阻燃聚合物复合材料制造技术

本发明专利技术公开了一种阻燃聚合物复合材料，其由树脂体系、膨胀型阻燃剂和阻燃协效剂通过挤出机或者开炼机熔融复合而成，所述膨胀型阻燃剂由三嗪类化合物和多聚磷酸盐组成，所述阻燃协效剂为含硅镁无机物，三嗪类化合物具有良好的热稳定性和耐水性，将其用作炭源和气源，与聚磷酸铵复配而组成的膨胀型阻燃剂应用于聚合物阻燃，其阻燃效果良好，所获得的炭层展现出致密连续的结构，加入含硅镁无机物作为阻燃协效剂，从而促进炭层形成，改善炭层质量，在保持同样阻燃剂添加量的条件下，获得阻燃性更高的阻燃聚合物材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机聚合物的阻燃助剂，具体是添加少量的阻燃协效剂于三嗪类膨胀型阻燃剂阻燃的聚合物复合材料，提高其阻燃性能。
技术介绍
膨胀型阻燃剂具有无卤、低毒和低烟的特点，符合阻燃材料绿色化的发展趋势，近年来广受青睐。相比无机型(如氢氧化镁和氢氧化铝等)环保阻燃剂，膨胀型阻燃剂具有更高阻燃效率和更良好的树脂相容性，添加量更少，因而能更好保持其树脂的力学性能，被认为是实现无卤化聚烯烃阻燃最为切实可行的途径之一。膨胀型阻燃剂一般由成炭剂、酸源(通常为多聚磷酸盐)和气源(如含氮化合物)三种主要成分组成，在高温条件下，多聚磷酸盐转化为多聚偏磷酸(酸源)，并与炭源发生酯化反应，分解形成的烯烃类化合物环化成多核芳香环炭结构，最后在材料表面形成炭层，起到阻隔热量和氧气的作用而实现材料的阻燃。传统的成炭剂多为含羟基化合物，虽然具有良好的成炭性，但其热稳定性和耐水性差，在与树脂的高温复合中以及所制备的阻燃材料在潮湿环境中使用均受到很大限制。三嗪类化合物是近年广受关注的成炭剂，它不但具有良好的成炭效果和耐水性，而且集炭源和气源一体。目前已经设计和合成三嗪类化合物的种类包括小分子化合物(例如见欧洲专利EP92203464.0)，以及耐水性和耐热性更佳的高分子化合物(例如见中国专利CN1715272A，欧洲专利EP91115497. 9 ，美国专利US4504610)。为了实现膨胀型阻燃聚烯烃材料达到UL94-V0的阻燃级别，膨胀型阻燃剂的添加量通常需要占阻燃材料的25以上，特别是对用于薄制品(如电线电缆)的阻燃聚烯烃料，添加量需要在38%以上，这给保持制品的机械性能和表面光滑带来一定的技术难度。阻燃协效剂被用来辅助主阻燃剂实现对聚合物更好的阻燃效果，例如中国专利CN1569962A提供一种有机硅阻燃协效剂，以辅助氢氧化物为主阻燃剂的阻燃聚合物提高其氧指数和阻燃级别；中国专利CN101186828采用酸性分子筛上负载促进成炭交联的过渡金属元素和磷氮系膨胀型阻燃剂配伍使用，使磷氮系膨胀型阻燃剂阻燃有机聚合物的分解温度提高，进而改善了其稳定性和阻燃性能。然而，目前还没有专利涉及用于三嗪类膨胀型阻燃剂的阻燃协效剂。本专利技术以三嗪类化合物和多聚磷酸盐构成的膨胀型阻燃剂为基础，在膨胀阻燃聚烯材料的制备过程中，加入少量的硅镁无机物粉体作为阻燃协效剂。与未添加这类阻燃协效剂相比，这类阻燃协效剂的加入，能有效促进成炭过程，提高阻燃性能且无熔滴；延长燃烧过程，增大燃烧残余率，提高氧指数，而且炭层更加致密；此外，这类阻燃协效剂的加入对体系的力学性能没有明显影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种阻燃聚合物复合材料，通过在膨胀型阻燃剂阻燃聚烯烃基础上，加入含硅镁无机物作为阻燃协效剂，从而促进炭层形成，改善炭层质量，在保持同样阻燃剂添加量的条件下，获得阻燃性更高的阻燃聚合物材料。本专利技术通过如下技术方案实现。所述阻燃聚合物复合材料由树脂体系、膨胀型阻燃剂和阻燃协效剂通过挤出机或者开炼机熔融复合而成，所述膨胀型阻燃剂由三嗪类化合物和多聚磷酸盐组成，多聚磷酸盐起到酸源的作用，而三嗪化合物用作成炭剂，同时兼有气源的功能。所使用的多聚磷酸盐选用具有良好的热稳定性，以满足聚合物加工的要求，同时也要求具有低的水溶性，以使阻燃聚合物材料获得良好的耐潮湿性，由此可以选用的聚磷酸盐可以是聚合度大于IOOO的II型聚磷酸铵。聚磷酸盐的粒径一般在l 50nm范围。三嗪化合物可以是三嗪低分子化合物，如4-氨基喹啉三嗪等，或含三嗪的线性聚合物，如含磷三嗪环聚合物、聚(哌嗪一氨基三嗪)等、或者是含三嗪的交联型聚合物，如三聚氰胺和异氰尿酸三縮水甘油的交联聚合物。所述三嗪类化合物的粒径为l 5(Vm。将三嗪化合物和多聚磷酸盐放入高速搅拌器混合，多聚磷酸盐和三嗪类化合物的质量比2: 1 8: 1，最好为4 6: 1。搅拌均匀后，作为膨胀型阻燃剂备用。树脂体系选用聚烯烃，这包括聚乙烯，如低密度聚乙烯、线性低密度聚乙烯、中密度聚乙烯和高密度聚乙烯；聚丙烯，如无规共聚聚丙烯、均聚聚丙烯；聚(乙烯一醋酸乙烯酯)，如醋酸乙烯酯含量可以是12% 40%;以及三者或者任何二者按任何质量比的复合。含有硅镁的无机粉体用作膨胀型阻燃剂阻燃聚烯烃的协效阻燃，起到催化成炭的作用。这类无机物可以是合成的硅酸镁，也可以是天然无机粉体，如滑石粉、合成硅酸镁、云母4或者氟化云母，其中氧化硅和氧化镁在无机物的质量含量可以是Si02 43. 13 49. 04%，Mg0 27. 93 37. 44%，粉体的粒径为1 50nm。上述阻燃聚合物复合材料中，树脂体系、膨胀型阻燃剂和硅镁无机物三者所占的质量百分数为聚烯烃树脂60% 78.8%，较好为65% 75%;膨胀型阻燃剂20% 40%，较好为25 35%;硅镁无机物0.5% 4%，较好为1. 5% 2. 5%。混炼均匀后，通过注塑机或者平板硫化机模压成型，制得测试所需要的样条。本专利技术在以聚磷酸铵和三嗪化合物构成的膨胀型阻燃剂基础上，通过加入少量硅镁化合物作为阻燃协效剂，用于制备聚合物阻燃材料，与现有技术相比，本专利技术具有如下优点(l)能有效促进成炭过程，提高阻燃性能且无熔滴；(2)燃烧过程延长，燃烧残余率增大，而且炭层更加致密，氧指数提高；(3)在达到同样垂直燃烧阻燃级别下，可以降低膨胀阻燃剂的用量；(4)这类阻燃协效剂的加入不影响加工性能，同时对体系的力学性能没有明显影响。具体实施例方式下面通过具体的实施例子对本专利技术进行详细说明。对比例1:称取中密度聚乙烯(PE3802，法国阿托公司)66克，聚(乙烯一醋酸乙烯酯)(EVA260,日本三井公司)134克，搅拌均匀后，用开炼机进行熔融混合，开炼机的温度为140 150。C，混炼10分钟，然后在温度为160 。C的平板硫化机中模压成型。用裁样机按测试要求制样。拉伸强度为15.4MPa，断裂伸长率为810%。燃烧测试结果总燃烧时间20秒；垂直燃烧(F-V L6咖):V0;极限氧指数28.5。这里垂直燃烧实验按照GB/T2408-96进行测试，样品尺寸125隱X12.5腿X1.6 mm;氧指数按照GB/T2406-93进行测试，样品尺寸85 mmX10mmX3. 2 mm。以下实施例同。对比例2:称取中密度聚乙烯(PE3802，法国阿托公司)46克，聚(乙烯一醋酸乙烯酯)(EVA260，日本三井公司)90克，膨胀型阻燃剂(4-氨基喹啉三嗪和APP质量比为1:5) 64克，搅拌均匀后，用开炼机进行熔融混合，开炼机的温度为140 150 。C，混炼10分钟，然后在温度为160 C的平板硫化机中模压成型。用裁样机按测试要求制样。拉伸强度为12. 0MPa，断裂伸长率为670%。垂直燃烧为V-2，总燃烧时间27s，试样拉长，氧指数为33.2。实施例1:称取中密度聚乙烯(PE3802，法国阿托公司)46克，聚(乙烯一醋酸乙烯酯)(EVA260，日本三井公司)90克，膨胀型阻燃剂(4-氨基喹啉三嗪和APP质量比为1: 5) 63克，合成硅酸镁(香港先进技术工业有限公司)1克，搅拌均匀后，用开炼机进行熔融混合，开炼机的温度为140 150°C，混炼10分钟，然后在温度为160 。C的平板硫化机中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻燃聚合物复合材料，其特征是由树脂体系、膨胀型阻燃剂和阻燃协效剂通过挤出机或者开炼机熔融复合而成，所述膨胀型阻燃剂由三嗪类化合物和多聚磷酸盐组成，多聚磷酸盐和三嗪类化合物的质量比为２∶１～８∶１；所述阻燃协效剂为含硅镁无机物，其中ＳｉＯ↓［２］的质量含量为４３．１３～４９．０４％，ＭｇＯ的质量含量为２７．９３～３７．４４％，粉体的粒径为１～５０μｍ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姜宏伟，靳晓雨，王宇旋，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]