CN107674332A - 一种环保阻燃母粒及其制备方法、应用，阻燃材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种环保阻燃母粒，主要由如下组分组成：以质量百分比计，基体树脂10‑50％，阻燃剂40‑80％，抗氧剂0.2‑0.6％，和热稳定剂4‑10％，其中所述阻燃剂为聚合物型阻燃剂Emerald Innovation 3000。制备方法包括：将基体树脂，阻燃剂，抗氧剂，和热稳定剂混合均匀，经过挤出挤出、水冷、切粒、烘干、筛分后即得。本发明的环保阻燃母粒在聚苯乙烯泡沫塑料中具有很好的应用，该阻燃母粒新型、环保、高效、持久性强的PS泡沫塑料阻燃材料，完全可以替代六溴环十二烷(HBCD)，阻燃性能佳。

Description

一种环保阻燃母粒及其制备方法、应用，阻燃材料

技术领域

本发明涉及阻燃材料领域，具体而言，涉及一种环保阻燃母粒及其制备方法、应用，阻燃材料。

背景技术

防火阻燃材料是一种保护材料，它是能够阻止燃烧而自己并不容易燃烧的材料，有固体的如说水泥、钢材、玻璃等材料；有液态的，也简称为阻燃剂，在需防火墙体等各种材料表面上如果涂上阻燃剂，它能保证在起火的时候不被烧着，也不会使得燃烧范围加剧、扩大。目前阻燃材料主要有有机和无机，卤素和非卤。高阻燃材料有机是以溴系、氮系和红磷及化合物为代表的一些阻燃剂，无机主要是三氧化二锑、氢氧化镁、氢氧化铝，硅系等阻燃体系。

随着环境和资源压力不断增大，建筑材料领域内的节能环保成为必然选择，我国对建筑外墙强制做保温处理，目的就是能够提高建筑能源利用率，因此我国外墙保温材料和保温行业发展迅速。目前，我国建筑外墙保温材料以聚苯乙烯(PS)泡沫塑料为主，在保温市场占据80％以上，但是其致命性弱点就是易燃、生态环保性差，加之火灾频发，需要添加阻燃剂。在所有应用于PS泡沫塑料的阻燃剂中，六溴环十二烷(HBCD)及其阻燃母粒成为众多阻燃剂产品中的佼佼者，占PS泡沫塑料阻燃剂的80％。环境保护部、外交部等11部委联合发布关于《<关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约>新增列六溴环十二烷修正案》生效的公告，公告指出六溴环十二烷用于建筑物中PS泡沫塑料阻燃剂，因环保性差，于2021年12月25日起全面停止使用，可见该类型的阻燃剂不环保，安全性差，还会影响到人们正常的使用。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种环保阻燃母粒，该阻燃母粒新型、环保、高效、持久性强的PS泡沫塑料阻燃材料，完全可以替代六溴环十二烷(HBCD)，阻燃性能佳，通过选用聚合物型阻燃剂Emerald Innovation 3000，其高分子量聚合型结构不易产生生物累积，避免了产品在环保方面的压力且在燃烧时不产生熔滴，且燃烧过后会形成致密的残炭。

本发明的第二目的在于提供上述环保阻燃母粒的制备方法，该制备方法前后步骤衔接紧密，方法简单快捷，与现有生产工艺设备和流程可实现无缝对接，具有能完整保留原料的有效成份的优点，而且具有方法简单易于操作，操作条件温和，可实现工业化生产，经济效益非常良好。

本发明的第三目的在于提供上述环保阻燃母粒的进一步应用，该母粒产品应用非常广泛，可以应用在聚苯乙烯泡沫塑料方面，替代了以往采用六溴环十二烷(HBCD)，更加安全环保，适于广泛推广应用。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

本发明实施例提供了一种环保阻燃母粒，主要由如下组分组成：以质量百分比计，基体树脂10-50％，阻燃剂40-80％，抗氧剂0.2-0.6％，和热稳定剂4-10％，其中阻燃剂为聚合物型阻燃剂Emerald Innovation 3000。

现有技术中，我国建筑外墙保温材料以聚苯乙烯(PS)泡沫塑料为主，在保温市场占据80％以上，但是其致命性弱点就是易燃、生态环保性差，加之火灾频发，需要添加阻燃剂。在所有应用于PS泡沫塑料的阻燃剂中，六溴环十二烷(HBCD)及其阻燃母粒成为众多阻燃剂产品中的佼佼者，占PS泡沫塑料阻燃剂的80％。环境保护部、外交部等11部委联合发布关于《<关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约>新增列六溴环十二烷修正案》生效的公告，公告指出六溴环十二烷用于建筑物中PS泡沫塑料阻燃剂，因环保性差，于2021年12月25日起全面停止使用，可见该类型的阻燃剂不环保，安全性差，还会影响到人们正常的使用。

本发明为了解决上述问题，提供了一种环保阻燃母粒，该母粒主要有四种组分组成，基体树脂，阻燃剂，抗氧剂和热稳定剂，本发明通过选用了聚合物型阻燃剂EmeraldInnovation 3000，其高分子量聚合型结构不易产生生物累积，避免了产品在环保方面的压力，并且通过加入了抗氧剂和稳定剂组成的热稳定体系，使得本发明的阻燃母粒在聚苯乙烯泡沫塑料中提供最佳的稳定效果，此外拥有本发明的组成成分的阻燃母粒与苯乙烯泡沫塑料相容性好、阻燃效率高、颜色稳定，氧指数可达31.0％以上，符合国家建筑材料防火等级B1级要求，非常适于广泛推广应用。

各个组成的用量上，基体树脂与阻燃剂的加量比较大，而抗氧剂和热稳定剂主要是起到配合达到热稳定性的作用，因此加量不太大，在满足相应的作用条件下添加少量即可，另外，本发明在选择阻燃剂时特意选择了具体的类型，需要依照具体类型的特性进行适宜用量的添加，通过选择此种类型的阻燃剂与其他组分进行有效的配合后，不会产生多余的生物累积，阻燃性持久，且不会产生大量的烟雾，即使燃烧也有一定的耐温性，耐温性可以达到1000℃以上，耐温持久性可以达到半个小时以上，完全可以提供对火灾现场进行救援的时间。

为了各个组分之间形成更优的配比增效关系，各组分之间优选为，以质量百分比计，基体树脂15-48％，阻燃剂45-78％，抗氧剂0.4-0.5％、热稳定剂5-8％。

最优地，以质量百分比计，基体树脂30％，阻燃剂62％，抗氧剂0.5％、热稳定剂7.5％。

此外，本发明针对每一种原料所选用的具体类型均进行了更明确的选择，基体树脂最好为聚苯乙烯，基体树脂的熔体流动速率最好控制在230-250℃、2.1-2.2kg的条件下为6-8g/10min之间。

抗氧剂最好选择为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂；

优选地，受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂之间的质量比为2：(1-10)，通过将两者之间的配比控制在适宜的范围内，可以显著提高阻燃母粒本身的稳定性。

此外，热稳定剂最好为盐基类复合稳定剂、脂肪酸皂类复合稳定剂中的一种或两种；

优选地，盐基类复合稳定剂为二盐基亚磷酸铅和三盐基硫酸铅，两者之间以重量比为4∶(1-6)组成；

优选地，脂肪酸皂类复合稳定剂为硬脂酸钙和硬脂酸钡，两者之间的质量比为4：(1-6)组成，更优选地质量比为4：3，热稳定剂的添加可有效地阻止、减少甚至基本停止材料的降解，与抗氧剂相互配合以提高材料本身的热稳定性。

本发明实施例除了提供一种环保阻燃母粒的配方，还提供了一种环保阻燃母粒的制备方法，包括如下步骤：

将基体树脂，阻燃剂，抗氧剂，和热稳定剂混合均匀，经过挤出挤出、水冷、切粒、烘干、筛分后即得。

本发明实施例的环保阻燃母粒的制备方法前后步骤衔接紧密，方法简单快捷，与现有生产工艺设备和流程可实现无缝对接，具有能完整保留原料的有效成份的优点，而且具有方法简单易于操作，操作条件温和，可实现工业化生产，经济效益非常良好。

该制备方法中，进行熔融挤出的温度控制在140-170℃之间，一般采用的为双螺杆挤出机，然后采用不锈钢网带机进行风冷输送，虽然制备方法比较简单，但是所涉及到的操作参数均是发明人通过具体实践后所获得的，具有一定的指导意义。

本发明新型的环保阻燃母粒在聚苯乙烯泡沫塑料中可进行良好的应用。

本发明不但保护具有本发明的特定组成的环保阻燃母粒，还保护包含有本发明的环保阻燃母粒的阻燃材料，也就是说只要含有本发明的组成的母粒，以及由该母粒制成的后续产品均在本发明的保护范围内。

上述各个原料中所涉及到的物质均为市售产品。

其中，聚苯乙烯为镇江奇美生产的PS PG-33。

阻燃剂为德国朗盛生产的Emerald Innovation 3000。

受阻酚类抗氧剂1010、亚磷酸酯类抗氧剂168均为市售商品。

热稳定剂二盐基亚磷酸铅、三盐基硫酸铅、硬脂酸钙、硬脂酸钡为南京金陵化工厂生产。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明提供了一种环保阻燃母粒，该阻燃母粒新型、环保、高效、持久性强的PS泡沫塑料阻燃材料，完全可以替代六溴环十二烷(HBCD)，阻燃性能佳，通过选用聚合物型阻燃剂Emerald Innovation 3000，其高分子量聚合型结构不易产生生物累积，避免了产品在环保方面的压力且在燃烧时不产生熔滴，且燃烧过后会形成致密的残炭；

(2)本发明提供的环保阻燃母粒的制备方法，该制备方法前后步骤衔接紧密，方法简单快捷，与现有生产工艺设备和流程可实现无缝对接，具有能完整保留原料的有效成份的优点，而且具有方法简单易于操作，操作条件温和，可实现工业化生产，经济效益非常良好。

(3)本发明提供了上述环保阻燃母粒的进一步应用，应用非常广泛，可以应用在聚苯乙烯泡沫塑料方面，替代了以往采用六溴环十二烷(HBCD)，更加安全环保，适于广泛推广应用。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。

实施例1

1)配料：称量50kg聚苯乙烯PS PG-33、80kg阻燃剂Emerald Innovation3000、0.6kg抗氧剂1010、4kg二盐基亚磷酸铅、6kg三盐基硫酸铅，聚苯乙烯PS PG-33熔体流动速率在230-250℃、2.1-2.2kg的条件下为6-8g/10min；

2)将上述各个物质添加到高速混合机中混合均匀，加入双螺杆挤出机主喂料口中，经熔融挤出、水冷、不锈钢网带机风冷输送、切粒、烘干、筛分得到所述的新型环保阻燃母粒，双螺杆挤出机的加工温度为140℃。

3)将本发明阻燃母粒应用于PS泡沫塑料中，添加量为5％时，对材料的性能进行测试，测试结果为：所得材料的氧指数为31.0％，热分解温度为285℃，抗压强度为312.5KPa。

实施例2

1)配料：称量10kg聚苯乙烯PS PG-33、40kg阻燃剂Emerald Innovation3000、0.1kg抗氧剂1010、0.1kg抗氧剂168、3kg硬脂酸钙、1kg硬脂酸钡，聚苯乙烯PS PG-33熔体流动速率在230-250℃、2.1-2.2kg的条件下为6-8g/10min；

2)将上述各个物质添加到高速混合机中混合均匀，加入双螺杆挤出机主喂料口中，经熔融挤出、水冷、不锈钢网带机风冷输送、切粒、烘干、筛分得到所述的新型环保阻燃母粒，双螺杆挤出机的加工温度为170℃。

3)将本发明阻燃母粒应用于PS泡沫塑料中，添加量为5％时，对材料的性能进行测试，测试结果为：所得材料的氧指数为31.6％，热分解温度为281.3℃，抗压强度为310KPa。

实施例3

1)配料：称量15kg聚苯乙烯PS PG-33、45kg阻燃剂Emerald Innovation3000、0.2kg抗氧剂1010、0.3kg抗氧剂168、4kg二盐基亚磷酸铅、4kg三盐基硫酸铅，聚苯乙烯PSPG-33熔体流动速率在230-250℃、2.1-2.2kg的条件下为6-8g/10min；

2)将上述各个物质添加到高速混合机中混合均匀，加入双螺杆挤出机主喂料口中，经熔融挤出、水冷、不锈钢网带机风冷输送、切粒、烘干、筛分得到所述的新型环保阻燃母粒，双螺杆挤出机的加工温度为160℃。

3)将本发明阻燃母粒应用于PS泡沫塑料中，添加量为5％时，对材料的性能进行测试，测试结果为：所得材料的氧指数为33.5％，热分解温度为270℃，抗压强度为310KPa。

实施例4

1)配料：称量48kg聚苯乙烯PS PG-33、78kg阻燃剂Emerald Innovation3000、0.1kg抗氧剂1010、0.3kg抗氧剂168、4kg二盐基亚磷酸铅、1kg硬脂酸钡，聚苯乙烯PS PG-33熔体流动速率在230-250℃、2.1-2.2kg的条件下为6-8g/10min；

2)将上述各个物质添加到高速混合机中混合均匀，加入双螺杆挤出机主喂料口中，经熔融挤出、水冷、不锈钢网带机风冷输送、切粒、烘干、筛分得到所述的新型环保阻燃母粒，双螺杆挤出机的加工温度为150℃。

3)将本发明阻燃母粒应用于PS泡沫塑料中，添加量为5％时，对材料的性能进行测试，测试结果为：所得材料的氧指数为32.2％，热分解温度为275.5℃，抗压强度为306.2KPa。

实施例5

1)配料：称量30kg聚苯乙烯PS PG-33、62kg阻燃剂Emerald Innovation3000、0.2kg抗氧剂1010、0.3kg抗氧剂168、4kg硬脂酸钙、3.5kg硬脂酸钡，聚苯乙烯PS PG-33熔体流动速率在230-250℃、2.1-2.2kg的条件下为6-8g/10min；

2)将上述各个物质添加到高速混合机中混合均匀，加入双螺杆挤出机主喂料口中，经熔融挤出、水冷、不锈钢网带机风冷输送、切粒、烘干、筛分得到所述的新型环保阻燃母粒，双螺杆挤出机的加工温度为170℃。

3)将本发明阻燃母粒应用于PS泡沫塑料中，添加量为5％时，对材料的性能进行测试，测试结果为：所得材料的氧指数为33.1％，热分解温度为330℃，抗压强度为340KPa。

比较例1

1)配料：称量5kg聚苯乙烯PS PG-33、90kg阻燃剂Emerald Innovation3000、0.05kg抗氧剂1010、0.05kg抗氧剂168、0.5kg二盐基亚磷酸铅、1.5kg三盐基硫酸铅，聚苯乙烯PS PG-33熔体流动速率在230-250℃、2.1-2.2kg的条件下为6-8g/10min；

2)将上述各个物质添加到高速混合机中混合均匀，加入双螺杆挤出机主喂料口中，经熔融挤出、水冷、不锈钢网带机风冷输送、切粒、烘干、筛分得到所述的新型环保阻燃母粒，双螺杆挤出机的加工温度为170℃。

3)将本发明阻燃母粒应用于PS泡沫塑料中，添加量为5％时，对材料的性能进行测试，测试结果为：所得材料的氧指数为29.1％，热分解温度为281.3℃，抗压强度为240KPa。

比较例2

具体操作步骤与比较例1一致，只是原料组成为：称量70kg聚苯乙烯PS PG-33、30kg阻燃剂Emerald Innovation 3000、1kg抗氧剂1010、0.05kg抗氧剂168、10kg二盐基亚磷酸铅、5kg三盐基硫酸铅；

最后经测试：所得材料的氧指数为27.1％，热分解温度为250.1℃，抗压强度为260KPa。

从上述实施例与比较例的数据对比也可以看出，阻燃剂与其他原料之间的加量需要互相协调搭配，阻燃剂加量太大可能会对材料本身的机械性能有影响，加量太小不仅起不到应有的阻燃效果，机械性能也并没有增强，因此可见各个组成之间的配比关系是非常重要的。

比较例3

将六溴环十二烷(HBCD)应用于PS泡沫塑料中，添加量为5％时，对材料的性能进行测试，测试结果为：所得材料的氧指数为27.4％，热分解温度为245.2℃，抗压强度为265KPa。

六溴环十二烷(HBCD)的分解温度在180℃-240℃，聚苯乙烯泡沫塑料的生产加工温度一般在200℃以上，理想的温度应该在220℃以上，只有这样的高温才能保证PS塑料的充分融化，PS泡沫塑料的容重和压缩强度达到理想的指标。六溴环十二烷(HBCD)的分解温度低于PS泡沫塑料的加工温度势必造成阻燃剂大量分解，分解后产生的强酸不但腐蚀生产设备而且会使得塑料降解，降低PS泡沫塑料的分子量，力学性能直线下降。同时六溴环十二烷(HBCD)的分解也会造成自身阻燃效能的下降，而为了达到阻燃性不得不采用超常规添加阻燃剂的办法，造成浪费和环境的破坏。

实验例1

将实施例1-5与比较例1-3最后的材料的性能进行测试，测试结果如下所示：

表1检测结果

从上表1中的数据可以看出本发明实施例的环保阻燃母粒的各方面性能均表现比较优异，本发明提供的阻燃母粒，其不但阻燃效果良好、而且热稳定性高、力学性能优异，是替代HBCD的环保、高效、持久的阻燃剂。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims (10)

1.一种环保阻燃母粒，其特征在于，主要由如下组分组成：以质量百分比计，基体树脂10-50％，阻燃剂40-80％，抗氧剂0.2-0.6％，和热稳定剂4-10％，其中所述阻燃剂为聚合物型阻燃剂Emerald Innovation 3000。

2.根据权利要求1所述的环保阻燃母粒，其特征在于，以质量百分比计，基体树脂15-48％，阻燃剂45-78％，抗氧剂0.4-0.5％、热稳定剂5-8％。

3.根据权利要求2所述的环保阻燃母粒，其特征在于，以质量百分比计，基体树脂30％，阻燃剂62％，抗氧剂0.5％、热稳定剂7.5％。

4.根据权利要求1-3任一项所述的环保阻燃母粒，其特征在于，所述基体树脂为聚苯乙烯；

优选地，所述基体树脂的熔体流动速率在230-250℃、2.1-2.2kg的条件下为6-8g/10min。

5.根据权利要求1-3任一项所述的环保阻燃母粒，其特征在于，所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂；

优选地，受阻酚类抗氧剂与亚磷酸酯类抗氧剂之间的质量比为2：(1-10)。

6.根据权利要求1-3任一项所述的环保阻燃母粒，其特征在于，所述热稳定剂为盐基类复合稳定剂、脂肪酸皂类复合稳定剂中的一种或两种；

优选地，所述盐基类复合稳定剂为二盐基亚磷酸铅和三盐基硫酸铅，两者之间以重量比为4∶(1-6)组成；

优选地，所述脂肪酸皂类复合稳定剂为硬脂酸钙和硬脂酸钡，两者之间的质量比为4：(1-6)组成。

7.权利要求1-6任一项所述的环保阻燃母粒的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

将基体树脂，阻燃剂，抗氧剂，和热稳定剂混合均匀，经过挤出挤出、水冷、切粒、烘干、筛分后即得。

8.根据权利要求7所述的环保阻燃母粒的制备方法，其特征在于，熔融挤出的温度为140-170℃。

9.权利要求1-8任一项所述的环保阻燃母粒在聚苯乙烯泡沫塑料中的应用。

10.包含权利要求1-9任一项所述的环保阻燃母粒的阻燃材料。