CN108003621A - 一种绿色纳米阻燃材料 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及阻燃技术领域，尤其涉及一种绿色纳米阻燃材料，所述绿色纳米阻燃材料由以下重量份的组分组成：纳米硼酸铜100~150份，分散剂20~50份和复合阻燃协效剂52~100份。本发明的绿色纳米阻燃材料的阻燃和抑烟效果良好，安全可靠，原料来源广，成本低；不含有毒添加剂，以生物质材料为磷源，提高资源利用率，更为绿色环保；能够改善基材的机械加工和耐热性能，具有良好的增塑性，在电缆领域具有广阔的应用前景。

Description

一种绿色纳米阻燃材料
技术领域
本发明涉及阻燃技术领域，尤其涉及一种具有增塑和抑烟功能的绿色纳米阻燃材料。
背景技术
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，是一种能使易燃物质燃烧减慢、终止或难以燃烧的物质。目前，溴系阻燃剂是应用范围最广的阻燃剂之一，溴系阻燃剂的优点在于对复合材料的力学性能几乎没有影响。根据阻燃机理，溴系阻燃剂能显著降低燃气中HBr的含量，而且该类阻燃剂与基体树脂相容性好，即使在苛刻的条件下也无析出现象。其分解温度在200℃~300℃的范围内，与各种高聚物的分解温度相匹配，因此能起到良好的阻燃作用，有添加量小、效果好的，并且溴阻燃剂的性能和价格具有很大的优势。虽然溴系阻燃材料显示了优越的阻燃性，但是它对环境和人的危害是不可忽视的。在崇尚“绿色”生活、和谐社会的现阶段，国内外对于溴系阻燃剂的争论从没有停息过，其焦点问题就是多溴二苯醚（PBDPO）在燃烧时是否会产生有毒、致癌的多溴代二苯并呋喃（PBDF）和多溴代苯并噁暎（PBDD）。因此，环保型阻燃剂的研发具有重要的研究意义。
发明内容
本发明为了克服传统溴系阻燃剂对环境和人具有危害的问题，提供了一种具有增塑和抑烟功能的绿色纳米阻燃材料。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种绿色纳米阻燃材料，所述绿色纳米阻燃材料由以下重量份的组分组成：纳米硼酸铜100~150份，分散剂20~50份和复合阻燃协效剂52~100份。
作为优选，所述纳米硼酸铜为Cu3B2O6和Cu(BO2)2中的一种或两种。
作为优选，所述复合阻燃协效剂由以下重量份的组分组成：有机硅高聚物20~30份，锡酸锌5~15份，有机蒙脱土15~25份，钼基水滑石10~20份和磷蛋白2~10份。
本发明突破传统的阻燃协效剂选用化学含磷试剂作为阻燃成分的局限，选用生物质材料磷蛋白，结合有机蒙脱土和钼基水滑石，协同增效，增加阻燃剂的阻燃效果。有机硅高聚物和锡酸锌产生协同作用，有效地阻燃和抑烟，其主要机理为：燃烧过程中，有机硅高聚物在共混物燃烧时生成玻璃态的无机层，促进炭化物的生成，形成具有一定厚度的隔离膜，从而抑制燃烧。锡酸锌一方面可以通过交联促进成炭，减少可燃挥发物的释出；另一方面挥发的锡化合物可以作为气象反应催化剂，催化氧化火焰中的CO和烟炱，较少有毒气体的产生，为火灾中的逃生者增加了生存几率。水滑石为层状双金属氢氧化物（LDH），钼基水滑石为经钼化合物改性的水滑石，钼基水滑石层间具有丰富的阻燃性物种CO3 2-和结晶水，在受热燃烧时，释放阻燃性气体CO2起到隔绝氧气和降低材料表面温度的作用。同时钼基水滑石在表面形成凝聚相，阻止燃烧面扩展。钼基水滑石受热分解后，形成高分散的大比表面固体碱，对燃烧氧化产生的酸性气体具有极强的吸附作用，从而起到优异的抑烟作用。钼基水滑石作为阻燃协效剂具有明显的阻燃和抑烟效果，较小的添加量就可在不降低材料氧指数（LOI）的同时，使阻燃剂的抑烟效果显著提高。蒙脱土由于层间的大量无机离子而表现出来的疏油性，不利于其在聚合物基体中的分散，因此要对其进行有机改性，改变蒙脱土表面的高极性，使蒙脱土层间由亲水性转变为亲油性，降低其表面能，同时使蒙脱土的层间距增大，使聚合物的链或单体能进入层间，从而使有机基团覆盖蒙脱土表面或插入其层间，使其表面能发生变化，增大了层间距，使其由原来的亲水性转变为亲油性，增加阻燃协效剂的分散性能。
作为优选，所述有机硅高聚物为硅树脂，氨基硅油和聚硅氧烷聚合物中的一种或两种。
有机硅高聚物具有热氧化稳定、高效、低烟、无毒、防熔滴、对基材性能影响小等优点，这是由构成分子主链的硅氧键的性质所决定，通过改进分子结构、提高相对分子质量、共混等来提高阻燃抑烟效果、改善成炭性及基体材料的加工和力学性能。由于含硅阻燃聚合物少烟无毒、燃烧值低、火焰传播速度慢，同时和一些阻燃剂存在着协效作用。其中，聚硅氧烷聚合物类似于互穿聚合物网络（IPN）部分交联机理而结合入基材聚合物结构中，可大大限制硅添加剂的流动性，因而使它不致于迁移至被阻燃聚合物的表面，且与聚烯烃等高聚物相容。硅树脂能改善基材的加工性能、机械性能、耐热性能等，阻燃剂的循环使用效果较好，在提高阻燃特性的同时提高基材的机械加工性能。
作为优选，所述钼基水滑石由水滑石与八钼酸铵，三氧化钼和八钼酸三聚氰胺中的一种或几种改性制得。
作为优选，所述磷蛋白从牛奶，大豆，皂苷和含树胶的植物根中的一种或几种中提取获得，成本低，来源广泛，绿色环保，资源利用率高。
作为优选，所述分散剂为含活性端基羟醇酯，双硬脂酰胺，单甘酯，油酸酰胺中的一种或几种。
因此，本发明具有如下有益效果：
（1）阻燃和抑烟效果良好，安全可靠，原料来源广，成本低；
（2）不含有毒添加剂，以生物质材料为磷源，提高资源利用率，更为绿色环保；
（3）能够改善基材的机械加工和耐热性能，具有良好的增塑性，在电缆领域具有广阔的应用前景。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
在本发明中，若非特指，所有设备和原料均可从市场购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
一种绿色纳米阻燃材料，由以下配比的组分组成：纳米Cu3B2O6 100g，含活性端基羟醇酯20g和复合阻燃协效剂52g；其中，复合阻燃协效剂由以下配比的组分组成：硅树脂20g，锡酸锌5g，有机蒙脱土15g，钼基水滑石（三氧化钼和八钼酸三聚氰胺改性）10g和磷蛋白（大豆和皂苷提取物）2g。
实施例2
一种绿色纳米阻燃材料，由以下配比的组分组成：纳米Cu3B2O6 80g，纳米Cu(BO2)2 70g，双硬脂酰胺23g，单甘酯27g和复合阻燃协效剂72g；其中，复合阻燃协效剂由以下配比的组分组成：硅树脂12g，聚硅氧烷聚合物18g，锡酸锌15g，有机蒙脱土15g，钼基水滑石（八钼酸铵改性）10g和磷蛋白（牛奶提取物）2g。
实施例3
一种绿色纳米阻燃材料，由以下配比的组分组成：纳米Cu(BO2)2 120g，单甘酯10g，油酸酰胺10g和复合阻燃协效剂100g；其中，复合阻燃协效剂，由以下配比的组分组成：氨基硅油30g，锡酸锌15g，有机蒙脱土25g，钼基水滑石（八钼酸三聚氰胺改性）20g和磷蛋白（含树胶的植物根提取物）10g。
对实施例1-3的绿色纳米阻燃材料的性能指标做检测，结果如表1所示：
表1.检测结果
性能指标 实施例1 实施例2 实施例3
阻燃指数 V-0 V-0 V-0
烟密度等级（SDR） ≤75 ≤75 ≤75
由表1可以看出，本发明的绿色纳米阻燃材料具有良好的阻燃和抑烟性能。
本发明的绿色纳米阻燃材料的阻燃和抑烟效果良好，安全可靠，原料来源广，成本低；不含有毒添加剂，以生物质材料为磷源，提高资源利用率，更为绿色环保；能够改善基材的机械加工和耐热性能，具有良好的增塑性，在电缆领域具有广阔的应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (7)

1.一种绿色纳米阻燃材料，其特征在于，所述绿色纳米阻燃材料由以下重量份的组分组成：纳米硼酸铜100~150份，分散剂20~50份和复合阻燃协效剂52~100份。
2.根据权利要求1所述的一种绿色纳米阻燃材料，其特征在于，所述纳米硼酸铜为Cu3B2O6和Cu(BO2)2中的一种或两种。
3.根据权利要求1所述的一种绿色纳米阻燃材料，其特征在于，所述复合阻燃协效剂由以下重量份的组分组成：有机硅高聚物20~30份，锡酸锌5~15份，有机蒙脱土15~25份，钼基水滑石10~20份和磷蛋白2~10份。
4.根据权利要求3所述的一种绿色纳米阻燃材料，其特征在于，所述有机硅高聚物为硅树脂，氨基硅油和聚硅氧烷聚合物中的一种或两种。
5.根据权利要求3或4所述的一种绿色纳米阻燃材料，其特征在于，所述钼基水滑石由水滑石与八钼酸铵，三氧化钼和八钼酸三聚氰胺中的一种或几种改性制得。
6.根据权利要求3或4所述的一种绿色纳米阻燃材料，其特征在于，所述磷蛋白从牛奶，大豆，皂苷和含树胶的植物根中的一种或几种中提取获得。
7.根据权利要求1所述的一种绿色纳米阻燃材料，其特征在于，所述分散剂为含活性端基羟醇酯，双硬脂酰胺，单甘酯，油酸酰胺中的一种或几种。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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