CN108395626B - 一种含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂 - Google Patents

一种含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂，所述阻燃剂包含SiO2微球，所述SiO2微球在所述阻燃剂中的重量百分含量为1～30％。本发明采用SiO2微球添加入阻燃剂中，SiO2微球具有阻燃作用，同时SiO2微球空间隔离作用和阻隔作用，能提高阻燃剂对PP的阻燃效果，降低添加量，改善无卤膨胀阻燃剂在PP中的分散性提高耐水性，降低成本，扩大阻燃PP复合材料在汽车、家用电器、建材等领域的应用范围。本发明还公开了所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的制备方法、应用及含有所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的阻燃聚丙烯复合材料。

Description

一种含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂
技术领域
本发明涉及一种阻燃剂，具体涉及一种含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂。
背景技术
膨胀型阻燃剂是近年来广泛应用的阻燃剂类型之一，该阻燃剂克服了卤系阻燃剂在燃烧时易放出刺激性和腐蚀性的气体及烟雾，污染环境，危害人类健康，同时腐蚀设备等缺点，是一种非常有前途的绿色环保型阻燃剂膨胀型阻燃剂由酸源、炭源和气源组成：(1)酸源：在加热条件下能释放无机酸的化合物促进多羟基化合物脱水炭化；(2)炭源：富含碳原子的多羟基化合物，在酸的作用下脱水而成炭；(3)气源：在受热时能释放出挥发性产物的胺类或酞胺化合物。在PP膨胀型阻燃剂中，炭源是关键，传统的膨胀阻燃剂以季戊四醇，淀粉等为成炭剂，具有添加量大，易析出，力学性能损伤大的缺点。
中国专利申请CN201310219592中公开了一种三嗪超支化成炭剂，由三嗪成炭-发泡剂构成的阻燃剂虽阻燃效果好，但在聚丙烯中添加量大，大约为25％。因此如何降低由三嗪成炭-发泡剂构成的阻燃剂的添加量，提高PP的阻燃效果成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处而提供一种含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂，所述阻燃剂包含SiO2微球，所述SiO2微球在所述阻燃剂中的重量百分含量为1～30％。
SiO2微球具有阻燃作用，同时SiO2微球空间隔离作用和阻隔作用，能提高阻燃剂对PP的阻燃效果，降低添加量，改善无卤膨胀阻燃剂在PP中的分散性提高耐水性，降低成本，扩大阻燃PP复合材料在汽车、家用电器、建材等领域的应用范围。
所述SiO2微球可以采用有机硅经水解缩聚而成，也可以采用其他方法制备而成。
作为本发明所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的优选实施方式，所述SiO2微球的平均粒径为0.2um-20um。
采用该粒径范围的SiO2微球可以使阻燃效果达到UL-94V-0级。
作为本发明所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的优选实施方式，所述SiO2微球在所述阻燃剂中的重量百分含量为5～10％。能使阻燃剂在其添加量下达到 UL-94V-0级。
作为本发明所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的优选实施方式，所述阻燃剂还包含三嗪系成炭-发泡剂和磷化合物；所述三嗪系成炭-发泡剂和磷化合物的重量之比为：三嗪系成炭-发泡剂：磷化合物＝1:1～5。
作为本发明所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的优选实施方式，所述三嗪系成炭-发泡剂包含式(I)所示的结构：
其中，R1为NH-CH2CH2OH和NH2中的一种；
R2为CH2CH2和CH2CH2NHCH2CH2中的一种；
n＝1～10000。
上述三嗪系成炭-发泡剂是以三聚氯氰为原料经烷基胺取代，然后与二元胺缩合而成，三嗪系成炭-发泡剂分子结构上含丰富的-NH2，能与SiO2微球表面的基团或改性基团如-OH，-NH2，-COOH等发生相互作用，提高SiO2微球与三嗪系成炭-发泡剂相容性。。
作为本发明所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的优选实施方式，所述三嗪系成炭-发泡剂包含式(II)所示的结构：
其中，R为CH2CH2和CH2CH2NHCH2CH2中的一种；
n＝1～10000。
所述三嗪系成炭-发泡剂以三聚氯氰为原料与二元胺二元胺缩合而成。
作为本发明所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的优选实施方式，所述磷化合物为高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸、多聚磷酸铵、磷酸锌、苯基次磷酸铝、烷基次磷酸铝、焦磷酸盐和焦磷酸铵中的至少一种；所述高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸的聚合度≥1500。
本发明的另一目的还在于提供一种含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的制备方法，所述制备方法为方法一或方法二：
方法一：将三嗪系成炭-发泡剂、磷化合物和SiO2微球混合5～10分钟，得到所述含SiO2微球无卤膨胀阻燃剂；
方法二：在三嗪系成炭-发泡剂合成中加入SiO2微球原位制备含SiO2微球的三嗪系成炭-发泡剂、磷化合物混合5～10分钟，得到所述含SiO2微球无卤膨胀阻燃剂。
本发明的另一目的还在于提供所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂在汽车、家用电器或建材领域中的应用。
本发明的再一目的还在于提供一种含有所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的阻燃聚丙烯复合材料；所述阻燃聚丙烯复合材料包含以下重量份的组分：热塑型树脂75～85份和含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂15～25份；所述热塑型树脂为均聚聚丙烯树脂或共聚聚丙烯树脂。
本发明的有益效果在于：本发明提供了一种含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂，本发明将SiO2微球添加到阻燃剂中，SiO2微球具有阻燃作用，同时SiO2微球空间隔离作用和阻隔作用，显著提高了本发明所述阻燃剂对PP的阻燃效果，降低其添加量，改善无卤膨胀阻燃剂在PP中的分散性提高耐水性，降低成本，扩大阻燃PP复合材料在汽车、家用电器、建材等领域的应用范围。
具体实施方式
为更好的说明本发明的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
本发明所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的一种实施例，本实施例所述含 SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂包含以下组分：SiO2微球1g、三嗪系成炭-发泡剂10g 和磷化合物10g。
其中，SiO2微球的平均粒径为10um；
所述三嗪系成炭-发泡剂的结构式为其中R1为R2为n＝3000；
所述磷化合物为磷酸锌。
本实施例所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的制备方法，包含以下步骤：
将三嗪超支化成炭剂、磷化合物和SiO2微球混合5～10分钟，得所述含SiO2微球无卤膨胀阻燃剂。
一种含有本实施例所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的阻燃聚丙烯复合材料，所述阻燃聚丙烯复合材料包含以下重量份的组分：热塑型树脂80份和含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂20份；所述热塑型树脂为均聚聚丙烯树脂。
实施例2
本发明所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的制备方法一种实施例，本实施例所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的制备方法包括以下步骤：
(1)、含SiO2微球的三嗪系成炭-发泡剂的合成：
①在反应釜中加入8g SiO2微球，50g三聚氯氰和150g丙酮，使三聚氯氰分散均匀，在-5℃～5℃下滴加10g苯胺和8g三乙胺，至溶液pH值为5～7，滴加完成后反应1～3小时；
②升高温度至室温，滴加20g二乙烯三胺和4g三乙胺，保持溶液pH值为 5-7，滴加完成后升高反应温度到40℃～65℃，反应4～6小时；
③升高反应温度，在80℃～110℃条件下，将20g二乙烯三胺和4g三乙胺滴加到反应釜中，使溶液的pH值为5～7，反应5～7小时后蒸出丙酮，产物再经水洗，抽滤，干燥后即得到含SiO2微球的三嗪系成炭-发泡剂；
(2)、将10g含SiO2微球的三嗪系成炭-发泡剂和30g多聚磷酸铵混合5～10 分钟，得所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂。
一种采用本实施例所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的制备方法制备而成的含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂。
一种含有本实施例所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的阻燃聚丙烯复合材料，所述阻燃聚丙烯复合材料包含以下重量份的组分：热塑型树脂85份和含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂15份；所述热塑型树脂为共聚聚丙烯树脂。
实施例3
本发明所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的一种实施例，本实施例所述含 SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂包含以下组分：SiO2微球1g、三嗪系成炭-发泡剂69g 和磷化合物30g。
其中，SiO2微球的平均粒径为0.2um；
所述三嗪系成炭-发泡剂的结构式为其中R为n＝2000；
所述磷化合物为焦磷酸铵。
本实施例所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的制备方法，包含以下步骤：
将三嗪超支化成炭剂、磷化合物和SiO2微球混合5～10分钟，得到含SiO2微球无卤膨胀阻燃剂。
一种含有本实施例所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的阻燃聚丙烯复合材料，所述阻燃聚丙烯复合材料包含以下重量份的组分：热塑型树脂75份和含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂25份；所述热塑型树脂为均聚聚丙烯树脂。
实施例4
本发明所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的一种实施例，本实施例所述含 SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂包含以下组分：SiO2微球5g、三嗪系成炭-发泡剂2g 和磷化合物10g。
其中，SiO2微球的平均粒径为20um；
所述三嗪系成炭-发泡剂的结构式为其中R为n＝60；
所述磷化合物为苯基次磷酸铝。
本实施例所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的制备方法，包含以下步骤：
将三嗪超支化成炭剂、磷化合物和SiO2微球混合5～10分钟，得到含SiO2微球无卤膨胀阻燃剂。
一种含有本实施例所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的阻燃聚丙烯复合材料，所述阻燃聚丙烯复合材料包含以下重量份的组分：热塑型树脂82份和含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂18份；所述热塑型树脂为均聚聚丙烯树脂。
实施例5
本发明所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的一种实施例，本实施例所述含 SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂包含以下组分：SiO2微球1.6g、三嗪系成炭-发泡剂 10g和磷化合物20g。
其中，SiO2微球的平均粒径为15um；
所述三嗪系成炭-发泡剂的结构式为其中R1为R2为CH2CH2，n＝1；
所述磷化合物为磷酸锌。
本实施例所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的制备方法，包含以下步骤：
将三嗪超支化成炭剂、磷化合物和SiO2微球混合5～10分钟，得所述含SiO2微球无卤膨胀阻燃剂。
一种含有本实施例所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的阻燃聚丙烯复合材料，所述阻燃聚丙烯复合材料包含以下重量份的组分：热塑型树脂80份和含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂20份；所述热塑型树脂为均聚聚丙烯树脂。
实施例6
本发明所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的一种实施例，本实施例所述含 SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂包含以下组分：SiO2微球5g、三嗪系成炭-发泡剂10g 和磷化合物30g。
其中，SiO2微球的平均粒径为10um；
所述三嗪系成炭-发泡剂的结构式为其中R1为 NH-CH2CH2OH，R2为CH2CH2NHCH2CH2，n＝10000；
所述磷化合物为高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸；所述高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸的聚合度为1500。
本实施例所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的制备方法，包含以下步骤：
将三嗪超支化成炭剂、磷化合物和SiO2微球混合5～10分钟，得所述含SiO2微球无卤膨胀阻燃剂。
一种含有本实施例所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的阻燃聚丙烯复合材料，所述阻燃聚丙烯复合材料包含以下重量份的组分：热塑型树脂78份和含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂22份；所述热塑型树脂为均聚聚丙烯树脂。
对比例
本发明所述阻燃剂的一种对比例，本对比例与实施例1的不同之处仅在于，本对比例不含SiO2微球，即本对比实施例所述阻燃剂包含以下组分三嗪系成炭- 发泡剂10g和磷化合物10g。
其中，所述三嗪系成炭-发泡剂的结构式为其中R1为R2为n＝3000；
所述磷化合物为磷酸锌。
本对比例所述阻燃剂的制备方法，包含以下步骤：
将三嗪超支化成炭剂和磷化合物混合5～10分钟，得所述阻燃剂。
一种含有本对比例所述阻燃剂的阻燃聚丙烯复合材料，所述阻燃聚丙烯复合材料包含以下重量份的组分：热塑型树脂80份和本对比例所述阻燃剂20份；所述热塑型树脂为均聚聚丙烯树脂。
实施例7
将上述实施例1～6和对比例制得的阻燃聚丙烯复合材料，由双螺杆挤出造粒，注塑机注塑成型，得到阻燃聚丙烯复合材料，测试阻燃聚丙烯复合材料，测试结果见表1。
表1实施例1～6和对比例所述阻燃聚丙烯复合材料性能测试结果
表1中，与PP相容性测试方法为：阻燃聚丙烯复合材料经高温高湿箱(85℃，湿度85％)，放置168小时以上，目测表面有无白点。
冲击强度按GB/T 1843-2008、拉伸强度按GBT 1040-2006、弯曲强度按GB/T 9341-2008标准方法测试。
SiO2微球的添加能降低三嗪阻燃剂的添加量，含有SiO2微球阻燃剂的添加量在22％时，阻燃效果达到UL-94V-0级，且具有较好的力学性能。
实施例8
本实施例为了探究SiO2微球的粒径对含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的性能的影响，设置试验组6组，对照组2组，每组的SiO2微球的粒径见表2。
表2 SiO2微球的粒径
按实施例5的配方和制备方法制备含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂和阻燃聚丙烯复合材料，测试阻燃聚丙烯复合材料的阻燃性能，测试结果见表3。
表3含不同粒径SiO2微球的阻燃聚丙烯复合材料阻燃性能的测试结果
从表3可以看出，含不同粒径SiO2微球对阻燃聚丙烯复合材料性能的影响较大，SiO2微球的平均粒径为0.2um-20um时，阻燃添加量为20％时，阻燃效果即可达到UL-94V-0级。
实施例9
本实施例为了探究SiO2微球的添加量对含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的性能的影响，设置试验组3组，对照组2组，每组的SiO2微球的添加量见表4。
表4不同SiO2微球的添加量
组别 SiO<sub>2</sub>微球的添加量
试验组1 5％
试验组2 8％
试验组3 10％
对照组1 3％
对照组2 20％
按表4中改变实施例5中的SiO2微球的添加量，实施例5中的阻燃剂的配方中的其他成分含量不变，以及按阻燃剂的制备方法制备成含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂和阻燃聚丙烯复合材料，测试阻燃聚丙烯复合材料的阻燃性能，测试结果见表5。
表5含不同添加量的SiO2微球的阻燃聚丙烯复合材料阻燃性能的测试结果
组别 阻燃剂添加量 阻燃效果(UL-94)
试验组1 5％ V-0
试验组2 8％ V-0
试验组3 10％ V-0
对照组1 3％ V-1
对照组2 20％ V-2
从表5可以看出，同含量SiO2微球对阻燃聚丙烯复合材料的阻燃性能有一定的影响，SiO2微球含量在5～10％时，阻燃剂添加量为20％时，阻燃效果即可达到UL-94V-0级。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (6)

1.一种含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂，其特征在于，包含SiO2微球、三嗪系成炭-发泡剂和磷化合物，所述SiO2微球在所述阻燃剂中的重量百分含量为5～10％；所述SiO2微球的平均粒径为0.2μm-20μm；所述三嗪系成炭-发泡剂和磷化合物的重量之比为：三嗪系成炭-发泡剂：磷化合物＝1:1～5；
所述三嗪系成炭-发泡剂包含式(I)所示的结构：
其中，R1为NH-CH2CH2OH和NH2中的一种；
R2为CH2CH2和CH2CH2NHCH2CH2中的一种；
n＝1～10000。
2.如权利要求1所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂，其特征在于，所述三嗪系成炭-发泡剂包含式(II)所示的结构：
其中，R为CH2CH2和CH2CH2NHCH2CH2中的一种；
n＝1～10000。
3.如权利要求1所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂，其特征在于，所述磷化合物为高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸、多聚磷酸铵、磷酸锌、苯基次磷酸铝、烷基次磷酸铝、焦磷酸盐和焦磷酸铵中的至少一种；所述高聚合度结晶Ⅱ型聚磷酸的聚合度≥1500。
4.一种如权利要求1～3中任一项所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法为方法一或方法二：
方法一：将三嗪系成炭-发泡剂、磷化合物和SiO2微球混合5～10分钟，得到所述含SiO2微球无卤膨胀阻燃剂；
方法二：在三嗪系成炭-发泡剂合成中加入SiO2微球原位制备含SiO2微球的三嗪系成炭-发泡剂、磷化合物混合5～10分钟，得到所述含SiO2微球无卤膨胀阻燃剂。
5.如权利要求1～3中任一项所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂在汽车、家用电器或建材领域中的应用。
6.一种含有如权利要求1～3中任一项所述含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂的阻燃聚丙烯复合材料；所述阻燃聚丙烯复合材料包含以下重量份的组分：热塑型树脂75～85份和含SiO2微球的无卤膨胀阻燃剂15～25份；所述热塑型树脂为均聚聚丙烯树脂或共聚聚丙烯树脂。
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