CN101003634A - 一种十溴二苯乙烷与三氧化二锑母粒的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种十溴二苯乙烷与三氧化二锑母粒的制造方法。(重量百分比)将粒度分布在0.4～2.0μm之间的十溴二苯乙烷粉体材料50～70％，三氧化二锑粉体材料20～40％，载体4～20％，分散剂4～10％，以及0.1％～1％的钛酸酯或硅烷偶联剂，在高速搅拌机或连续改性机组设备中加热搅拌，充分混合后，加入双螺杆挤出机中经水环造粒设备造粒成型，成型后经振动筛自动区分母粒规格，经过干燥机除湿后包装。将本发明的阻燃母粒直接添加至树脂中供挤出或注塑。可以简化生产工艺过程，减少粉尘飞扬及对设备的磨损，节省原料，使原料混合方便、混炼质量均匀，从而提高生产效率及制品的性能指标。
Description
技术领域
本发明涉及一种十溴二苯乙烷与三氧化二锑母粒的制造方法。属于化工领域。
背景技术
三氧化二锑能与卤素阻燃剂并用以增强后者的阻燃效能(或者单独用于含有卤素的高聚物中，如氯化石蜡及聚氯乙稀等)，当三氧化二锑与卤系阻燃剂并用时，卤/锑阻燃体系的效能不仅与卤/锑比，而且与卤系阻燃剂和被阻燃高聚物的性能以及高聚物的分解模式有关，目前工业上经过试验认可的卤素/锑的摩尔比一般为3∶1～2∶1。而溴系阻燃剂中，十溴二苯醚是目前使用最广泛、产量最大的重要溴系阻燃剂，但现在正逐步被十溴二苯乙烷替代，十溴二苯乙烷可取代十溴二苯醚而作为添加型阻燃剂广泛地应用于阻燃通用塑料、工程塑料、热塑性弹性体、环氧树脂、不饱和聚脂、涂料、粘结剂及纺织品。其不会生成多溴代二苯并二噁烷和多溴代二苯并呋喃，对环境不造成危害，因此不受欧洲关于Dioxin法案限制。
此外，这种新型阻燃剂很好的光稳定性和抗紫外线能力，使它具有优异的颜色稳定性，特别是这种新型阻燃剂具有非常好的热稳定性和不宜起霜，使它可以回收循环使用有利于环保。根据2003年发表的阻燃剂危险性评估报告，未证实十溴二苯乙烷对环境及人类健康有害。
但十溴二苯乙烷是一种白色粉末状阻燃剂，其颗粒非常细小，可以达到1.0μm以下，所以在生产中粉尘的危害十分普遍。我国国家卫生标准的粉尘曝露程度为2.5mg/m3，可以负责任的说，很少有塑料改性厂家可以达到这个水平。在发达国家(美国工业卫生署AIHA，1981)，推荐生产车间的粉尘曝露程度是5mg/m3(8小时工作制，每周40小时)，这是基于微粒的危害作用而考虑的。
塑料加工行业，一般认为在成型加工时，由于绝大多数添加助剂都是粉体材料，如果配方中再使用十溴二苯乙烷，也就同时又增加了一种易飞扬的粉尘材料。粉尘吸入接触和皮肤接触是占最大比例的。而如果生产过程中采用母粒做为添加助剂，则可以从根本上解决此问题。
对于使用溴系阻燃剂和三氧化二锑复配的阻燃塑料体系来说，可以将本发明的阻燃母粒直接添加至树脂中供挤出或注塑。可以简化生产工艺过程，减少粉尘飞扬及对设备的磨损，节省原料，使原料混合方便、混炼质量均匀，从而提高生产效率及制品的性能指标。本发明就是对于以上几个方面进行了相应的研究工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种十溴二苯乙烷和三氧化二锑母粒的制造方法，十溴二苯乙烷和三氧化二锑总共的粉体含量在70～90％，并通过合理的选取分散剂和偶联剂，针对不同的加工基材和性能要求，选取不同的载体，制造出适合塑料加工行业使用的母粒。
本发明的主要内容为：将粒度分布在0.4～2.0μm之间的十溴二苯乙烷粉体材料50～70％，三氧化二锑粉体材料20～40％，载体4～20％，分散剂4～10％，以及0.1％～1％的钛酸酯或硅烷偶联剂。在高速搅拌机或连续改性机组设备中加热搅拌，当料温升到95℃～100℃时，各种助剂在高速混合作用下被剪切热完全熔融，使粉体材料均匀粘附在载体表面即可出料，最后加入双螺杆挤出机中，经过水环造粒设备造粒成型，成型后经振动筛自动区分母粒规格，经过干燥机除湿后包装：
载体为树脂和弹性体，为低密度聚乙烯(LDPE)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚烯烃弹性体(POE)、氯化聚乙烯(CPE)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯的嵌段共聚物(SEBS)、热塑性烯烃(TPO，由三元乙丙橡胶(EPDM)橡胶和聚丙烯共混而成)、热塑性弹性体(TPE)等；
所述的分散剂为聚乙烯蜡，同时配用0.5％～0.1％的硅酮润滑剂，偶联剂为钛酸酯偶联剂或者硅烷偶联剂。
所述的双螺杆挤出机直径Φ为40～100mm，使用水环造粒，经磨头成型后水冷、干燥。
本发明的有益效果是：
1、本发明粉体阻燃剂含量在70～90％，经过大量的实验室试验和工业实际生产规模测试，当粉体阻燃剂含量在85～90％时，母粒在阻燃材料中所起的阻燃作用与同等质量的粉料是一致的，而采用母粒的阻燃材料其物理机械性能要优于同等配方下使用粉料的阻燃材料。这样就避免了过分的提高母粒中粉体阻燃剂含量，如果粉体阻燃剂含量超过90％，由于超过了分散剂和偶联剂的作用极限，在母粒加工过程中设备的损耗会大大加剧，固定资产的严重折旧会急剧提高母粒的成本。
2、本发明粉体材料主要通过载体实现成型工艺，载体为通用树脂或者是弹性体。针对所使用母粒的塑料原料基材和性能要求，选取不同的载体，载体为树脂和弹性体，为低密度聚乙烯(LDPE)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚烯烃弹性体(POE)、氯化聚乙烯(CPE)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯的嵌段共聚物(SEBS)、热塑性烯烃(TPO，由三元乙丙橡胶(EPDM)橡胶和聚丙烯共混而成)、热塑性弹性体(TPE)等。对于通用树脂载体母粒来说，主要是针对塑料原料基材和载体是同一种树脂，那么根本就不存在相容性不好的问题。对于弹性体载体母粒来说，因为弹性体是目前塑料中最广泛应用的改性添加材料，所以主要是针对塑料加工配方中使用该类弹性体的加工体系，这样也不会给整个产品体系带来任何不利因素。这样就在原材料方面从根本上保证了体系的稳定，同时采用价格低廉的载体，取代了成本高昂的其他特种助剂，大幅度降低了母粒的成本，从而保证了下游厂商的大规模工业应用。
3、本发明的生产机械为改性设备和双螺杆挤出机，Φ为40～100mm，螺杆挤出机的排气口使用真空泵排气，高粉体含量的熔融材料可以通过水环挤出造粒。熔融材料在第一时间冷却，解决了在加工过程中由于挤出温度过高，无法迅速冷却而导致助剂氧化失效的问题，从而确保其使用性能。
4、本发明制造的母粒在二次使用中，母粒粒子和塑料原料粒子共混，由于都是固体颗粒，所以物料混合均匀，在消除粉尘的同时，也解决了粉料和塑料原料粒子无法实现均匀混合的问题。由粉体材料和塑料粒子共混的物料在加料仓内会出现粉体材料下沉，最终导致产品内材料分布不均衡。
具体实施方式
实施例1
将粒度0.5μm的十溴二苯乙烷粉体材料50％，三氧化二锑粉体材料25％，载体10～20％，分散剂4～8％，以及0.1％～0.5％的钛酸酯或硅烷偶联剂。在高速搅拌机或连续改性机组设备中加热搅拌，当料温升到95℃～100℃时，各种助剂在高速混合作用下被剪切热完全熔融，使粉体材料均匀粘附在载体表面即可出料。最后加入双螺杆挤出机中，加工区的控制温度分别为：加料段120～140℃，压缩段130℃～150℃，均化段135℃～160℃，机头：110～160℃，螺杆转速600r/min～1200r/min。熔融材料通过水环挤出造粒，成型后经振动筛自动区分母粒规格，经过干燥机除湿后包装。
实施例2
将粒度1.0μm的十溴二苯乙烷粉体材料55％，三氧化二锑粉体材料21％，载体10～20％，分散剂4～8％，以及0.1％～0.5％的钛酸酯或硅烷偶联剂。在高速搅拌机或连续改性机组设备中加热搅拌，当料温升到95℃～100℃时，各种助剂在高速混合作用下被剪切热完全熔融，使粉体材料均匀粘附在载体表面即可出料。最后加入双螺杆挤出机中，加工区的控制温度分别为：加料段120～140℃，压缩段130℃～150℃，均化段135℃～160℃，机头：110～160℃，螺杆转速600r/min～1200r/min。熔融材料通过水环挤出造粒。成型后经振动筛自动区分母粒规格，经过干燥机除湿后包装。
实施例3
将粒度为1.5μm的十溴二苯乙烷粉体材料60％，三氧化二锑粉体材料20％，载体10～20％，分散剂4～8％，以及0.1％～0.5％的钛酸酯或硅烷偶联剂。在高速搅拌机或连续改性机组设备中加热搅拌，当料温升到95℃～100℃时，各种助剂在高速混合作用下被剪切热完全熔融，使粉体材料均匀粘附在载体表面即可出料。最后加入双螺杆挤出机中，加工区的控制温度分别为：加料段120～140℃，压缩段130℃～150℃，均化段135℃～160℃，机头：110～160℃，螺杆转速600r/min～1200r/min。熔融材料通过水环挤出造粒，成型后经振动筛自动区分母粒规格，经过干燥机除湿后包装。
实施例4
将粒度为0.5μm的十溴二苯乙烷粉体材料65％，三氧化二锑粉体材料22％，载体4～10％，分散剂4～8％，以及0.1％～0.5％的钛酸酯或硅烷偶联剂。在高速搅拌机或连续改性机组设备中加热搅拌，当料温升到95℃～100℃时，各种助剂在高速混合作用下被剪切热完全熔融，使粉体材料均匀粘附在载体表面即可出料。最后加入双螺杆挤出机中，加工区的控制温度分别为：加料段120～140℃，压缩段130℃～150℃，均化段135℃～160℃，机头：110～160℃，螺杆转速600r/min～1200r/min。熔融材料通过水环挤出造粒，成型后经振动筛自动区分母粒规格，经过干燥机除湿后包装。
实施例5
将粒度为1.5μm的十溴二苯乙烷粉体材料68％，三氧化二锑粉体材料22％，载体4～10％，分散剂4～8％，以及0.1％～0.5％的钛酸酯或硅烷偶联剂。在高速搅拌机或连续改性机组设备中加热搅拌，当料温升到95℃～100℃时，各种助剂在高速混合作用下被剪切热完全熔融，使粉体材料均匀粘附在载体表面即可出料。最后加入双螺杆挤出机中，加工区的控制温度分别为：加料段120～140℃，压缩段130℃～150℃，均化段135℃～160℃，机头：110～160℃，螺杆转速600r/min～1200r/min。熔融材料通过水环挤出造粒，成型后经振动筛自动区分母粒规格，经过干燥机除湿后包装。制成十溴二苯乙烷母料。
实施例6
将粒度为1.0μm的十溴二苯乙烷粉体材料68％，三氧化二锑粉体材料22％，载体4～10％，分散剂4～8％，以及0.1％～0.5％的钛酸酯或硅烷偶联剂。在高速搅拌机或连续改性机组设备中加热搅拌，当料温升到95℃～100℃时，各种助剂在高速混合作用下被剪切热完全熔融，使粉体材料均匀粘附在载体表面即可出料。最后加入双螺杆挤出机中，加工区的控制温度分别为：加料段120～140℃，压缩段130℃～150℃，均化段135℃～160℃，机头：110～160℃，螺杆转速600r/min～1200r/min。熔融材料通过水环挤出造粒，成型后经振动筛自动区分母粒规格，经过干燥机除湿后包装。
实施例7
将粒度为0.5μm的十溴二苯乙烷粉体材料68％，三氧化二锑粉体材料22％，载体10～20％，分散剂4～10％，以及0.1％～0.5％的钛酸酯或硅烷偶联剂。在高速搅拌机或连续改性机组设备中加热搅拌，当料温升到95℃～100℃时，各种助剂在高速混合作用下被剪切热完全熔融，使粉体材料均匀粘附在载体表面即可出料。最后加入双螺杆挤出机中，加工区的控制温度分别为：加料段120～140℃，压缩段130℃～150℃，均化段135℃～160℃，机头：110～160℃，螺杆转速600r/min～1200r/min。熔融材料通过水环挤出造粒，成型后经振动筛自动区分母粒规格，经过干燥机除湿后包装。
应用实例1
表1.阻燃丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)的配方组成
| 配方 | ABS/％ | 十溴二苯乙烷粉料/％ | 三氧化二锑粉料/％ | 阻燃母粒(十溴二苯乙烷68％，三氧化二锑22％)/％ |
| 12 | 8484 | 12- | 4- | -16 |
表2.阻燃丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)性能测试
| 性能 | 执行标准 | 1 | 2 |
| 断裂伸长率/％拉伸强度/MPa简支梁无缺口抗冲击强度/kJ·m-2悬臂梁缺口冲强度/kJ·m-2熔体流动速率/g·10min-1塑料燃烧性能UL94(3.0mm)塑料燃烧性能氧指数法 | GB/T1040-1992GB/T1040-1992GB/T1043-1993GB/T1843-1996GB/T3682-2000GB/T2408-1996GB/T2406-1993 | 2341.856.48.31.88V-025.5 | 25.541.658.89.11.92V-027.7 |
由上表可看出，使用母粒的塑料各方面性能都优于使用粉体材料的塑料。本发明使用的分散剂中的链分子是溶剂化链亲油基团，与树脂有一定的相容性，保证分散剂在固体颗粒表面形成一定厚度的保护层，可以将母粒中的主体材料均匀地分散在载体树脂中。这样，当含有分散基团的固体颗粒因范德华力相互作用时，由于吸附层之间的空间障碍而使颗粒相互弹开，从而实现固体颗粒在树脂中的稳定分散。
Claims (3)
1、一种十溴二苯乙烷与三氧化二锑母粒的制造方法，其特征在于：(重量百分比，以下同)将粒度分布在0.4～2.0μm之间的十溴二苯乙烷粉体材料50～70％，三氧化二锑粉体材料20～40％，载体4～20％，分散剂4～10％，以及0.1％～1％的钛酸酯或硅烷偶联剂，在高速搅拌机或连续改性机组设备中加热搅拌，充分混合后，加入双螺杆挤出机中经水环造粒设备造粒成型，成型后经振动筛自动区分母粒规格，经过干燥机除湿后包装。
2、根据权利要求1所述的十溴二苯乙烷与三氧化二锑母粒的制造方法，其特征在于：载体为树脂和弹性体，为低密度聚乙烯(LDPE)、乙烯-丙烯酸乙酯共聚物(EVA)、聚氯乙烯(PVC)、聚烯烃弹性体(POE)、氯化聚乙烯(CPE)、苯乙烯-丁二烯-苯乙烯的嵌段共聚物(SBS)、苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯的嵌段共聚物(SEBS)、热塑性烯烃(TPO，由三元乙丙橡胶(EPDM)橡胶和聚丙烯共混而成)、热塑性弹性体(TPE)等。
3、根据权利要求1所述的十溴二苯乙烷与三氧化二锑母粒的制造方法，其特征在于：所述的分散剂为聚乙烯蜡，同时配用0.5％～0.1％的硅酮润滑剂，偶联剂为钛酸酯偶联剂或者硅烷偶联剂。
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