CN105038191B - 一种无卤阻燃热塑性弹性体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及热塑性弹性体技术领域，具体涉及一种无卤阻燃热塑性弹性体及其制备方法，包括如下重量份的原料：聚氨酯弹性体75‑110份、磷系阻燃剂12‑30份、磷氮系阻燃剂5‑35份、无机盐类阻燃剂1‑3份、增塑剂5‑12份和润滑剂1.3‑3份。本发明解决了现有含有卤素阻燃剂的弹性体会产生毒性及腐蚀性气体的问题，并且能在弹性体明火燃烧过程中极大的控制发烟量。本发明的无卤阻燃热塑性弹性体通过采用上述原料，并严格控制各原料的重量配比，阻燃效果好，阻燃级别可以达到UL94‑V0级，防火性好，发烟少，具有低析出、防滴落，高电气性能及耐热性优良；且耐磨性优异、耐臭氧性极好、硬度大、强度高、弹性好，综合性能优异。
Description
技术领域
本发明涉及热塑性弹性体技术领域，具体涉及一种无卤阻燃热塑性弹性体及其制备方法。
背景技术
弹性体材料具有优良的力学性能，他既具有接近橡胶的弹性和变形率。又具有热塑性塑料的易加工的优势，使用温度区间大，可以再-50~120℃的温度区间正常使用，尤其是在汽车、电子产品、家居材料的使用，正在逐年的增加，出于安全的考虑，不管是在汽车、电子、家居行业的材料都要求是阻燃的，并且需要通过一定的阻燃级别，传统的方法是在弹性体材料添加卤素阻燃剂搭配三氧化二锑来达到阻燃的需求，但卤素阻燃剂的使用，会有毒性、腐蚀性气体的释放，现有的相关法规已经开始逐步的禁止含卤阻燃剂的使用，本发明新型无卤阻燃弹性体材料是通过使用多种环保型的阻燃材料协效使用，制备的弹性体达到UL94-V0等多种阻燃级别的要求。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺点和不足，本发明的目的在于提供一种无卤阻燃热塑性弹性体，解决了现有含有卤素阻燃剂的弹性体会产生毒性及腐蚀性气体的问题，并且能在弹性体明火燃烧过程中极大的控制发烟量。
本发明的另一目的在于提供一种无卤阻燃热塑性弹性体的制备方法，该制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，生产成本低，可大规模工业化生产。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种无卤阻燃热塑性弹性体，包括如下重量份的原料：
聚氨酯弹性体 75-110份
磷系阻燃剂 12-30份
磷氮系阻燃剂 5-35份
无机盐类阻燃剂 1-3份
增塑剂 5-12份
润滑剂 1.3-3份。
本发明解决了现有含有卤素阻燃剂的弹性体会产生毒性及腐蚀性气体的问题，并且能在弹性体明火燃烧过程中极大的控制发烟量。
本发明的无卤阻燃热塑性弹性体阻燃效果好，阻燃级别可以达到UL94-V0级，防火性好，发烟少，具有低析出、防滴落，高电气性能及耐热性优良；且耐磨性优异、耐臭氧性极好、硬度大、强度高、弹性好、耐低温，具有良好的耐油、耐化学药品和耐环境性能，综合性能优异。
优选的，所述聚氨酯弹性体包括聚酯型聚氨酯弹性体40-60份和聚醚型聚氨酯弹性体35-50份。
本发明通过采用聚酯型聚氨酯弹性体和聚醚型聚氨酯弹性体作为聚氨酯弹性体复配使用，并控制其重量比为8-12：7-10，制得的无卤阻燃热塑性弹性体耐磨性优异、耐臭氧性极好、硬度大、强度高、弹性好、耐低温，具有良好的耐油、耐化学药品和耐环境性能，综合性能优异。
优选的，所述磷系阻燃剂包括磷酸硼1-7份、焦磷酸铁1-8份和微胶囊化红磷10-15份。
本发明通过采用磷酸硼、焦磷酸铁和微胶囊化红磷作为磷系阻燃剂复配使用，并控制其重量比为1-7：1-8：10-15，磷系阻燃剂受热时能产生结构更趋稳定的交联状固体物质或碳化层，碳化层的形成一方面能阻止聚合物进一步热解，另一方面能阻止其内部的热分解产生物进入气相参与燃烧过程，制得的无卤阻燃热塑性弹性体阻燃效果好，发烟少。
优选的，所述磷氮系阻燃剂包括聚磷酸铵5-10份和微胶囊化聚磷酸铵0-25份。
本发明通过采用聚磷酸铵和微胶囊化聚磷酸铵作为磷氮系阻燃剂，具有磷、氮协效阻燃作用，兼有气相阻燃和凝聚相阻燃机制，受热时，表面能够生成一层均匀的碳质泡沫层，起到隔热、隔氧、抑烟的作用，并防止产生熔滴现象，故具有良好的阻燃性，阻燃效果好，热稳定性好，制得的无卤阻燃热塑性弹性体阻燃效果好，发烟少。
优选的，所述无机盐类阻燃剂包括硼酸锌、硼酸镁和硼酸钙中的至少一种。
本发明通过采用硼酸锌、硼酸镁和硼酸钙中的至少一种作为无机盐类阻燃剂，可以有效提高阻燃性能，减少燃烧时烟雾的产生，并可以调节弹性体的化学、机械和电学等方面的性能，制得的无卤阻燃热塑性弹性体阻燃效果好，发烟少。更为有优选的，所述无机盐类阻燃剂是由硼酸锌、硼酸镁和硼酸钙以重量比0.8-1.2：1.5-2.5：1组成的混合物。
优选的，所述增塑剂为磷酸酯类增塑剂。
本发明通过采用磷酸酯类增塑剂，具有优良的增塑、阻燃、耐磨、抗菌作用，既可以作为增塑剂使用，又可以作为阻燃剂使用，制得的无卤阻燃热塑性弹性体阻燃效果好。
优选的，所述磷酸酯类增塑剂包括磷酸三苯酯和/或磷酸三甲苯酯。本发明通过采用磷酸三苯酯和/或磷酸三甲苯酯作为增塑剂，可以提高无卤阻燃热塑性弹性体的阻燃性能。更为优选的，所述磷酸酯类增塑剂是由磷酸三苯酯和磷酸三甲苯酯以重量比2-4：1组成的混合物。
优选的，所述润滑剂包括季戊四醇酯 0.5-1.0份和高碳脂肪酸酯0.8-2.0份。
本发明通过采用季戊四醇酯和高碳脂肪酸酯作为润滑剂复配使用，并控制其重量比为0.5-1.0：0.8-2.0，两种润滑剂混合使用可以改善弹性体在加工过程中的流动性和脱模性。
优选的，所述季戊四醇酯包括季戊四醇硬脂酸酯和/或季戊四醇油酸酯。本发明通过采用季戊四醇硬脂酸酯和/或季戊四醇油酸酯作为润滑剂，能降低弹性体熔体的分子间摩擦，改善弹性体在加工过程中的流动性和脱模性。更为优选的，所述季戊四醇酯是由季戊四醇硬脂酸酯和季戊四醇油酸酯以重量比0.8-1.2：1组成的混合物。
所述高碳脂肪酸酯包括硬脂酸丁酯、硬脂酸单甘脂、甘油三油酸酯、甘油三软脂酸酯和甘油三硬脂酸酯中的至少一种。本发明通过采用上述高碳脂肪酸酯作为润滑剂，能降低弹性体熔体的分子间摩擦，改善弹性体在加工过程中的流动性和脱模性。更为优选的，所述高碳脂肪酸酯是由硬脂酸丁酯和硬脂酸单甘脂以重量比1：1.4-2.2组成的混合物。
一种无卤阻燃热塑性弹性体的制备方法，按重量份称取上述原料投入高速混合机中，混合3-4min，得到混合物；将混合物通过单螺杆挤出机或双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的螺杆温度设置在160-185℃，制得无卤阻燃热塑性弹性体。
本发明的制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，生产成本低，可大规模工业化生产。
本发明的有益效果在于：本发明解决了现有含有卤素阻燃剂的弹性体会产生毒性及腐蚀性气体的问题，并且能在弹性体明火燃烧过程中极大的控制发烟量。
本发明的无卤阻燃热塑性弹性体阻燃效果好，阻燃级别可以达到UL94-V0级，防火性好，发烟少，具有低析出、防滴落，高电气性能及耐热性优良；且耐磨性优异、耐臭氧性极好、硬度大、强度高、弹性好、耐低温，具有良好的耐油、耐化学药品和耐环境性能，综合性能优异。
本发明的制备方法工艺简单，操作控制方便，质量稳定，生产效率高，生产成本低，可大规模工业化生产。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。
实施例1
一种无卤阻燃热塑性弹性体，包括如下重量份的原料：
聚氨酯弹性体 75份
磷系阻燃剂 12份
磷氮系阻燃剂 5份
无机盐类阻燃剂 1份
增塑剂 5份
润滑剂 1.3份。
所述聚氨酯弹性体包括聚酯型聚氨酯弹性体40份和聚醚型聚氨酯弹性体35份。
所述磷系阻燃剂包括磷酸硼1份、焦磷酸铁1份和微胶囊化红磷10份。
所述磷氮系阻燃剂包括聚磷酸铵5份。
所述无机盐类阻燃剂为硼酸锌。
所述增塑剂为磷酸酯类增塑剂。
所述磷酸酯类增塑剂为磷酸三苯酯。
所述润滑剂包括季戊四醇酯 0.5份和高碳脂肪酸酯0.8份。
所述季戊四醇酯为季戊四醇硬脂酸酯；所述高碳脂肪酸酯为硬脂酸丁酯或硬脂酸单甘脂。
一种无卤阻燃热塑性弹性体的制备方法，按重量份称取上述原料投入高速混合机中，混合3min，得到混合物；将混合物通过单螺杆挤出机或双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的螺杆温度设置在160-185℃，制得无卤阻燃热塑性弹性体。
实施例2
一种无卤阻燃热塑性弹性体，包括如下重量份的原料：
聚氨酯弹性体 83份
磷系阻燃剂 15份
磷氮系阻燃剂 14份
无机盐类阻燃剂 1.5份
增塑剂 6份
润滑剂 1.7份。
所述聚氨酯弹性体包括聚酯型聚氨酯弹性体45份和聚醚型聚氨酯弹性体38份。
所述磷系阻燃剂包括磷酸硼2份、焦磷酸铁2份和微胶囊化红磷11份。
所述磷氮系阻燃剂包括聚磷酸铵6份和微胶囊化聚磷酸铵8份。
所述无机盐类阻燃剂是由硼酸锌、硼酸镁和硼酸钙以重量比0.8：1.5：1组成的混合物。
所述增塑剂为磷酸酯类增塑剂。
所述磷酸酯类增塑剂是由磷酸三苯酯和磷酸三甲苯酯以重量比2：1组成的混合物。
所述润滑剂包括季戊四醇酯0.6份和高碳脂肪酸酯1.1份。
所述季戊四醇酯是由季戊四醇硬脂酸酯和季戊四醇油酸酯以重量比0.8：1组成的混合物；所述高碳脂肪酸酯是由硬脂酸丁酯和硬脂酸单甘脂以重量比1：1.4组成的混合物。
一种无卤阻燃热塑性弹性体的制备方法，按重量份称取上述原料投入高速混合机中，混合3.5min，得到混合物；将混合物通过单螺杆挤出机或双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的螺杆温度设置在160-185℃，制得无卤阻燃热塑性弹性体。
实施例3
一种无卤阻燃热塑性弹性体，包括如下重量份的原料：
聚氨酯弹性体 92份
磷系阻燃剂 20份
磷氮系阻燃剂 23份
无机盐类阻燃剂 2份
增塑剂 8份
润滑剂 2.2份。
所述聚氨酯弹性体包括聚酯型聚氨酯弹性体50份和聚醚型聚氨酯弹性体42份。
所述磷系阻燃剂包括磷酸硼4份、焦磷酸铁4份和微胶囊化红磷12份。
所述磷氮系阻燃剂包括聚磷酸铵8份和微胶囊化聚磷酸铵15份。
所述无机盐类阻燃剂是由硼酸锌、硼酸镁和硼酸钙以重量比1：2：1组成的混合物。
所述增塑剂为磷酸酯类增塑剂。
所述磷酸酯类增塑剂是由磷酸三苯酯和磷酸三甲苯酯以重量比3：1组成的混合物。
所述润滑剂包括季戊四醇酯 0.8份和高碳脂肪酸酯1.4份。
所述季戊四醇酯是由季戊四醇硬脂酸酯和季戊四醇油酸酯以重量比1：1组成的混合物；所述高碳脂肪酸酯是由硬脂酸丁酯和硬脂酸单甘脂以重量比1：1.8组成的混合物。
一种无卤阻燃热塑性弹性体的制备方法，按重量份称取上述原料投入高速混合机中，混合3.5min，得到混合物；将混合物通过单螺杆挤出机或双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的螺杆温度设置在160-185℃，制得无卤阻燃热塑性弹性体。
实施例4
一种无卤阻燃热塑性弹性体，包括如下重量份的原料：
聚氨酯弹性体 101份
磷系阻燃剂 26份
磷氮系阻燃剂 29份
无机盐类阻燃剂 2.5份
增塑剂 10份
润滑剂 2.6份。
所述聚氨酯弹性体包括聚酯型聚氨酯弹性体55份和聚醚型聚氨酯弹性体46份。
所述磷系阻燃剂包括磷酸硼6份、焦磷酸铁6份和微胶囊化红磷14份。
所述磷氮系阻燃剂包括聚磷酸铵9份和微胶囊化聚磷酸铵20份。
所述无机盐类阻燃剂是由硼酸锌、硼酸镁和硼酸钙以重量比1.2：2.5：1组成的混合物。
所述增塑剂为磷酸酯类增塑剂。
所述磷酸酯类增塑剂是由磷酸三苯酯和磷酸三甲苯酯以重量比4：1组成的混合物。
所述润滑剂包括季戊四醇酯 0.9份和高碳脂肪酸酯1.7份。
所述季戊四醇酯是由季戊四醇硬脂酸酯和季戊四醇油酸酯以重量比1.2：1组成的混合物；所述高碳脂肪酸酯是由硬脂酸丁酯和硬脂酸单甘脂以重量比1：2.2组成的混合物。
一种无卤阻燃热塑性弹性体的制备方法，按重量份称取上述原料投入高速混合机中，混合3.5min，得到混合物；将混合物通过单螺杆挤出机或双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的螺杆温度设置在160-185℃，制得无卤阻燃热塑性弹性体。
实施例5
一种无卤阻燃热塑性弹性体，包括如下重量份的原料：
聚氨酯弹性体 110份
磷系阻燃剂 30份
磷氮系阻燃剂 35份
无机盐类阻燃剂 3份
增塑剂 12份
润滑剂 3份。
所述聚氨酯弹性体包括聚酯型聚氨酯弹性体60份和聚醚型聚氨酯弹性体50份。
所述磷系阻燃剂包括磷酸硼7份、焦磷酸铁8份和微胶囊化红磷15份。
所述磷氮系阻燃剂包括聚磷酸铵10份和微胶囊化聚磷酸铵25份。
所述无机盐类阻燃剂包括硼酸镁或硼酸钙。
所述增塑剂为磷酸酯类增塑剂。
所述磷酸酯类增塑剂为磷酸三甲苯酯。
所述润滑剂包括季戊四醇酯 1.0份和高碳脂肪酸酯2.0份。
所述季戊四醇酯为季戊四醇油酸酯；所述高碳脂肪酸酯为甘油三油酸酯、甘油三软脂酸酯或甘油三硬脂酸酯。
一种无卤阻燃热塑性弹性体的制备方法，按重量份称取上述原料投入高速混合机中，混合4min，得到混合物；将混合物通过单螺杆挤出机或双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的螺杆温度设置在160-185℃，制得无卤阻燃热塑性弹性体。
实施例1-5制得的无卤阻燃热塑性弹性体的机械物理性能如表1所示。
表1
| 测试项目 | 标准值 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 实施例5 |
| 拉伸强度（MPa） | ≥15.0 | 32.7 | 34.8 | 36.1 | 36.5 | 33.6 |
| 弯曲强度（MPa） | ≥15.0 | 47.3 | 49.2 | 52.1 | 54.9 | 45.7 |
| 断裂伸长率（%） | ≥150 | 396 | 401 | 408 | 419 | 398 |
| 硬度/Shore D | ≥50 | 80 | 83 | 85 | 86 | 81 |
| 阻燃/ UL94 | V2 | V0 | V0 | V0 | V0 | V0 |
| 发烟量 | 较少 | 极少 | 极少 | 极少 | 极少 | 极少 |
从表1可以看出，本发明的无卤阻燃热塑性弹性体解决了现有含有卤素阻燃剂的弹性体会产生毒性及腐蚀性气体的问题，并且能在弹性体明火燃烧过程中极大的控制发烟量。
本发明的无卤阻燃热塑性弹性体阻燃效果好，阻燃级别可以达到UL94-V0级，防火性好，发烟少，具有低析出、防滴落，高电气性能及耐热性优良；且耐磨性优异、耐臭氧性极好、硬度大、强度高、弹性好、耐低温，具有良好的耐油、耐化学药品和耐环境性能，综合性能优异。
上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本发明构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种无卤阻燃热塑性弹性体，其特征在于：包括如下重量份的原料：
聚氨酯弹性体 75-110份
磷系阻燃剂 12-30份
磷氮系阻燃剂 14-35份
无机盐类阻燃剂 1-3份
增塑剂 5-12份
润滑剂 1.3-3份；
所述磷系阻燃剂包括磷酸硼1-7份、焦磷酸铁1-8份和微胶囊化红磷10-15份；
所述磷氮系阻燃剂包括聚磷酸铵6-10份和微胶囊化聚磷酸铵8-25份；
所述无机盐类阻燃剂是由硼酸锌、硼酸镁和硼酸钙以重量比0.8-1.2：1.5-2.5：1组成的混合物；
所述润滑剂包括季戊四醇酯 0.5-1.0份和高碳脂肪酸酯0.8-2.0份；
所述季戊四醇酯包括季戊四醇硬脂酸酯和/或季戊四醇油酸酯；所述高碳脂肪酸酯包括硬脂酸丁酯、硬脂酸单甘脂、甘油三油酸酯、甘油三软脂酸酯和甘油三硬脂酸酯中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃热塑性弹性体，其特征在于：所述聚氨酯弹性体包括聚酯型聚氨酯弹性体40-60份和聚醚型聚氨酯弹性体35-50份。
3.根据权利要求1所述的一种无卤阻燃热塑性弹性体，其特征在于：所述增塑剂为磷酸酯类增塑剂。
4.根据权利要求3所述的一种无卤阻燃热塑性弹性体，其特征在于：所述磷酸酯类增塑剂包括磷酸三苯酯和/或磷酸三甲苯酯。
5.如权利要求1-4任一项所述的一种无卤阻燃热塑性弹性体的制备方法，其特征在于：按重量份称取上述原料投入高速混合机中，混合3-4min，得到混合物；将混合物通过单螺杆挤出机或双螺杆挤出机挤出造粒，挤出机的螺杆温度设置在160-185℃，制得无卤阻燃热塑性弹性体。
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| CP03 | Change of name, title or address | ||
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