TWI535730B - 阻燃組成物及其應用 - Google Patents

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Description

阻燃組成物及其應用
本發明是關於一種阻燃組成物，且特別是關於一種具有良好分散性與經時穩定性之阻燃組成物。
由於布材本身屬於較易燃之材質，因此在製造具阻燃效果之布材時，添加阻燃劑可增加布材的耐火性。阻燃劑一般為粉狀，在應用時可加入含有溶劑之液態阻燃組成物中，以增加阻燃劑之分散性且便於使用。
然而，若僅以溶劑(例如為水)製成組成物，不利於粉狀阻燃劑之分散。為增進其分散效果，目前已知之技術手段係將含有粉狀阻燃劑之組成物進行濕式研磨，以製得阻燃組成物之固成分的平均粒徑達微米等級之阻燃組成物。
另一種習知方法則是在阻燃組成物中加入界面活性劑，再對阻燃組成物之固成分進行研磨，藉以增進阻燃組成物之分散性。所使用之界面活性劑多為低分子量之界面活性劑，且通常為陰離子型界面活性劑或是陰離子型界面活性劑與非離子型界面活性劑之組合。
然而，由於所使用之界面活性劑的分子量低、 分散性不佳，故習知之技術所製得之阻燃組成物仍會產生沉澱及分層的現象，尤其是在低溫儲藏或是長時間靜置後，易形成有效成分不同之上下分層，造成製程條件不穩定(例如阻燃劑含量不固定)，甚而影響產品之品質。
因此，目前亟需提出一種阻燃組成物，以克服上述種種問題，使阻燃組成物具有良好的分散性及經時穩定性。
因此，本發明之一態樣是提供一種阻燃組成物，其包含不同分子量之界面活性劑以及具有特定平均粒徑之固成分，以獲得具有良好的分散性及經時穩定性之阻燃組成物。
本發明之另一態樣是在提供一種阻燃層，其係藉由上述之阻燃組成物形成。
本發明之又一態樣是在提供一種阻燃布材，其包含上述之阻燃層。
根據本發明之一態樣，提供一種阻燃組成物。在一實施例中，阻燃組成物包含阻燃劑(A)、分散劑混合物(B)、分散穩定劑(C)、抗凍劑(D)、消泡劑(E)和溶劑(F)。阻燃劑(A)具有如下式(I)所示之結構：
於式(I)中，Ar代表芳基，各個Ar可為相同或不同，R 代表氫原子、低級烷基、環烷基、芳基、烯丙基或芳烷基，或各個R相互鍵結形成環，且各個R可為相同或不同。
分散劑混合物(B)包含低分子量界面活性劑(B-1)和高分子量界面活性劑(B-2)。其中低分子量界面活性劑(B-1)之分子量或第一重量平均分子量係低於1500，而高分子量界面活性劑(B-2)之一第二重量平均分子量係5000至20000。
基於阻燃劑(A)之使用量為100重量份，低分子量界面活性劑(B-1)之使用量為2.5重量份至25重量份，高分子量界面活性劑(B-2)之使用量為1.3重量份至15重量份，分散穩定劑(C)之使用量為0.1重量份至2.5重量份，抗凍劑(D)之使用量為2.5重量份至20重量份，消泡劑(E)之使用量為0.3重量份至7.5重量份，以及溶劑(F)之使用量為80重量份至143.5重量份，且阻燃組成物之固成分具有1微米至5微米之平均粒徑。
依據本發明之一實施例，其中低分子界面活性劑(B-1)之該分子量或第一重量平均分子量與高分子界面活性劑(B-2)之第二重量平均分子量之比值為0.05至0.21。
依據本發明之一實施例，其中基於阻燃劑(A)之使用量為100重量份，低分子量界面活性劑(B-1)之使用量為2.5重量份至12.5重量份，高分子量界面活性劑(B-2)之使用量為2.5重量份至10重量份，分散穩定劑(C)之使用量為0.3重量份至1.3重量份，抗凍劑(D)之使用量為7.5重量份至15重量份，消泡劑(E)之使用量為1.3重量份至2.5重 量份，以及溶劑(F)之使用量為100重量份至125重量份。
依據本發明之一實施例，其中第二重量平均分子量係6000至20000。
依據本發明之一實施例，其中低分子量界面活性劑(B-1)包含陰離子型低分子量界面活性劑、陽離子型低分子量界面活性劑、非離子型低分子量界面活性劑或兩性低分子量界面活性劑。
依據本發明之一實施例，其中高分子量界面活性劑(B-2)包含陰離子型高分子量界面活性劑以及陽離子型高分子量界面活性劑。
依據本發明之一實施例，其中陰離子型高分子量界面活性劑包含聚丙烯酸鈉鹽、聚甲基丙烯酸鈉鹽和馬來酸共聚物鈉鹽。
依據本發明之一實施例，其中陽離子型高分子量界面活性劑包含聚丙醯胺和聚甲基丙醯胺。
根據本發明之另一態樣，提供一種阻燃層，其係藉由前述之阻燃組成物經塗布步驟、浸泡步驟或噴霧步驟於基材上所形成。
根據本發明之又一態樣，提供一種阻燃布材，其係包含前述之阻燃層及基布。
本發明之阻燃組成物係藉由搭配高低分子量之界面活性劑及其使用量，以及介於1μm至5μm間之固成分的平均粒徑，可具有良好的分散性與經時穩定性，以改善習知阻燃組成物經長時間置放而有的沉澱現象。
阻燃組成物
本發明之阻燃組成物包含阻燃劑(A)、分散劑混合物(B)、分散穩定劑(C)、抗凍劑(D)、消泡劑(E)及溶劑(F)，且阻燃組成物中的固成分具有1微米至5微米之平均粒徑，以下分述之。
阻燃劑(A)
阻燃劑(A)具有如下式(I)所示之結構：
於式(I)中，Ar代表芳基，各個Ar可為相同或不同，R代表氫原子、低級烷基、環烷基、芳基、烯丙基或芳烷基，或各個R相互鍵結、與磷原子上的氮原子共同形成環，且各個R可為相同或不同。
具體而言，上述Ar可為碳數為6至18之芳基，例如可為苯基、萘基或聯苯基等，然以苯基為較佳。上述芳基可具有1個或更多之碳數為1至4的低級烷基，較佳為1至3個碳數為1至4之低級烷基。具有低級烷基的芳基的具體例子可為甲苯基、二甲苯基或甲基萘基等。
上述R所代表的官能基中，低級烷基可為碳原 子數1至4的烷基，例如：甲基、乙基、丙基或丁基。碳原子數為3或以上的烷基可以是直鏈狀或支鏈狀。環烷基，可例如為環戊基、環己基或環庚基等，然以環己基為較佳。芳基可為碳原子數6至18的芳基，例如苯基、萘基、聯苯基等，其中以苯基為較佳。上述芳基可以具有1個或更多、較佳為1至3個碳原子數為1至4的低級烷基，例如甲苯基、二甲苯基、甲基萘基等。另外，芳烷基較佳為苄基或苯乙基，其苯環上可以具有1個或以上、較佳為1至3個碳原子數為1至4的低級烷基。
阻燃劑(A)之具體例子可為苯胺基二苯基磷酸酯(製造商為和夏化學(股)公司-產品名為DPPP)。
需要補充說明的是，阻燃組成物中的阻燃劑(A)之含量可為75重量份至125重量份。若阻燃劑(A)的含量過低，則會造成其阻燃效果不佳。若阻燃劑(A)的含量過高，則分散性不佳。
分散劑混合物(B)
本發明此處所稱之分散劑混合物(B)包含低分子量界面活性劑(B-1)和高分子量界面活性劑(B-2)，以下分述之。
低分子量界面活性劑(B-1)
低分子量界面活性劑(B-1)之分子量或第一重量平均分子量可低於1500。較佳地，低分子量界面活性劑(B-1)之分子量或第一重量平均分子量可低於1300。
低分子量界面活性劑(B-1)包含陰離子型低分 子量界面活性劑、陽離子型低分子量界面活性劑、非離子型低分子量界面活性劑或兩性低分子量界面活性劑。
上述之陰離子型低分子量界面活性劑可包括但不限於聚氧乙烯苯乙烯芳基醚磺酸鹽、聚氧乙烯聚烷基芳基醚磺酸鹽、烷基苯磺酸鹽、烷基萘磺酸鹽、高級醇硫酸酯鹽、高級烷基醚硫酸酯鹽、烷基磷酸酯鹽或上述之組合。具體例子如中日合成化學(股)公司製之型號為SINONATE 707SF的商品或商品名為SINONATE 1105SF或SINOGEN DBS-Na的產品。
前述之高級醇硫酸酯鹽可例如為碳數為8至18之脂肪醇硫酸酯鹽。前述之高級烷基醚硫酸酯鹽可例如為碳數為8至18之脂肪醇的氧化乙烯(1至10mol)加成物的硫酸酯鹽。
上述之陽離子型低分子量界面活性劑可包括但不限於脂肪胺鹽、乙醇胺鹽、聚乙烯多胺鹽、四級銨鹽或上述之組合之陽離子型低分子量界面活性劑。上述四級銨鹽的具體例子可例如為烷基二甲基苯基四級銨鹽(alkyl dimethyl benzyl quaternary ammonium salt)、烷基三甲基四級銨鹽(alkyl trimethyl quaternary ammonium salt)、二烷基二甲基四級銨鹽(dialkyldimethyl quaternary ammonium salt)或皮冠林四級銨鹽(picoline quaternaryammonium salt)。
上述之非離子型低分子量界面活性劑可包括但不限於聚氧化乙烯烷基醚(polyoxyethylene alkyl ether)、聚氧化乙烯烷基芳基醚(polyoxyethylenealkylphenyl ether)、聚氧乙烯苯乙烯芳基醚、聚氧化乙烯脂肪酸酯(polyoxyethylene fatty acid ester)、山梨醣醇酐脂肪酸酯(sorbitan fatty acid ester)、聚氧化乙烯山梨醣醇酐脂肪酸酯(polyoxyethylene sorbitan fatty acid ester)、聚氧化乙烯氧化丙烯共聚物(polyoxyethylene polyoxypropylene ether)、聚氧化乙烯的脂肪酸胺、醯胺或與酸的縮合物、高級醇烯化氧加成物、脂肪酸烯化氧加成物、烷基酚烯化氧加成物或上述之組合的非離子型低分子量界面活性劑，例如：商品名為SINOPOL 1110之產品。
上述之兩性低分子量界面活性劑可包括但不限於甜菜鹼型、胺基酸型或上述之組合的兩性低分子量界面活性劑。
基於阻燃劑(A)之使用量為100重量份，低分子量界面活性劑(B-1)之使用量可為2.5重量份至25重量份，較佳為2.5重量份至12.5重量份。
若本發明之阻燃組成物中不含有低分子量界面活性劑(B-1)，則阻燃組成物分散性不佳且易分層。若低分子量界面活性劑(B-1)的使用量大於25重量份，分散效果亦不佳。
高分子量界面活性劑(B-2)
高分子量界面活性劑(B-2)可包含陰離子型高分子量界面活性劑或陽離子型高分子量界面活性劑。
上述之陰離子型高分子量界面活性劑(B-2)包含聚丙烯酸鈉鹽、聚甲基丙烯酸鈉鹽、馬來酸共聚物鈉鹽或上述之組合的陰離子型高分子量界面活性劑。具體例子如日本乳化劑株式會社製之型號為H14N的商品。
上述之陽離子型高分子量界面活性劑包含聚丙醯胺、聚甲基丙醯胺或上述之組合之陽離子型高分子量界面活性劑。
高分子量界面活性劑(B-2)之第二重量平均分子量係5000至20000，較佳為6000至20000。值得一提的是，本發明係藉由上述分子量範圍之高分子量界面活性劑(B-2)與阻燃組成物中的其他成分形成插層，以產生立體障礙效應，藉此提高阻燃組成物之分散性。
若高分子量界面活性劑(B-2)之第二平均分子量小於5000，則無法提供足夠的立體障礙，致使阻燃組成物之分散性不佳。若高分子量界面活性劑(B-2)之第二平均分子量大於20000，由於立體障礙效應過大，無法與阻燃組成物之其他成分形成插層而難以提供良好分散性。
基於阻燃劑(A)之使用量為100重量份，高分子量界面活性劑(B-2)之使用量可為1.3重量份至15重量份，較佳為2.5重量份至10重量份。
若阻燃組成物中不包含或少於1.3重量份，高分子量界面活性劑(B-2)，則阻燃組成物分散性不佳、易分層(即易形成沉澱)，且經時穩定性差。若高分子量界面活性劑(B-2)之使用量大於15重量份，則會因高分子量界面活性劑 (B-2)自身聚集而造成阻燃組成物的分散性亦不佳。
此外，低分子量界面活性劑(B-1)之分子量或第一重量平均分子量，和高分子量界面活性劑(B-2)之第二重量分子量的比值若落於0.05至0.21間，阻燃組成物之分散性與經時穩定性更佳。
補充說明的是，上述低分子量界面活性劑(B-1)和高分子量界面活性劑(B-2)所使用的種類並無特別限定，惟不可將價電荷相同但電性相反之陰離子型之界面活性劑與陽離子型之界面活性劑互相搭配使用，以避免因陰陽離子結合產生沉澱。
分散穩定劑(C)
本發明此處之分散穩定劑(C)係用以增加阻燃組成物之黏度，例如：未添加分散穩定劑(C)之阻燃組成物之黏度為50cps至100cps，加入分散穩定劑(C)後將其黏度提升至約200cps至約400cps，藉以增加阻燃組成物之經時穩定性，以及於常溫或高溫下之分散性。此處所指之高溫可例如為45℃至55℃。因此，本發明之分散穩定劑(C)可為一種增稠劑。
分散穩定劑(C)可包括但不限於聚乙烯醇、甲基纖維素、羧甲基纖維素、羥乙基纖維素、黃原膠、澱粉糊或上述之組合。
基於阻燃劑(A)之使用量為100重量份，分散穩定劑(C)之使用量為0.1重量份至2.5重量份，較佳為0.3重量份至1.3重量份。
若阻燃組成物不包含分散穩定劑(C)，則阻燃組成物之經時穩定性不佳，在久置後易產生沉澱及分層的現象。
抗凍劑(D)
本發明之抗凍劑(D)係用於提升阻燃組成物於低溫儲存時的分散性。
抗凍劑(D)可包括但不限於甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇或上述之組合。
基於阻燃劑(A)之使用量為100重量份，抗凍劑(D)之使用量為2.5重量份至20重量份，較佳為7.5重量份至15重量份。
若阻燃組成物中不包含抗凍劑(D)，則於低溫儲存(例如低於10℃)時，阻燃組成物易分層且形成沉澱。
消泡劑(E)
消泡劑(E)包含高級醇消泡劑、矽型消泡劑、聚矽氧烷型消泡劑、聚醚改性矽型消泡劑、聚醚型消泡劑或上述之組合。
消泡劑(E)之具體例子可包括頂韻實業有限公司的消泡劑為Y-14865。
基於阻燃劑(A)之使用量為100重量份，消泡劑(E)之使用量為0.3重量份至7.5重量份，較佳為1.3重量份至2.5重量份。
若阻燃組成物不含消泡劑(E)，則阻燃組成物之氣泡過多，外觀均勻性及分散性皆不佳。
溶劑(F)
溶劑(F)可包含水或有機溶劑，較佳地，溶劑(F)為水。
上述之有機溶劑可包括但不限於甲苯、二甲苯、烷基萘等芳香族烴類；丙酮、丁酮等酮類；二噁烷、乙基溶纖劑等醚類；二甲基甲醯胺等醯胺類；二甲基亞碸等亞碸類；二氯甲烷、氯仿等鹵代烴類。
基於阻燃劑(A)之使用量為100重量份，溶劑(F)之使用量為80重量份至143.5重量份，較佳為100重量份至125重量份。
需要特別說明的是，本發明所使用之分散穩定劑(C)、抗凍劑(D)以及消泡劑(E)的使用量為本技術領域具有通常知識者可在不脫離本發明之精神與範圍下，依常規、實驗設計、各式需求而進行調整。
製備阻燃組成物
將上述阻燃劑(A)、分散劑混合物(B)、抗凍劑(D)、消泡劑(E)以及溶劑(F)混合均勻後，利用研磨設備以200rpm至300rpm之轉速，進行研磨達1.5小時至2.5小時。之後，加入分散穩定劑(C)並以攪拌設備均勻混合，即可製得固成分之平均粒徑1μm至5μm之阻燃組成物。特別說明的是，上述阻燃組成物之固成分的主要來源為阻燃劑(A)。
若上述之阻燃組成物之固成分的平均粒徑大於5μm，阻燃組成物之分散性及阻燃效果皆不佳。若上述之阻 燃組成物之固成分的平均粒徑小於1μm，在製程上較難達成，故增加生產成本。
補充說明的是，上述測量平均粒徑的方法係使用動態光散射(Dynamic light scattering；DSL)的方法進行，於本技術領域具有通常知識者應可了解其進行方式及操作方法，故此處不另贅述。
製造阻燃層及阻燃布材
將上述之阻燃組成物以塗布法、浸泡法、噴霧法或其他適合的方式形成於基材上，即可製得阻燃層。當基材為基布時，可將阻燃組成物與染料混合，並以上述方法將阻燃組成物與染料的混合物形成於基布上，即可製得阻燃布材。
上述基布可為織布、不織布、薄膜或薄片，且其材質可例如為棉、亞麻、尼龍、皮革、純毛、纝榮、蠶絲、壓克力、竹碳纖維、彈性纖維、化紡纖維、聚酯纖維或上述之組合等。
上述基布之一表面或上下二表面可設有1層、2層或更多層之阻燃層，端視實際需求而定。另外，前述具有相同或不同之阻燃層之阻燃布材，亦可以各種組合疊設成多層結構。
實施例1
將100重量份之苯胺基二苯基磷酸酯(A-1)、12.5重量份之分子量為1035之低分子量界面活性劑(型號 為SINONATE 707SF；B-1-1)、4.5重量份之重量平均分子量為6000之高分子量界面活性劑(型號為H14N；B-2-1)、12.5重量份之丙二醇(D-1)以及2.5重量份之消泡劑(型號為Y-14865；E-1)加入117.5重量份之水中後，將所得之混合物置入研磨槽中，並加入粒徑為3.0mm之細鋯珠，以轉速為250rpm之研磨達2.0小時後，加入0.5重量份之黃原膠(C-1)，以攪拌設備均勻混合後，即可製得阻燃組成物之固成分的平均粒徑為2.5微米之實施例1之阻燃組成物。
實施例2至5及比較例1至7
實施例2至5及比較例1至7之阻燃組成物係使用與實施例1相同之方法，不同的是，其係改變所使用之成分或含量，詳細的使用成分及含量係詳列於表1，此處不另贅述。
另外一提的是，本發明之實施例之分散穩定劑(C)、抗凍劑(D)以及消泡劑(E)的使用量僅為例示，本技術領域具有通常知識者當可了解，本發明所主張之範圍內的使用量皆可適用，且為此領域之常規技術。
評價方式 1.分散性
本處所稱之分散性係將實施例1至5及比較例1至7之阻燃組成物靜置於5℃下達特定時間(例如：1個月、3個月、6個月或12個月)，觀察其是否分層。分層表示分散 性不佳，評價標準如下所示：◎：未分層；△：輕微分層；×：分層。
2.經時穩定性
在上述評價方式中，若經過越長之時間，分層的狀況越輕微或是未分層(意即在越長的時間中，仍保留良好的分散性者)，則表示所製得之阻燃組成物之經時穩定性越佳。
根據表1之實施例1至5可知，當阻燃組成物中同時具有低分子量界面活性劑(B-1)和高分子量界面活性劑(B-2)時，阻燃組成物的分散性及經時穩定性佳。此外，當所使用之低分子量界面活性劑(B-1)之分子量/重量平均分子量與高分子量界面活性劑(B-2)之重量平均分子量之比值的範圍介於0.05至0.21間時，阻燃組成物的分散性及經時穩定性更佳。此外，若添加較多的高分子量界面活性劑(B-2)，會使經時穩定性略微下降(如實施例4至5)。
另一方面，根據表1之比較例1至7可知，當阻燃組成物中僅包含低分子量界面活性劑(B-1)或高分子量界面活性劑(B-2)之其中一者時，阻燃組成物之分散性不佳。此外，當高分子量界面活性劑(B-2)小於5000或大於20000時，阻燃組成物之分散性亦不佳。
綜上所述，本發明之阻燃組成物包含不同分子量之界面活性劑以及具有特定平均粒徑之固成分，可具有良 好的分散性及經時穩定性，有效改善習知阻燃組成物易分層、所製得之產品品質穩定性不高等的缺點。此外，本發明之阻燃組成物可利用習知製程形成阻燃層，進而量產阻燃布材。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，在本發明所屬技術領域中任何具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

Claims (10)

  1. 一種阻燃組成物，包含：一阻燃劑(A)，其中該阻燃劑具有如下式(I)所示之結構： 於該式(I)中，該Ar代表芳基，各個Ar為相同或不同，R代表氫原子、低級烷基、環烷基、芳基、烯丙基或芳烷基，或各個R相互鍵結、與磷原子上的氮原子共同形成環，且各個R可為相同或不同；以及一分散劑混合物(B)，包含：一低分子量界面活性劑(B-1)，其中該低分子量界面活性劑(B-1)之一分子量係低於1500；以及一高分子量界面活性劑(B-2)，其中該高分子量界面活性劑(B-2)之一重量平均分子量係5000至20000；一分散穩定劑(C)；一抗凍劑(D)；一消泡劑(E)；以及一溶劑(F)，其中基於該阻燃劑(A)之使用量為100重量份，該低分子量界面活性劑(B-1)之使用量為2.5重量份至25重量份，該高分子量界面活性劑(B-2)之使用量為1.3重量份至 15重量份，該分散穩定劑(C)之使用量為0.1重量份至2.5重量份，該抗凍劑(D)之使用量為2.5重量份至20重量份，該消泡劑(E)之使用量為0.3重量份至7.5重量份，以及該溶劑(F)之使用量為80重量份至143.5重量份，且該阻燃組成物之一固成分具有1微米至5微米之一平均粒徑。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之阻燃組成物，其中該低分子量界面活性劑(B-1)之該分子量與該高分子量界面活性劑(B-2)之該重量平均分子量之一比值係0.05至0.21。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之阻燃組成物，其中基於該阻燃劑(A)之使用量為100重量份，該低分子量界面活性劑(B-1)之使用量為2.5重量份至12.5重量份，該高分子量界面活性劑(B-2)之使用量為2.5重量份至10重量份，該分散穩定劑(C)之使用量為0.3重量份至1.3重量份，該抗凍劑(D)之使用量為7.5重量份至15重量份，該消泡劑(E)之使用量為1.3重量份至2.5重量份，以及該溶劑(F)之使用量為100重量份至125重量份。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之阻燃組成物，其中該重量平均分子量係6000至20000。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之阻燃組成 物，其中該低分子量界面活性劑(B-1)包含一陰離子型低分子量界面活性劑、一陽離子型低分子量界面活性劑、一非離子型低分子量界面活性劑或兩性低分子量界面活性劑。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之阻燃組成物，其中該高分子量界面活性劑(B-2)包含一陰離子型高分子量界面活性劑或一陽離子型高分子量界面活性劑。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之阻燃組成物，其中該陰離子型高分子量界面活性劑包含聚丙烯酸鈉鹽、聚甲基丙烯酸鈉鹽或馬來酸共聚物鈉鹽。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之阻燃組成物，其中該陽離子型高分子量界面活性劑包含聚丙醯胺或聚甲基丙醯胺。
  9. 一種阻燃層，其係藉由如申請專利範圍第1至8項中任一項所述之阻燃組成物經一塗布步驟、一浸泡步驟或一噴霧步驟於一基材上所形成。
  10. 一種阻燃布材，包含：如申請專利範圍第9項所述之阻燃層；以及一基布。
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