CN115141459A - 基于热塑性高分子材料共混改性的阻燃物阻燃方法 - Google Patents

基于热塑性高分子材料共混改性的阻燃物阻燃方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了基于热塑性高分子材料共混改性的阻燃物阻燃方法，包括以下步骤：S1：选取非氧化物与金属化合物与带芳基或长碳脂链的阴离子化合物络合反应，产出可成瓷化的金属络合物；S2：可成瓷化的金属络合物加入添加剂后与高分子树脂共混；S3：共混材料燃烧成瓷，金属络合物脱水，形成技术氧化物结垢层，本发明为保证可烧结成瓷化阻燃物的引入对热塑性塑料性能不产生影响或较小的轻微影响，可烧结成瓷化阻燃物的阴性配体必须根据热塑性塑料的不同分子结构进行选择，本发明的第二个创新点在于：通过选择和不同热塑性塑料的分子结构有一定亲和性的阴性配体，使得可成瓷化的阻燃物可在不同的热塑性塑料中实现综合性能优异的阻燃材料。

Description

基于热塑性高分子材料共混改性的阻燃物阻燃方法
技术领域
本发明涉及阻燃物制备领域，尤其涉及基于热塑性高分子材料共混改性的阻燃物阻燃方法。
背景技术
阻燃热塑性复合材料作为当前现代工业的一种重要基础原材料，在我国的各行各业当中发挥了越来越重要的作用，从环保、安全、材料的性价比及基础树脂性能的保持率等综合特性而言，当前所有阻燃体系均具有较为明显的缺陷。
卤素阻燃剂因其用量少、阻燃效率高且适应性广，已发展成为阻燃剂市场的主流产品。但卤素阻燃剂的严重缺点是燃烧时生成大量的烟和有毒且具腐蚀性的气体，可导致单纯由火所不能引起的电路系统开关和其它金属物件的腐蚀及对环境的污染；对人体呼吸道和其它器官的危害甚至因窒息而威胁生命安全。近几年，美国、英国、挪威、澳大利亚已制定或颁布法令，对某些制品进行燃烧毒性试验或对某些制品的使用所释放的酸性气体进行规定，开发无卤阻燃剂取代卤素阻燃剂已成为世界阻燃领域的趋势。
无机阻燃剂(Al(OH)3、Mg(OH)2等)来源丰富、价格低廉，但其阻燃效果较差，添加量大，对制品的性能影响较大，因而国内外努力向超细化、微胶囊化、表面处理、协同增效复合化方面进行技术开发。
红磷阻燃效率高、用量少、适用面较广，微胶囊化红磷克服了红磷吸潮、易着色、易爆炸等缺点。磷的稳定化处理-微胶囊化技术在阻燃领域深受重视。
膨胀型阻燃剂由于具有在燃烧过程中发烟量少、无有毒气体产生，被认为是实现无卤化很有希望的途径之一。
据统计，火灾中发生的死亡事故80％是由于燃烧所释放的烟和有毒气体的窒息造成的，研究开发新型阻燃剂，降低材料燃烧时的烟量及有毒气体量，成为近年来阻燃领域中的重点研究课题之一，目前采用的抑烟剂主要以金属氧化物、过渡金属氧化物为主，主要有硼酸锌、钼化合物(三氧化钼、钼酸铵)及其复配物、镁-锌复合物、二茂铁、氧化锡、氧化铜等，此外,某些无机填料(Al(OH)3、Mg(OH)2等)同时具有阻燃抑烟的功效，膨胀型阻燃剂的多孔炭层也具有阻燃和抑烟的双重作用。
当前，热塑性阻燃材料通常只能实现离火即熄或离火很短时间内熄灭，但无法实现部件材料自身烧不穿、烧不塌的功能，这依然无法满足当前很多新兴行业对材料阻燃性的要求，如：新能源电池的外壳，建筑外挂板等，对于类似新能源电池外壳这样的应用领域而言，理想的材料阻燃性能应该为在发生起火之后，部件材料形成一种致密的烧结层，从而抑制火势从一个电池包蔓延到周边其他的电池包，由于新能源电池在很多应用场合下都由数量众多的电池包单元组成，如果电池包外壳材料能实现这一阻燃特性，则这对新能源的安全使用意义重大。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供基于热塑性高分子材料共混改性的阻燃物阻燃方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：基于热塑性高分子材料共混改性的阻燃物阻燃方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：选取非氧化物与金属化合物与带芳基或长碳脂链的阴离子化合物络合反应，产出可成瓷化的金属络合物；S2：可成瓷化的金属络合物加入添加剂后与高分子树脂共混；S3：共混材料燃烧成瓷，金属络合物脱水，形成技术氧化物结垢层。
本发明一个较佳实施例中，所述添加剂至少包括稳定剂，所述稳定剂采用3,5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯。
本发明一个较佳实施例中，所述非氧化物选用六氯代苯。
本发明一个较佳实施例中，所述金属化合物为金属钾化合物。
本发明一个较佳实施例中，所述高分子树脂采用糠醇树脂。
本发明一个较佳实施例中，应用于电池包外壳或建筑挂板或电缆。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
本发明在传统热塑性材料阻燃机理及热塑性材料共混改性理论的基础上，拓展了热塑性材料阻燃过程中成碳的概念范畴，创造性地引入一种可低温成瓷化的无机矿物组合，当热塑性高分子材料遇火燃烧产生高温时，这种无机矿物组合中的一个组分开始熔化分解，其分解产物和组合物中的另一组分结合形成熔点更高的化合物，从而烧结成一层致密保护层，阻止火焰的进一步蔓延，达到材料阻燃的效果。
本发明完全环保，不会因为阻燃剂的引入导致产生燃烧分解毒副物质，所引入的无机矿物组合物和高分子材料具有一定的亲和性，对材料的性能不产生损害；且性价比极高，所涉及的无机矿物组合物不属于当前资源稀缺产物，成本极低，在与当前传统阻燃材料特性基本一致的情况下，成本低于当前传统阻燃材料10～15％。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本发明的描述中，“实施例”、“一个实施例”或“其他实施例”的提及表示结合实施例说明的特定特征、结构或特性包括在至少一些实施例中，但不必是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
基于热塑性高分子材料共混改性的阻燃物阻燃方法，包括以下步骤：S1：选取非氧化物与金属化合物与带芳基或长碳脂链的阴离子化合物络合反应，产出可成瓷化的金属络合物；S2：可成瓷化的金属络合物加入添加剂后与高分子树脂共混；S3：共混材料燃烧成瓷，金属络合物脱水，形成技术氧化物结垢层。
一实施例中，本发明能够制备阻燃PS，具体的，添加剂采用3,5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯，非氧化物选用六氯代苯，金属化合物为金属钾化合物，高分子树脂采用糠醇树脂。在满足现有市场同等阻燃PS的力学性能、成型性及阻燃性的基础上，本项目类型产品具有更优的性价比，成本较现有类型产品低10～15％，产品主要应用在家电、办公设备等。
在其他实施例中，本发明还能够制备阻燃ABS，在满足现有市场同等阻燃ABS的力学性能、成型性及阻燃性的基础上，本项目类型产品具有更优的性价比，成本较现有类型产品低10～15％，产品主要应用在电子电器、家电、办公设备等。
在其他实施例中，本发明还能够制备阻燃尼龙，在满足现有市场同等阻燃尼龙的力学性能、成型性及阻燃性的基础上，本项目类型产品具有更优的性价比，成本较现有类型产品低10～15％。产品主要应用在电气、机电设备、新能源等。
在其他实施例中，本发明还能够制备阻燃聚烯烃，在满足现有市场同等阻燃聚烯烃的力学性能、成型性及阻燃性的基础上，本项目类型产品具有更优的性价比，成本较现有类型产品低10～15％。产品主要应用在家居装饰、机电设备等。
在其他实施例中，本发明还能够制备阻燃聚酯，在满足现有市场同等阻燃聚酯的力学性能、成型性及阻燃性的基础上，本项目类型产品具有更优的性价比，成本较现有类型产品低10～15％，产品主要应用在电气、机电设备、新能源等。
在其他实施例中，本发明还能够制备阻燃塑料合金，在满足现有市场同等阻燃塑料合金的力学性能、成型性及阻燃性的基础上，本项目类型产品具有更优的性价比，成本较现有类型产品低10～15％。产品主要应用在家电、办公设备、电子电气、机电设备、新能源等。
上述实施例中，本发明可以应用于各类对塑料部件有阻燃要求的行业当中，至少包括：
新能源：新能源电池外壳、充电桩、接线盒壳体等。
通讯：如路由器外壳、基站发射器壳体等。
家电：如显示器背板、家电外壳。
电气：低压开关、线圈骨架、电线电缆。
建筑：外墙挂板、内装饰板、地板。
办公设备：打印机壳体、传真机壳体、电脑显示器壳体等。
本发明的各项指标数据如表一所示：
Figure BDA0003780198100000051
表一
本发明阻燃材料的实现关键在于引入了高效、可烧结成瓷的无机阻燃物。这种阻燃物是根据所需阻燃的热塑性材料的分子结构不同而设计的金属络合物，这种金属络合物的分解温度在300-400℃之间，当项目材料在燃烧升温时，这种金属络合物脱水形成一种熔点极高(>1500℃)的金属氧化物，从而在燃烧材料的表面形成一层致密瓷化层。在此过程中，材料的阻燃效果体现在：一方面，金属络合物吸热脱水对聚合物起到了降温、抑燃的作用，另一方面，形成的致密瓷化层也起到了隔绝空气、阻止燃烧的效果。
不同于传统阻燃体系中用于形成固体覆盖层的无机阻燃剂，如钼酸盐或氢氧化铝/氢氧化镁，这种成瓷化阻燃物是以和所需阻燃的热塑性材料有一定亲和性的金属络合物的方式加入，在材料燃烧过程中通过分子级别的反应形成可成瓷化的金属氧化物，故效率极高，对材料性能影响降到了最低。
可烧结成瓷阻燃物和热塑性塑料之间的相容性：为保证可烧结成瓷化阻燃物的引入对热塑性塑料性能不产生影响或较小的轻微影响，可烧结成瓷化阻燃物的阴性配体必须根据热塑性塑料的不同分子结构进行选择。本发明通过选择和不同热塑性塑料的分子结构有一定亲和性的阴性配体，使得可成瓷化的阻燃物可在不同的热塑性塑料中实现综合性能优异的阻燃材料。
本发明与传统技术对比的优势：
和卤素阻燃对比：即有卤系阻燃剂类似的阻燃效果，又克服其生产过程污染大，燃烧时发烟量大、有毒的问题。
和膨胀型阻燃对比：即有膨胀型阻燃剂类似的环保、低毒的特点，又克服了其添加量高，对材料其他物理力学性能影响大的缺点。
和AL(OH)3、Mg(OH)2阻燃对比：即有其类似的价格低廉、无毒、无腐蚀、稳定性好、不挥发、高温下不产生有毒的气体的优点，又克服了其填充量大，力学性能下降、加工性变差的缺点。
和磷酸酯系阻燃对比：即有其类似的环保、高效的优点，又克服了其挥发性大、耐热性低的缺点。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。

Claims (6)

1.基于热塑性高分子材料共混改性的阻燃物阻燃方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：选取非氧化物与金属化合物与带芳基或长碳脂链的阴离子化合物络合反应，产出可成瓷化的金属络合物；
S2：可成瓷化的金属络合物加入添加剂后与高分子树脂共混；
S3：共混材料燃烧成瓷，金属络合物脱水，形成技术氧化物结垢层。
2.根据权利要求1所述的基于热塑性高分子材料共混改性的阻燃物阻燃方法，其特征在于：所述添加剂至少包括稳定剂，所述稳定剂采用3,5-二叔丁基-4-羟基苄基磷酸二乙酯。
3.根据权利要求1所述的基于热塑性高分子材料共混改性的阻燃物阻燃方法，其特征在于：所述非氧化物选用六氯代苯。
4.根据权利要求1所述的基于热塑性高分子材料共混改性的阻燃物阻燃方法，其特征在于：所述金属化合物为金属钾化合物。
5.根据权利要求1所述的基于热塑性高分子材料共混改性的阻燃物阻燃方法，其特征在于：所述高分子树脂采用糠醇树脂。
6.根据权利要求1所述的基于热塑性高分子材料共混改性的阻燃物阻燃方法，其特征在于：应用于电池包外壳或建筑挂板或电缆。
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