一种改性半焦阻燃抑烟剂的制备及在制备PVC复合材料中的应用制造技术

本发明专利技术提供了一种改性半焦阻燃抑烟剂，是由（3

【技术实现步骤摘要】
一种改性半焦阻燃抑烟剂的制备及在制备PVC复合材料中的应用


[0001]本专利技术涉及一种阻燃抑烟剂，尤其涉及一种改性半焦阻燃抑烟剂的制备方法，本专利技术同时还涉及该改性半焦阻燃抑烟剂在制备PVC复合材料中的应用。

技术介绍

[0002]聚氯乙烯（PVC）是一类历史悠久的热塑性塑料，添加不同量的增塑剂，可以制成软质、硬质和半硬质制品，PVC还可以与其它聚合物共混进行改性，做成种类繁多、性能各异的制品，同时PVC树脂具有很多的优良性能，例如绝缘性能好、产品的透明性好，还具有难燃型和耐腐蚀性等优点，已经广泛应用于建筑、包装、医药等诸多行业，具有非常广泛的前景。PVC属于无定形高分子聚合物，是氯乙烯单体在引发剂的作用下通过自由基聚合而成。其本身含氯量高达56%，氧指数（LOL）高达45%～49%，但是由于增塑剂的使用使其氧指数降低，有时甚至降低至21%以下。并且PVC的热稳定性差，在燃烧过程中难以软化，有烟产生，并有酸味气体产生，同时还会产生HCl和氯气等有毒气体。PVC燃烧过程分2步：首先在240~340 ℃燃烧分解出HCl和含有双键的二烯烃，然后在400~470 ℃发生炭的燃烧。PVC在燃烧过程中脱除HCl后生成共轭双键不饱和烃，接着碳链断裂成低分子产物、自由基等，分子发生重排、环化形成苯核，聚合成稠环芳香族结构的树脂，最后变成焦炭和石墨化炭粒。PVC 最终热解产物有HCl、多烯、苯、芳香族化合物、低分子烯烃和烷烃等，有足够数量的中间产物参与热解，从而形成了黑烟，这使得PVC在火灾中燃烧时产生大量的黑烟和腐蚀性气体，造成二次危害，严重影响着人们的生命财产安全，污染人们的生存环境。火灾事故中的人员致死原因80%以上与材料产生的浓烟和有毒气体有关。因此，降低PVC燃烧过程中的发烟量对PVC的应用推广、提高PVC产品的安全性具有重要意义。
[0003]国内目前使用最广的PVC抑烟剂有钼系化合物中的三氧化钼和八钼酸铵，当加入0.5~3.0份时，生烟量可降低30%~80%。其它钼化合物如八钼酸按、十钼酸胺、钼酸锌基复合物、钼酸钙基复合物都有很好的抑烟效果，如三氧化钼与Cu2O协效体系，在保持100份PVC基体中加入4份抑烟剂，抑烟效果最高。在抑烟剂体系中，如有机二茂铁及含铁化合物也对PVC体系有明显的抑烟效果，如在100份PVC中添加1.5~2份二茂铁就能有效抑制PVC燃烧时的发烟量，其它含铁化合物如FeCl3、FeCl2和Fe2O3都有良好的阻燃抑烟作用。但由于以上抑烟剂体系价格昂贵，导致PVC成本增大。因此寻求出一种无毒无污染、制备简单、来源丰富、环保、价格低廉的PVC抑烟剂是该领域的热重点，以满足国内PVC市场需求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种改性半焦阻燃抑烟剂的制备方法。
[0005]本专利技术的另一个目的是提供该改性半焦阻燃抑烟剂在制备PVC复合材料中的应用。
[0006]一、改性半焦阻燃抑烟剂的制备
本专利技术一种改性半焦阻燃抑烟剂的制备方法，是将半焦粉体分散在水中，超声搅拌使半焦的片层结构打开，然后加入有机改性剂（3-三乙氧基硅基）丙基琥珀酸酐与3-（二乙氧基硅基）丙胺复配物，于60~100℃下搅拌反应0.5~3h，离心，洗涤，干燥，粉碎，得到改性半焦阻燃抑烟剂。
[0007]所述半焦粉体半焦粉体的粒度为3000~5000目。
[0008]所述有机改性剂（3-三乙氧基硅基）丙基琥珀酸酐与3-（二乙氧基硅基）丙胺复配物的加入量为半焦粉体质量的0.5~3%。
[0009]所述有机改性剂（3-三乙氧基硅基）丙基琥珀酸酐与3-（二乙氧基硅基）丙胺复配物中，（3-三乙氧基硅基）丙基琥珀酸酐与3-（二乙氧基硅基）丙胺的复配质量比为1:1~1:5。
[0010]图1为（3-三乙氧基硅基）丙基琥珀酸酐（a）、半焦（b）、3-（二乙氧基硅基）丙胺（c）、改性半焦（d）的红外光谱图。从图中可看出，（3-三乙氧基硅基）丙基琥珀酸酐2920 cm-1
处的特征吸收峰，3-（二乙氧基硅基）丙胺1560cm-1
处的特征吸收峰均出现在改性半焦中，说明两种有机物（3-三乙氧基硅基）丙基琥珀酸酐和3-（二乙氧基硅基）丙胺已经完全接枝到半焦表面，改性半焦制备成功。
[0011]二、阻燃抑烟PVC复合材料的制备及性能本专利技术阻燃抑烟PVC复合材料是以改性半焦为阻燃抑烟剂，以PVC为基体通过密炼共混、硫化压片制得，具体组分配比和制备方法如下：组分配比，以重量份计：聚氯乙烯180~220份、改性半焦10~20份、氯化石蜡18~30份、DOTP 55~90份、轻质碳酸钙45~65份、钙锌稳定剂3~10份、助剂2~6份、三氧化二锑2~8份。
[0012]制备方法：将聚氯乙烯、改性半焦、氯化石蜡、DOTP、轻质碳酸钙、钙锌稳定剂、助剂、三氧化二锑通过物理搅拌的共混方法混合均匀，再通过密炼共混、硫化压片方法制备而得。
[0013]图2（a）是未添加半焦的PVC复合材料燃烧后的扫描电镜图，（b）为添加15份改性半焦PVC复合材料燃烧后的扫描电镜图。从图中可以看出未添加半焦的复合材料为多孔结构，燃烧后分子间与分子间孔隙较大；而添加改性半焦后的PVC复合材料大大减小了分子与分子间的孔隙，且形成了更紧密的碳层，因而有明显的抑烟效果。
[0014]按表1的不同配方制备PVC复合材料。按照国标GB/T 32129-2015测试不同配方PVC复合材料的烟密度，氧指数及力学性能，结果如表2。通过表2可以看出，使用半焦或者改性半焦替代部分轻质碳酸钙后，材料的各种性能均变好，其中改性半焦最佳。主要原因是有机物改性后，半焦与PVC的结合更加紧密，分散更加均匀。
[0015]不同配方PVC复合材料锥形量热测试数据如表3。由表3可以看出，未添加半焦的PVC复合材料的峰值热释放速率（PHRR）高达236.9405kw/m2，而添加了15份半焦后的峰值热释放速率降低到了177.7436 kw/m2，改性半焦则进一步降低到了171.2653 kw/m2，且平均热释放速率（MHRR
180
）、总热释放速率（THR）、质量变化参数（MLR）、有效燃烧热（EHC）、一氧化碳释放量（COY）、二氧化碳释放量（CO2Y）、总耗氧量（TOC）在加入改性半焦后也有明显的降低。未添加半焦的点火时间（TTI）为31s，加入15份半焦的点火时间延长到了96s，改性半焦则进一步延长到了101s，再次验证了改性半焦对PVC体系的耐火抑烟性能。通过对比发现经过两种复配改性剂对半焦表面改性后各项性能最佳。
[0016]综上所述，本专利技术首先使用（3-三乙氧基硅基）丙基琥珀酸酐和3-（二乙氧基硅基）丙胺对半焦进行改性，然后将改性半焦作为抑烟阻燃助剂用于制备阻燃抑烟PVC复合材料。本专利技术通过利用半焦固定碳含量高、挥发分较低及有效发热值较高的优点，并对其进一步改性，改性后的半焦与PVC的结合更加紧密，分散更加均匀，使得PVC复合材料具有良好的力学性能、阻燃性和抑烟性能。此外，改性半焦的孔隙结构较为本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性半焦阻燃抑烟剂的制备方法，是将半焦粉体分散在水中，超声搅拌，加入有机改性剂（3-三乙氧基硅基）丙基琥珀酸酐与3-（二乙氧基硅基）丙胺复配物，于80℃60~100℃下搅拌反应0.5~3.5h，离心，洗涤，干燥，粉碎，得到改性半焦阻燃抑烟剂。2.如权利要求1所述一种改性半焦阻燃抑烟剂的制备方法，其特征在于：所述半焦粉体半焦粉体的粒度为3000~5000目。3.如权利要求1所述一种改性半焦阻燃抑烟剂的制备方法，其特征在于：所述有机改性剂（3-三乙氧基硅基）丙基琥珀酸酐与3-（二乙氧基硅基）丙胺复配物的加入量为半焦粉体质量的0.5~3%。4.如权利要求1所述一种改性半焦阻燃抑烟剂的制备方法，其特征在于：所述有机改性剂（3-三乙氧基硅基）丙基琥珀酸酐与3-（二乙氧基...

【专利技术属性】
技术研发人员：张哲，杜育峰，张乐，张炳忠，袁崇亮，许继宗，潘昊，丰鹏，
申请(专利权)人：窑街煤电集团有限公司，
类型：发明
国别省市：