CN109181156B - 阻燃pvc色母粒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃PVC色母粒，包括如下重量份的各组分：复合型PVC阻燃树脂65‑70份、核壳型颜填料17‑21份、二苯甲烷二异氰酸酯9‑12份、分散剂5‑7份、三氟乙酸甲酯3‑4份、增塑剂2‑4份、无水乙醇100份。本发明直接将阻燃剂乙烯基磷酸二乙酯接枝聚合在基体树脂上，同时在基体树脂上接枝硅氧烷功能基团，由于乙烯基磷酸二乙酯分解生成磷的含氧酸，磷的含氧酸能够催化含羟基化合物脱水成炭覆盖在基体表面，形成一层隔热隔氧防护层，从而起到阻燃作用；同时聚合物的硅氧烷键在高温下分解形成Si‑OH键，相邻的Si‑OH键之间在高温下脱水交联成凝胶膜包覆在聚合物表面，使得基体树脂本身具有较高的阻燃性能，进而使得色母粒不同部位的阻燃能力相同。

Description

阻燃PVC色母粒及其制备方法

技术领域

本发明属于色母粒制备领域，涉及一种阻燃PVC色母粒及其制备方法。

背景技术

塑料着色的方法可分为本体着色法和着色制剂法，但是颜料的分散性差、灰尘大着色效果不理想，因此通过色母粒着色法有效的解决了颜料的分散性问题，其中色母粒通过将颜料、分散剂和助剂加入载体树脂中，然后通过熔炼混合制备，使得制备的色母粒中具有颜料本身的色彩，但是颜料直接通过机械搅拌与载体树脂进行混合时，虽然加入分散剂，但是混合后的色料仍然不能完全达到均匀的效果，并且为了实现色母粒的阻燃性能，直接在混炼过程中加入阻燃剂，由于阻燃剂的分散不均匀，造成色母粒不同部位的阻燃性能不同。

发明内容

本发明的目的在于提供一种阻燃PVC色母粒及其制备方法，该色母粒直接将阻燃剂乙烯基磷酸二乙酯接枝聚合在基体树脂上，同时在基体树脂上接枝硅氧烷功能基团，由于乙烯基磷酸二乙酯分解生成磷的含氧酸，磷的含氧酸能够催化含羟基化合物脱水成炭覆盖在基体表面，形成一层隔热隔氧防护层，并且形成的隔离防护层导热性能较差，使得高聚物温度较低，从而起到阻燃作用；同时聚合物的硅氧烷键在高温下分解形成Si-OH键，相邻的Si-OH键之间在高温下脱水交联成凝胶膜包覆在聚合物表面，使得基体树脂本身具有较高的阻燃性能，进而使得色母粒不同部位的阻燃能力相同，与传统的直接在熔炼过程中添加阻燃剂相比，阻燃能力分布均匀，解决了传统阻燃色母粒直接添加阻燃剂由于阻燃剂的分散不均匀，造成色母粒不同部位的阻燃性能不同的问题。

本发明改性后的复合型PVC阻燃树脂表面含有氨基，同时制备的核壳型颜填料的表面均布有羟基，通过二苯甲烷二异氰酸酯将复合型PVC阻燃树脂表面的氨基与核壳型颜填料表面的羟基进行交联，使得核壳型颜填料通过化学作用直接连接在树脂基体上，然后再进行熔炼，使得颜填料充分分散均匀，进而使得制备的色母粒表面色彩分布均匀，并且通过化学交联作用结合，使得颜填料能够牢固的结合在树脂基体上，进而使得制备的色母粒色度高，解决了现有色母粒制备过程中直接将颜填料通过机械搅拌与载体树脂进行混合时，虽然加入分散剂，但是混合后的色料仍然不能完全达到均匀的效果，并且颜填料与树脂基体的结合能力较弱，进而使得制备的色母粒着色度较低的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种阻燃PVC色母粒，包括如下重量份的各组分：

复合型PVC阻燃树脂65-70份、核壳型颜填料17-21份、二苯甲烷二异氰酸酯9-12份、分散剂5-7份、三氟乙酸甲酯3-4份、增塑剂2-4份、无水乙醇100份；

复合型PVC阻燃树脂的具体制备过程如下：将乙烯基三甲氧基硅烷和烯丙基氯加入无水乙醇中，同时向容器中加入乙烯基磷酸二乙酯和丙烯酰胺，搅拌混合均匀后，向其中加入过氧化二苯甲酰，然后升温至120℃反应5h，得到复合型PVC阻燃树脂，反应结构式如下，由于乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基磷酸二乙酯、丙烯酰胺和烯丙基氯中均含有乙烯基功能基团，在过氧化二苯甲酰的引发作用下发生自由基聚合反应，得到的产物中引入有机磷功能基团、硅氧烷功能基团和酰胺基功能基团，由于有机磷分解生成磷的含氧酸，磷的含氧酸能够催化含羟基化合物脱水成炭覆盖在基体表面，形成一层隔热隔氧防护层，并且形成的隔离防护层导热性能较差，使得高聚物温度较低，从而起到阻燃作用；同时聚合物中含有硅氧烷键，硅氧烷键在高温下分解形成S i-OH键，相邻的S i-OH键之间在高温下脱水交联成凝胶膜包覆在聚合物表面，使得聚合物具有一定的隔热阻燃性能；同时聚合物产物中含有酰胺基功能基团，其中的氨基性质活泼，可以提供改性PVC树脂的改性位点；其中乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基磷酸二乙酯、丙烯酰胺和烯丙基氯物质的量之比为1：1：1：1-1.05；乙烯基三甲氧基硅烷与过氧化二苯甲酰物质的量之比为1：1.87-1.93；

其中核壳型颜填料的具体制备过程如下：

步骤1，将一定量的颜料加入水中，混合搅拌均匀；

步骤2，向步骤1中加入乙二胺和十二烷基苯磺酸钠，混合均匀后升温至60℃；

步骤3，保持温度不变，向步骤2中逐滴加入环氧氯丙烷，边滴加边搅拌，滴加完全后恒温反应30-40min，然后将得到的产物进行过滤，再用乙醇进行洗涤，得到核壳型颜填料，由于乙二胺溶于水中，在十二烷基苯磺酸钠的分散作用下，能够均匀的分散在水中的颜料表面，同时由于环氧氯丙烷不溶于水，在滴加搅拌过程中与颜料表面的乙二胺进行反应，反应后形成的产物均布在颜料的表面，使得颜料的表面形成一层覆膜壳，并且覆膜壳上含有氨基和羟基功能基团，具体反应结构式如下，其中颜料为无机颜料或者有机颜料；每克颜料中加入水8-9mL,加入乙二胺4.2-4.7mL,加入十二烷基苯磺酸钠1.1-1.3mL,加入环氧氯丙烷5.4-5.6mL；

一种阻燃PVC色母粒的制备方法，具体制备过程如下：

第一步，将复合型PVC阻燃树脂和核壳型颜填料加入乙醇中，搅拌混合均匀后，升温至70℃，然后向反应容器中逐滴加入二苯甲烷二异氰酸酯，边滴加边剧烈搅拌，滴加速度为每分钟8-10mL,滴加完全后恒温反应5h；具体反应结构式如下图所示，通过二苯甲烷二异氰酸酯将复合型PVC阻燃树脂和核壳型颜填料交联，使得核壳型颜填料均匀分布在树脂中，并且能够与树脂很好的相容，同时通过交联作用的固定，使得制备的色母粒不会由于长期使用或者环境的影响造成其中核壳型颜填料含量的减少，使得制备的色母粒色度较牢固，并且由于核壳型颜填料均匀分布在树脂中，使得制备的色母粒颜色均匀，不会出现色彩深度不一的情况；

第二步，将第一步中得到的产物进行过滤洗涤，然后在50℃下烘干，将得到的产物加入开炼机中，在130℃下熔炼4-6min，然后向开炼机中加入分散剂和三氟乙酸甲酯，熔炼2-3min待原料混合均匀，然后向其中加入增塑剂，恒温熔炼10-15min，将得到的混合料在开炼机上压制成薄片；通过将分散剂和三氟乙酸甲酯一同加入，使得三氟乙酸甲酯均匀分散在混料中，使得色母粒中均布有三氟乙酸甲酯，进而使得色母粒中引入大量的氟元素，提高色母粒的耐老化能力；其中分散剂为液体石蜡、聚丙烯酰胺、硬脂酸锌、三聚磷酸钠中的一种或多种；增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、邻苯二甲酸二甲酯中的一种或两种；

第三步，将第二步中炼制得到的薄片剪切成小颗粒状，即为阻燃PVC色母粒。

其中

本发明的有益效果：

1、本发明直接将阻燃剂乙烯基磷酸二乙酯接枝聚合在基体树脂上，同时在基体树脂上接枝硅氧烷功能基团，由于乙烯基磷酸二乙酯分解生成磷的含氧酸，磷的含氧酸能够催化含羟基化合物脱水成炭覆盖在基体表面，形成一层隔热隔氧防护层，并且形成的隔离防护层导热性能较差，使得高聚物温度较低，从而起到阻燃作用；同时聚合物的硅氧烷键在高温下分解形成Si-OH键，相邻的Si-OH键之间在高温下脱水交联成凝胶膜包覆在聚合物表面，使得基体树脂本身具有较高的阻燃性能，进而使得色母粒不同部位的阻燃能力相同，与传统的直接在熔炼过程中添加阻燃剂相比，阻燃能力分布均匀，解决了传统阻燃色母粒直接添加阻燃剂由于阻燃剂的分散不均匀，造成色母粒不同部位的阻燃性能不同的问题。

2、本发明改性后的复合型PVC阻燃树脂表面含有氨基，同时制备的核壳型颜填料的表面均布有羟基，通过二苯甲烷二异氰酸酯将复合型PVC阻燃树脂表面的氨基与核壳型颜填料表面的羟基进行交联，使得核壳型颜填料通过化学作用直接连接在树脂基体上，然后再进行熔炼，使得颜填料充分分散均匀，进而使得制备的色母粒表面色彩分布均匀，并且通过化学交联作用结合，使得颜填料能够牢固的结合在树脂基体上，进而使得制备的色母粒色度高，解决了现有色母粒制备过程中直接将颜填料通过机械搅拌与载体树脂进行混合时，虽然加入分散剂，但是混合后的色料仍然不能完全达到均匀的效果，并且颜填料与树脂基体的结合能力较弱，进而使得制备的色母粒着色度较低的问题。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明复合型PVC阻燃树脂反应结构式；

图2为本发明核壳型颜填料反应结构式；

图3为本发明阻燃PVC色母粒制备过程中的反应结构式；

图4为图3中的局部结构式。

具体实施方式

结合图1、图2、图3和图4通过如下实施例进行详细说明；

实施例1：

复合型PVC阻燃树脂的具体制备过程如下：将1.48kg乙烯基三甲氧基硅烷和0.76kg烯丙基氯加入无水乙醇中，同时向容器中加入1.64kg乙烯基磷酸二乙酯和0.72kg丙烯酰胺，搅拌混合均匀后，向其中加入4.48kg过氧化二苯甲酰，然后升温至120℃反应5h，得到复合型PVC阻燃树脂；

其中核壳型颜填料的具体制备过程如下：

步骤1，将500g无机颜料加入4L水中，混合搅拌均匀；

步骤2，向步骤1中加入2.1L乙二胺和0.55L十二烷基苯磺酸钠，混合均匀后升温至60℃；

步骤3，保持温度不变，向步骤2中逐滴加入2.7L环氧氯丙烷，边滴加边搅拌，滴加完全后恒温反应30-40min，然后将得到的产物进行过滤，再用乙醇进行洗涤，得到核壳型颜填料，其中颜料为无机颜料或者有机颜料。

实施例2：

复合型PVC阻燃树脂的具体制备过程如下：将1.48kg乙烯基三甲氧基硅烷和0.76kg烯丙基氯加入无水乙醇中，同时向容器中加入1.64kg乙烯基磷酸二乙酯和0.72kg丙烯酰胺，搅拌混合均匀后，向其中加入4.96kg过氧化二苯甲酰，然后升温至120℃反应5h，得到复合型PVC阻燃树脂；

其中核壳型颜填料的具体制备过程如下：

步骤1，将500g无机颜料加入4.5L水中，混合搅拌均匀；

步骤2，向步骤1中加入2.35L乙二胺和0.65L十二烷基苯磺酸钠，混合均匀后升温至60℃；

步骤3，保持温度不变，向步骤2中逐滴加入2.8L环氧氯丙烷，边滴加边搅拌，滴加完全后恒温反应30-40min，然后将得到的产物进行过滤，再用乙醇进行洗涤，得到核壳型颜填料。

实施例3：

一种阻燃PVC色母粒的制备方法，具体制备过程如下：

第一步，将3.25kg实施例1制备的复合型PVC阻燃树脂和0.85kg实施例1制备的核壳型颜填料加入5kg乙醇中，搅拌混合均匀后，升温至70℃，然后向反应容器中逐滴加入0.45kg二苯甲烷二异氰酸酯，边滴加边剧烈搅拌，滴加速度为每分钟8-10mL,滴加完全后恒温反应5h；

第二步，将第一步中得到的产物进行过滤洗涤，然后在50℃下烘干，将得到的产物加入开炼机中，在130℃下熔炼4-6min，然后向开炼机中加入0.25kg液体石蜡和聚丙烯酰胺的混合物，同时加入0.15kg三氟乙酸甲酯，熔炼2-3min待原料混合均匀，然后向其中加入0.1kg邻苯二甲酸二辛酯，恒温熔炼10-15min，将得到的混合料在开炼机上压制成薄片；

第三步，将第二步中炼制得到的薄片剪切成小颗粒状，即为阻燃PVC色母粒。

实施例4：

一种阻燃PVC色母粒的制备方法，具体制备过程如下：

第一步，将3.5kg实施例2制备的复合型PVC阻燃树脂和1.05kg实施例2制备的核壳型颜填料加入5kg乙醇中，搅拌混合均匀后，升温至70℃，然后向反应容器中逐滴加入0.6kg二苯甲烷二异氰酸酯，边滴加边剧烈搅拌，滴加速度为每分钟8-10mL,滴加完全后恒温反应5h；

第二步，将第一步中得到的产物进行过滤洗涤，然后在50℃下烘干，将得到的产物加入开炼机中，在130℃下熔炼4-6min，然后向开炼机中加入0.35kg硬脂酸锌和三聚磷酸钠的混合物，同时加入0.2kg三氟乙酸甲酯，熔炼2-3min待原料混合均匀，然后向其中加入0.2kg邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯，恒温熔炼10-15min，将得到的混合料在开炼机上压制成薄片；

第三步，将第二步中炼制得到的薄片剪切成小颗粒状，即为阻燃PVC色母粒。

对比例1：

一种阻燃PVC色母粒的制备方法，具体制备过程如下：

第一步，将3.5kgPVC树脂加入开炼机中，在130℃下熔炼4-6min，然后向开炼机中加入0.85kg实施例1制备的核壳型颜填料和0.35kg硬脂酸锌与三聚磷酸钠的混合物，同时加入0.2kg三氟乙酸甲酯和阻燃剂乙烯基磷酸二乙酯，熔炼2-3min待原料混合均匀，然后向其中加入0.2kg邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯，恒温熔炼10-15min，将得到的混合料在开炼机上压制成薄片；

第二步，将第二步中炼制得到的薄片剪切成小颗粒状，即为阻燃PVC色母粒。

对比例2：

一种阻燃PVC色母粒的制备方法，具体制备过程如下：

第一步，将3.5kg实施例1制备的复合型PVC阻燃树脂加入开炼机中，在130℃下熔炼4-6min，然后向开炼机中加入0.85kg颜填料和0.35kg硬脂酸锌与三聚磷酸钠的混合物，同时加入0.2kg三氟乙酸甲酯，熔炼2-3min待原料混合均匀，然后向其中加入0.2kg邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯，恒温熔炼10-15min，将得到的混合料在开炼机上压制成薄片；

第二步，将第二步中炼制得到的薄片剪切成小颗粒状，即为阻燃PVC色母粒。

对比例3：

一种阻燃PVC色母粒的制备方法，具体制备过程如下：

第一步，将3.5kgPVC树脂加入开炼机中，在130℃下熔炼4-6min，然后向开炼机中加入0.85kg颜填料和0.35kg硬脂酸锌与三聚磷酸钠的混合物，同时加入0.2kg三氟乙酸甲酯和阻燃剂乙烯基磷酸二乙酯，熔炼2-3min待原料混合均匀，然后向其中加入0.2kg邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯，恒温熔炼10-15min，将得到的混合料在开炼机上压制成薄片；

第二步，将第二步中炼制得到的薄片剪切成小颗粒状，即为阻燃PVC色母粒。

实施例5

对实施例3-4和对比例1-2制备的色母粒进行着色分散性能的研究，结果如表1所示：

表1：实施例3-4和对比例1-2制备的色母粒着色后的颜色和色彩分散情况

由表1可知，在树脂混炼前直接与核壳型颜填料直接交联反应，使得颜填料均匀分散在树脂中，制备的色母粒色彩均匀，并且通过化学交联作用使得颜料和树脂牢固的结合，进而能够提高颜料的附着能力，进而提高颜料的着色度，使得制备的色母粒与颜料的颜色一致。

实施例6

将实施例3-4和对比例1-2制备的色母粒进行吹膜，制备的膜厚度为0.1mm，然后在吹膜的表面均匀的选取5个点，测定5个点处的导热系数，结果如表2所示：

表2吹膜表面5个位置点处的导热系数测定结果(W/m.K)

	实施例3	实施例4	对比例1	对比例2	对比例3
						第一点	0.018	0.019	0.048	0.036	0.156
第二点	0.018	0.018	0.106	0.042	0.147
						第三点	0.017	0.018	0.073	0.037	0.181
第四点	0.018	0.018	0.135	0.039	0.031
						第五点	0.019	0.017	0.032	0.037	0.093

由表2可知，直接将阻燃剂直接在树脂上，可以提高阻燃剂的分散性能，使得得到的色母粒阻燃能力均匀，并且阻燃性能较高，而直接在混炼过程中加入阻燃剂，容易造成混炼不均匀，使得色母粒不同位置的阻燃性能不同。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.阻燃PVC色母粒，其特征在于，包括如下重量份的各组分：

复合型PVC阻燃树脂65-70份、核壳型颜填料17-21份、二苯甲烷二异氰酸酯9-12份、分散剂5-7份、三氟乙酸甲酯3-4份、增塑剂2-4份、无水乙醇100份；

复合型PVC阻燃树脂的具体制备过程如下：将乙烯基三甲氧基硅烷和烯丙基氯加入无水乙醇中，同时向容器中加入乙烯基磷酸二乙酯和丙烯酰胺，搅拌混合均匀后，向其中加入过氧化二苯甲酰，然后升温至120℃反应5h，得到复合型PVC阻燃树脂；

其中核壳型颜填料的具体制备过程如下：

步骤1，将一定量的颜料加入水中，混合搅拌均匀；

步骤2，向步骤1中加入乙二胺和十二烷基苯磺酸钠，混合均匀后升温至60℃；

步骤3，保持温度不变，向步骤2中逐滴加入环氧氯丙烷，边滴加边搅拌，滴加完全后恒温反应30-40min，然后将得到的产物进行过滤，再用乙醇进行洗涤，得到核壳型颜填料；

该阻燃PVC色母粒的制备方法，具体制备过程如下：

第一步，将复合型PVC阻燃树脂和核壳型颜填料加入乙醇中，搅拌混合均匀后，升温至70℃，然后向反应容器中逐滴加入二苯甲烷二异氰酸酯，边滴加边剧烈搅拌，滴加速度为每分钟8-10mL,滴加完全后恒温反应5h；

第二步，将第一步中得到的产物进行过滤洗涤，然后在50℃下烘干，将得到的产物加入开炼机中，在130℃下熔炼4-6min，然后向开炼机中加入分散剂和三氟乙酸甲酯，熔炼2-3min待原料混合均匀，然后向其中加入增塑剂，恒温熔炼10-15min，将得到的混合料在开炼机上压制成薄片；

第三步，将第二步中炼制得到的薄片剪切成小颗粒状，即为阻燃PVC色母粒。

2.根据权利要求1所述的阻燃PVC色母粒，其特征在于，乙烯基三甲氧基硅烷、乙烯基磷酸二乙酯、丙烯酰胺和烯丙基氯物质的量之比为1：1：1：1-1.05，乙烯基三甲氧基硅烷与过氧化二苯甲酰物质的量之比为1：1.87-1.93。

3.根据权利要求1所述的阻燃PVC色母粒，其特征在于，颜料为无机颜料或者有机颜料。

4.根据权利要求1所述的阻燃PVC色母粒，其特征在于，每克颜料中加入水8-9mL,加入乙二胺4.2-4.7mL,加入十二烷基苯磺酸钠1.1-1.3mL,加入环氧氯丙烷5.4-5.6mL。

5.根据权利要求1所述的阻燃PVC色母粒的制备方法，其特征在于，分散剂为液体石蜡、聚丙烯酰胺、硬脂酸锌、三聚磷酸钠中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的阻燃PVC色母粒的制备方法，其特征在于，增塑剂为邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯、邻苯二甲酸二甲酯中的一种或两种。

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