CN106939088A - 一种无卤氮磷复配膨胀型阻燃剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种无卤氮磷复配膨胀型阻燃剂及其制备方法，其是以氮磷为主要成分的复合阻燃剂。该产品经过特殊的配方复合和工艺生产，阻燃效果显著，其外观是白色(结晶或无定形)粉末，本身是一种混合物，通过P‑N的协效作用对PP阻燃，阻燃好，热稳定性高，分解温度大于280℃，残炭率高，吸潮性小，具极佳的分散性，化学稳定性好，可与其它物质混合不易起化学变化。

Description

一种无卤氮磷复配膨胀型阻燃剂及其制备方法
技术领域
本发明涉及阻燃剂领域，具体为一种无卤氮磷复配膨胀型阻燃剂及其制备方法。
背景技术
高分子材料因其性能优异、价格低廉而被广泛地应用于国民经济和人民生活的各个领域，2000年仅塑料的生产量即达1.7亿吨，其体积大大超过同年生产的钢材体积。但是大多数高聚物属于易燃、可燃材料，在燃烧时热释放速率大，热值高，火焰传播速度快，不易熄灭，有时还产生浓烟和有毒气体，造成对环境的危害，对人们的生命安全形成巨大的威胁，例如近年来发生火灾频繁，特大火灾伤人事故常有发生，特别是公共场所几次火灾造成重大人员死伤和财产损失，社会影响很大。因此，预防火灾成为人们心中迫切的愿望，如何提高合成高聚物及天然高聚物材料的阻燃性己成为一个急需解决的问题。
阻燃剂按照其元素种类可分为：卤系、磷系、卤－磷系、氮系、硅系、铝镁系等，按化学结构分为无机阻燃剂、有机阻燃剂、高分子阻燃剂等，按阻燃剂与被阻燃材料关系分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。通常在塑料阻燃改性中常采用的方法是添加型阻燃剂共混改性的方法。
阻燃作用是通过一个或几个要素来实现的，其中包括六个方面：提高材料热稳定性、捕捉游离基、形成非可燃性保护膜、吸收热量、形成重质气体隔离层、稀释氧气和可燃性气体。目前常采用阻燃剂行为主要是通过冷却、稀释、形成隔离膜的物理途径和终止自由基的化学途径来实现。
常采用的阻燃剂包括：铝镁系阻燃剂，即氢氧化镁、氢氧化铝；磷系阻燃剂；溴系阻燃剂；氮系阻燃剂等。由于聚烯烃类材料质地发脆，抗冲击性能不好，如果在聚烯烃类材料中引入相溶性差的无机材料，如氢氧化镁、氢氧化铝，往往会使聚烯烃类材料的机械性能恶化，拉伸强度、冲击强度可能会不能满足指标，失去使其原本价值。
溴系阻燃剂是卤系阻燃剂中的代表，由于添加量少等优点使其成为被广泛使用的阻燃剂，但溴系阻燃剂遇到的最大问题体现在环保等方面。自从RoHS指令颁布并实施，环保性就成为溴系阻燃剂最大障碍，其燃烧产生“二恶英”已经成为公认。磷系和氮系阻燃剂相对于上述类型阻燃剂，其效率较低，市场也较少应用。
针对以上问题，尤其是环保问题，新的类型阻燃剂，如复配膨胀型氮磷阻燃剂日益得到市场的认可，尤其是出口到日本、美国和欧盟的生产厂家。
随着人们生活水平的不断提高和材料工业的高速发展，合成高分子材料普遍应用于人们的生产和生活中。这些合成高分子材料大多都极易燃烧，且燃烧时生成大量的有毒有害物质，严重威胁着人们的生命安全。在我国每年火灾发生的频率多达20万余次，且还在呈上升趋势，给国家带来了巨大的经济损失，而人员的伤亡的情况更为惨重。因此，对聚合物材料的阻燃改性研究是非常重要和必要的。
据不完全统计，我国阻燃剂生产量的年平均增长率估计可达15％-20％，远远高于全球3％-4％的水平。2010年国内塑料制品产量为5830.38万吨，根据塑料制品业规划目标，塑料制品产量达到约10000万吨，在2010年基础上实现再翻一番的目标。
发明内容
本发明的目的在于提供一种节约成本同时阻燃效果好的无卤氮磷复配膨胀型阻燃剂及其制备方法。
一种无卤氮磷复配膨胀型阻燃剂，其特征在于，其是由下述重量份的原料制得：聚磷酸铵40-55,三聚氰胺15-25，聚戊四醇12-15，尿酸酯7-11，无机添加剂5-10，硼酸锌0.2-0.4，离子型表面活性剂0.3-2。
所述的一种无卤氮磷复配膨胀型阻燃剂，其特征在于，无机添加剂指的是氢氧化镁或者氢氧化铝。
所述的无卤氮磷复配膨胀型阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照比例将原料聚磷酸铵,三聚氰胺，聚戊四醇，尿酸酯加入反应釜，通过控制反应釜搅拌机转速控制反应釜温度以10-12℃/分缓慢升高，至80-100℃保持14-16分钟，并通过加料口缓慢加入无机添加剂和硼酸锌，5-10分钟后缓慢加入离子型表面活性剂，10-16分钟停止反应出料。该过程通过物理吸附和化学反应使其与无机微粒作用以减小其表面极性。
本发明的有益效果：
(1)本发明是以氮磷为主要成分的复合阻燃剂。该产品经过特殊的配方复合和工艺生产，阻燃效果显著，其外观是白色(结晶或无定形)粉末，本身是一种混合物，通过P-N的协效作用对聚烯烃阻燃，阻燃好，热稳定性高，分解温度大于280℃，且残炭率高，吸潮性小，具极佳的分散性，化学稳定性好，可与其它物质混合不易起化学变化；本发明无毒、无卤、环保，采用氮磷协同阻燃，燃烧过程没有卤素等产物释放，产品通过MSDS认证；
(2)本发明使用时对填料不敏感，且添加量少，有利于降低产品的成本，提高产品的性价比；对于市场现有产品应用于PP的添加量为25-32％，才能达到v0级标准，本品添加到PPH(均聚PP)14-16％，PPB(共聚PP)15-20％，HIPS18-22％即能达到v0级标准；
(3)本发明的价格低，性价比高；市场上与本产品类似的价格约为29000-36000元/吨，过去占较高使用量的溴系(十溴)阻燃剂价格约为4500元/吨。本品价格成本约19000元/吨，其阻燃作用与进口阻燃产品相当，完全可以替代价格昂贵的进口阻燃剂；
(4)该型阻燃剂经过特殊的配方复合和工艺生产，阻燃效果显著，其外观是白色(结晶或无定形)粉末，本身是一种混合物，通过物质之间的协调作用对聚烯烃阻燃。阻燃效果好，热稳定性高，分解温度大于280℃(见附图1)，残碳率高，吸潮性小，其极佳的分散性，化学稳定性好，可与其它物质混合不易起化学变化；
(5)该生产工艺清晰环保，无废水、废气、废渣及噪声排放，且生产过程易于控制，产品质量容易控制。
附图说明
图1为本发明的阻燃剂热分析图。
具体实施方式
实施例1、
一种无卤氮磷复配膨胀型阻燃剂，其是由下述重量(kg)的原料制得：聚磷酸铵40,三聚氰胺25，聚戊四醇15，尿酸酯7，氢氧化铝5，硼酸锌0.4，离子型表面活性剂2。
所述的无卤氮磷复配膨胀型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
按照比例将原料聚磷酸铵,三聚氰胺，聚戊四醇，尿酸酯加入反应釜，通过控制反应釜搅拌机转速控制反应釜温度以10℃/分缓慢升高，至100℃保持15分钟，并通过加料口缓慢加入无机添加剂和硼酸锌，10分钟后缓慢加入离子型表面活性剂，10分钟停止反应出料。
以本实施例为原料制备共聚PP为例，将17-20％的阻燃剂添加到共聚PP母粒中，混合搅拌均匀后，压片。下表为纯PPB母粒与阻燃母粒性能比较。
实施例2、
一种无卤氮磷复配膨胀型阻燃剂，其是由下述重量(kg)的原料制得：
聚磷酸铵45,三聚氰胺15，聚戊四醇12，尿酸酯10，氢氧化铝5，硼酸锌0.2，离子型表面活性剂0.5。
所述的无卤氮磷复配膨胀型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
按照比例将原料聚磷酸铵,三聚氰胺，聚戊四醇，尿酸酯加入反应釜，通过控制反应釜搅拌机转速控制反应釜温度以10℃/分缓慢升高，至100℃保持15分钟，并通过加料口缓慢加入无机添加剂和硼酸锌，8分钟后缓慢加入离子型表面活性剂，10分钟停止反应出料。
质量指标：
产品用途：主要用于聚烯烃产品，如各类片材，薄膜，电线电缆，热缩套管，泡棉，珍珠棉等。作为新型环保无卤阻燃剂可应用聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯天然树脂、聚碳酸酯、聚氨酯、EVA、热范性弹性体，以及环氧气、酚醛、氨基和不达到最高限度聚酯等天然树脂，符合并可通过欧美各种环保标准，如ROHS、PAHS、REACH等。
应用指导：本实施例添加量为15-20％，可获得UL94V0(1.6mm)级别，增加添加量(约25-30％)更可通过UL1581VW-1，5VA等不同阻燃等级要求，力学性能可满足各种制品要求，加工时各区段温控按常规设定操作，切不可随意添加其它填料，以免阻燃失效。

Claims (3)

1.一种无卤氮磷复配膨胀型阻燃剂，其特征在于，其是由下述重量份的原料制得：聚磷酸铵40-55,三聚氰胺15-25，聚戊四醇12-15，尿酸酯7-11，无机添加剂5-10，硼酸锌0.2-0.4，离子型表面活性剂0.3-2。
2.根据权利要求1所述的一种无卤氮磷复配膨胀型阻燃剂，其特征在于，无机添加剂指的是氢氧化镁或者氢氧化铝。
3.一种如权利要求1所述的无卤氮磷复配膨胀型阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按照比例将原料聚磷酸铵,三聚氰胺，聚戊四醇，尿酸酯加入反应釜，通过控制反应釜搅拌机转速控制反应釜温度以10-12℃/分缓慢升高，至80-100℃保持14-16分钟，并通过加料口缓慢加入无机添加剂和硼酸锌， 5-10分钟后缓慢加入离子型表面活性剂，10-16分钟停止反应出料。
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