镁系阻燃剂。
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