CN101434713A - 阻燃剂及其在聚合物改性中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种阻燃剂及其在聚合物改性中的应用，可以有效改善氢氧化镁的表面性能，提高其与聚合物之间的相容性，所得改性聚合物具有很好的阻燃性能、加工性能和力学性能。所述阻燃剂的原料包括按重量计的氢氧化镁100份，硅烷偶联剂5－15份，高级脂肪酸和/或高级脂肪酸盐3－10份。所述阻燃剂在聚合物改性中的应用，可以按公知的方式进行，以重量计的所述阻燃剂50－70份与聚合物30－50份熔融共混。本发明通过硅烷偶联剂、高级脂肪酸和/或高级脂肪酸盐和阻燃协效剂共同来改性氢氧化镁，得到的阻燃剂与聚合物的相容性较氢氧化镁大大提高，从而可以有效地增加氢氧化镁在聚合物中的填充量，不仅使阻燃性提高，加工性能和力学性能均得到相对提高。

Description

阻燃剂及其在聚合物改性中的应用

技术领域

本发明涉及一种阻燃剂及其在聚合物改性中的应用。

背景技术

氢氧化镁系无机添加剂型阻燃剂，在340～490℃之间发生分解，是具有填充、阻燃和抑烟三重功能的化学助剂，并且产生的烟雾无毒、无腐蚀，相对于有机卤素系阻燃剂来讲，氢氧化镁作为阻燃剂的高聚物是一种绿色工程材料。由于价格低廉，来源广泛，目前主要应用于电线、电缆等对消防安全有特殊要求的产品中，随着各国消防法规的不断健全，以及对阻燃剂产品环境保护要求的不断提高，氢氧化镁阻燃剂的应用范围正在向家电塑料、树脂、纺织纤维及其领域不断扩大。

通常制备的氢氧化镁具有较强的极性和亲水性，晶粒趋向于二次凝聚，同非极性的高分子材料之间相容性差，分散不均匀，其界面难以形成良好的结合和粘连。为了达到理想的阻燃效果，氢氧化镁在有机聚合物中添加量大于60％，才能得到一定的阻燃效果。因此，在高填充量的情况下，不仅使混合料的断面常会出现分散性差和亲和性不好而引起的“夹生”现象，更严重的是其凝聚成团后形成直径为10～100μm颗粒，严重影响了聚合物材料的加工性能和机械性能。如何克服这些缺陷，如何改善氢氧化镁的表面性能，是氢氧化镁阻燃剂研制和应用的一个关键问题。

发明内容

本发明提供了一种阻燃剂，可以有效改善氢氧化镁的表面性能，提高其与聚合物之间的相容性，应用于聚合物改性时可有效改善改性后聚合物的阻燃性，加工性能和力学性能。

本发明还提供了上述阻燃剂在聚合物改性中的应用，所得改性聚合物具有很好的阻燃性能、加工性能和力学性能。

所述阻燃剂的原料包括按重量计的氢氧化镁100份，硅烷偶联剂5—15份，高级脂肪酸和/或高级脂肪酸盐3—10份。

作为本发明的改进，原料还包括按重量计的阻燃协效剂5—10份，其中阻燃协效剂选自硼酸锌、三氧化二锑、锡酸锌、氧化锌。

所述硅烷偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH—550)，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH—560)和γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH—570)或其中两种以上的任意比例的混合物。

高级脂肪酸为硬脂酸，高级脂肪酸盐为硬脂酸钠或油酸钠。

将所述原料在80±5℃下混合均匀，得到阻燃剂。

混合方式可以是将所述原料在1000—1400r/min高速搅拌20-30分钟，使混合均匀，得到阻燃剂；也可以是将所述原料反复辊压10—15分钟，使混合均匀，然后粉碎，得到阻燃剂。

作为本发明的优选方案，所述原料包括氢氧化镁100份，硅烷偶联剂5—15份，高级脂肪酸3—10份，硼酸锌5—10份。

所述阻燃剂在聚合物改性中的应用，可以按公知的方式进行，以重量计的所述阻燃剂50—70份与聚合物30—50份熔融共混。所述聚合物包括PP和PE。

本发明采用复合的改性剂来对氢氧化镁进行表面处理，其中硅烷偶联剂分子中的一部分基团，如环氧基，氨基等，可与氢氧化镁颗粒表面的氢氧根反应，形成强有力的化学键合；另一部分基团在聚合物改性过程中，与聚合物材料发生化学反应或物理缠绕，从而将氢氧化镁颗粒与聚合物两种相容性相差很大的材料牢固结合在一起。另外，高级脂肪酸根离子与氢氧化镁颗粒表面的镁离子进行化学反应，生成了高级脂肪酸镁而附着在氢氧化镁粉末表面，降低了氢氧化镁表面的碱性。又因高级脂肪酸的烃基与高聚物有亲和性，抑制了活性氢氧化镁的结团现象，所以经高级脂肪酸改性后，可以有效地提高氢氧化镁在聚合物中的分散性。最后，选择适当的阻燃协效剂，可以显著改善阻燃剂填充聚合物***的性能，如提高阻燃性、抑制滴落。

本发明通过硅烷偶联剂、高级脂肪酸和/或高级脂肪酸盐和阻燃协效剂共同来改性氢氧化镁，得到的阻燃剂与聚合物的相容性较氢氧化镁大大提高，从而可以有效地增加氢氧化镁在聚合物中的填充量，不仅使阻燃性提高，加工性能和力学性能均得到相对提高。

具体实施方式

实施例1

将氢氧化镁10000g，与硬脂酸500g，硼酸锌500g和KH—560硅烷偶联剂500g，放入高温混合釜中，升温至80±5℃，高速搅拌20—30分钟，得到阻燃剂。

实施例2

将实施例1所得阻燃剂3250g，与1750g低密度聚乙烯在高速搅拌机中共混均匀。再在双螺杆挤出机上挤出，挤出温度为180℃，水冷，造粒，得到阻燃聚乙烯材料，其力学性能和阻燃性能如表1。

实施例3

将氢氧化镁10000g，与硬脂酸500g，硼酸锌500g和KH—570硅烷偶联剂500g，升温至80±5℃，高速搅拌20—30分钟，得到阻燃剂。

实施例4

将实施例3所得阻燃剂3250g，与1750g聚丙烯在高速搅拌机中共混均匀。再在双螺杆挤出机上挤出，挤出温度为200℃，水冷，造粒，得到阻燃聚丙烯材料，其力学性能和阻燃性能如表1。

实施例5

将氢氧化镁10000g，与硬脂酸500g和KH—560硅烷偶联剂500g，放入高温混合釜中，升温至80±5℃，高速搅拌20—30分钟，得到阻燃剂。

实施例6

取实施例5所得阻燃剂3250g，与1750g低密度聚乙烯在高速搅拌机中共混均匀。再在双螺杆挤出机上挤出，挤出温度为180℃，水冷，造粒，得到阻燃聚乙烯材料，其力学性能和阻燃性能如表1。

实施例7

将氢氧化镁10000g，与硬脂酸500g和KH—570硅烷偶联剂500g，升温至80±5℃，高速搅拌20—30分钟，得到阻燃剂。

实施例8

取实施例7所得阻燃剂3250g，与1750g聚丙烯在高速搅拌机中共混均匀。再在双螺杆挤出机上挤出，挤出温度为200℃，水冷，造粒，得到阻燃聚丙烯材料，其力学性能和阻燃性能如表1。

实施例9

将氢氧化镁10000g，与硬脂酸1000g、三氧化二锑1000g和KH—550硅烷偶联剂1500g，升温至80±5℃，在双辊开炼机上共混10—15分钟，得到阻燃剂。

实施例10

取实施例9所得阻燃剂2500g，与2500g低密度聚乙烯在高速搅拌机中共混均匀。再在双螺杆挤出机上挤出，挤出温度为180℃，水冷，造粒，得到阻燃聚乙烯材料，其力学性能和阻燃性能如表2。

实施例11

取实施例9所得阻燃剂2500g，与2500g聚丙烯在高速搅拌机中共混均匀。再在双螺杆挤出机上挤出，挤出温度为200℃，水冷，造粒，得到阻燃聚丙烯材料，其力学性能和阻燃性能如表2。

实施例12

取实施例9所得阻燃剂3500g，与1500g低密度聚乙烯在高速搅拌机中共混均匀。再在双螺杆挤出机上挤出，挤出温度为180℃，水冷，造粒，得到阻燃聚乙烯材料，其力学性能和阻燃性能如表2。

实施例13

取实施例9所得阻燃剂3500g，与1500g聚丙烯在高速搅拌机中共混均匀。再在双螺杆挤出机上挤出，挤出温度为200℃，水冷，造粒，得到阻燃聚丙烯材料，其力学性能和阻燃性能如表2。

表1 聚合物力学性能和阻燃性能数据

从表1可知，PP和PE中填充65％的本发明所述阻燃剂(实施例1、3、5、7所得产品)后，与市售填充65％氢氧化镁阻燃剂的同类材料相比，复合改性氢氧化镁制备的聚合物材料除了具有很高的阻燃性外，还具有很高的力学性能。

表2 聚合物力学性能和阻燃性能数据

从表2可知，在PP和PE中填充50％和75％的实施例9所得产品后，产品的阻燃性较好，而且对同样的聚合物和同样的阻燃剂，阻燃剂填充量高的阻燃性大大提高。

Claims (10)

1、一种阻燃剂，其特征在于原料包括按重量计的氢氧化镁100份，硅烷偶联剂5—15份，高级脂肪酸和/或高级脂肪酸盐3—10份。

2、如权利要求1所述的阻燃剂，其特征在于原料还包括按重量计的阻燃协效剂5—10份，其中阻燃协效剂选自硼酸锌、三氧化二锑、锡酸锌、氧化锌。

3、如权利要求1所述的阻燃剂，其特征在于所述硅烷偶联剂包括γ-氨丙基三乙氧基硅烷(KH—550)，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH—560)和γ-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷(KH—570)或其中两种以上的任意比例的混合物。

4、如权利要求1所述的阻燃剂，其特征在于高级脂肪酸为硬脂酸，高级脂肪酸盐为硬脂酸钠或油酸钠。

5、如权利要求1所述的阻燃剂，其特征在于将所述原料在80±5℃下混合均匀，得到阻燃剂。

6、如权利要求4所述的阻燃剂，其特征在于将所述原料在1000-1400r/min高速搅拌20-30分钟，使混合均匀，得到阻燃剂。

7、如权利要求4所述的阻燃剂的制备方法，其特征在于将所述原料反复辊压10—15分钟，使混合均匀，然后粉碎，得到阻燃剂。

8、如权利要求2所述的阻燃剂，其特征在于原料包括氢氧化镁100份，硅烷偶联剂5—15份，高级脂肪酸3—10份，硼酸锌5—10份。

9、如权利要求1-8中任一项所述阻燃剂在聚合物改性中的应用，其特征在于以重量计的所述阻燃剂50—70份与聚合物30—50份熔融共混。

10、如权利要求9所述阻燃剂在聚合物改性中的应用，其特征在于所述聚合物包括PP、PE。