一种基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂及其应用。基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：(1)将瓜环溶于浓盐酸中升温至瓜环全部溶解，然后加入阻燃剂，搅拌至完全溶解进行反应，反应后溶液使用乙醇进行搅拌，过滤得到沉淀，沉淀经洗涤干燥后，得到瓜环

【技术实现步骤摘要】
一种基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂及其应用


[0001]本专利技术涉及阻燃材料合成及应用
，尤其涉及一种基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂及其应用。

技术介绍

[0002]聚氯乙烯(PVC)是世界通用五大塑料之一，因其具有良好的电绝缘性能，广泛应用于电线电缆的绝缘层中。PVC分为硬质和软质两大类，电缆行业主要以软质PVC为主。PVC本身含氯指数高，但软质PVC中需加入大量增塑剂，其含氯量被稀释降低，阻燃性能降低，在使用过程中存在火灾安全隐患问题。电缆行业一旦发生火灾，将对生命安全和社会经济稳定造成巨大损失，因此对应用于电缆行业的PVC进行阻燃十分必要。
[0003]目前，应用于PVC的阻燃剂主要以金属氧化物和金属氢氧化物为主，如：三氧化二锑、氧化锌、三氧化钼、氢氧化镁、氢氧化铝、硼酸锌等。锑矿储量消耗速度远大于可开采储量增长速度，违背可持续发展战略，锑矿资源现状不容乐观。铝镁等无机阻燃剂金属氢氧化物通常需要通过高填充量才能达到理想的阻燃效果，影响PVC材料的其它物理性能，尤其对材料的力学性能产生了的影响。同时，PVC燃烧过程中生烟量较大，因此在制备阻燃剂时，不仅要考虑阻燃性能，还要兼顾对材料的抑烟消烟性能。
[0004]因此，为提高PVC电线电缆的阻燃性及抑烟性，同时降低对锑资源的过度开采，实现锑工业的可持续发展，研发一种新型低烟无锑阻燃剂具有非常重要的现实意义。
[0005]氮系阻燃剂和磷/膦酸盐类阻燃剂符合目前材料发展中环境友好要求，氮系阻燃剂主要品种包括：聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺磷酸盐(MP)、三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)、三聚氰胺尿酸盐(MCA)等，磷/膦酸盐类阻燃剂主要品种包括：磷酸盐、焦磷酸盐、金属次磷酸盐、金属次膦酸盐、金属双次膦酸盐等。这两类阻燃剂与成炭剂复合可以获得膨胀性阻燃体系应用于阻燃PVC，具有低毒，热稳定性好，无熔滴，发烟少等优点。但这两类阻燃剂由于自身的化学结构，吸湿性很强，在高温、高湿度的情况下会被离子离析，降低其阻燃效能，目前主要采用表面改性解决，但表面改性只能针对某一种物质，不具有普适性。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了一种基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂及其应用，本专利技术提出的基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂应用在PVC中，具有阻燃、抑烟效果优异，对材料的力学性能影响较小的优点，同时可解决包合物中阻燃剂的吸湿性问题。
[0007]本专利技术的目的是提出了一种基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂，所述的基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂阻燃等级为U L 1581vw-1级别，氧指数为33％～34％，烟密度为175～205。本专利技术提出的基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂烟密度小于270，满足低烟要求，顺利通过针焰测试。
[0008]本专利技术另一个目的是提出了上述基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)将瓜环溶于浓盐酸中升温至瓜环全部溶解，然后加入阻燃剂，搅拌至完全溶解进行反应，反应后溶液使用乙醇进行搅拌，过滤得到沉淀，沉淀经洗涤干燥后，得到瓜环-阻燃剂包合物固体；
[0010](2)将三聚氰胺或三聚氰胺尿酸盐、瓜环-阻燃剂包合物固体、金属氢氧化物、硼酸锌按顺序投入搅拌容器中，进行搅拌，再将温度升至80～110℃，加入硅烷偶联剂搅拌，获得基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂。
[0011]优选地，所述的基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂的制备方法，具体包括如下步骤：
[0012](1)将瓜环溶于浓盐酸中，升温至60℃～120℃至瓜环全部溶解，然后加入氮系阻燃剂或磷酸盐/膦酸盐类阻燃剂，按照瓜环与氮系阻燃剂或磷酸盐/膦酸盐类阻燃剂的摩尔比为1.0：(0.5～1.0)加入氮系阻燃剂或磷酸盐/膦酸盐类阻燃剂，搅拌至完全溶解反应3～5h，反应后溶液使用乙醇进行搅拌，过滤得到沉淀，沉淀经洗涤干燥后，得到瓜环-阻燃剂包合物固体；
[0013](2)将20～40质量份的三聚氰胺或三聚氰胺尿酸盐、30～50质量份的瓜环-阻燃剂包合物固体、15～25质量份的金属氢氧化物、15～25质量份的硼酸锌按顺序投入搅拌容器中，低速搅拌2-4分钟，再高速搅拌4-6分钟，再将温度升至80℃～110℃，加入0.4％～0.8％的硅烷偶联剂高速搅拌30～60分钟，获得基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂。上述低速搅拌的搅拌速度为100～200r/min，高速搅拌的搅拌速度为300～400r/min。
[0014]硅烷偶联剂的加入量是三聚氰胺或三聚氰胺尿酸盐、瓜环-阻燃剂包合物固体、金属氢氧化物和硼酸锌的质量和的0.4％～0.8％。
[0015]步骤(1)反应示意图如图1所示，瓜环具有特殊的结构特性——刚性的外壁、具有高负电性羰基氧原子修饰的亲水性端口及疏水性的空腔。为达到炭源与酸源复配且解决氮系阻燃剂和磷/膦酸盐类阻燃剂的吸湿问题，本专利技术利用瓜环作为炭源、磷/膦酸盐类阻燃剂或氮系阻燃剂充当酸源和气源，巧妙地利用瓜环的空腔与磷/膦酸盐类阻燃剂或氮系阻燃剂形成稳定的实体包合物，并与三聚氰胺、金属氢氧化物、硼酸锌复配，然后通过硅烷偶联剂进行表面改性，得到疏水性瓜环包合型低烟无锑阻燃剂，应用至PVC中。
[0016]瓜环-阻燃剂包结物一方面作为炭源，热稳定性好、能在惰性气氛下稳定成炭；另一方面将酸源包结在空腔内，可解决其与材料的相容性问题及吸湿性问题；与气源三聚氰胺(MEL)或三聚氰胺尿酸盐(MCA)复配，可制成膨胀型阻燃剂，在燃烧时生成致密碳层，起到有效隔热、隔氧，保护PVC材料不被继续燃烧。同时，硼酸锌与金属氢氧化物协同配合，可减少烟量的排出，实现阻燃与抑烟的双重效果。
[0017]优选地，步骤(1)所述的瓜环选自五元瓜环、六元瓜环、七元瓜环和八元瓜环中的一种，所述的浓盐酸用量为瓜环质量的4～6倍，反应温度为80℃～110℃。
[0018]优选地，步骤(1)所述的氮系阻燃剂选自聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺磷酸盐(MP)、三聚氰胺聚磷酸盐(MPP)和三聚氰胺尿酸盐(MCA)中的一种以上。
[0019]优选地，步骤(1)所述的磷酸盐/膦酸盐类阻燃剂选自磷酸盐、焦磷酸盐、金属次磷酸盐、金属次膦酸盐和金属双次膦酸盐中的一种以上。
[0020]进一步优选，步骤(1)所述的磷酸盐/膦酸盐类阻燃剂为磷酸盐、焦磷酸盐、锌、钙、铝各自的次磷酸盐、次膦酸盐或双次膦酸盐等中的一种或多种。
[0021]进一步优选，步骤(1)所述的磷酸盐/膦酸盐类阻燃剂选自磷酸氢二铵、磷酸二氢
铵、焦磷酸哌嗪、次磷酸铝、次磷酸钙、次磷酸锌、二乙基次膦酸铝、二乙基次膦酸锌和二乙基次膦酸钙中的一种以上。
[0022]优选地，步骤(2)所述的硅烷偶联剂选自KH-550、KH-560和KH-570中的一种，所述的金属氢氧化物选自氢氧化铝、氢氧化镁和氢氧化钙中的一种以上。
[0023]优选地，步骤(2)的具体步骤为：将30～40质量份的三聚氰胺或三聚氰胺尿酸盐、35～40质量份的瓜环-阻燃剂包合物固体、15～20质量份的金属氢氧化物、15～20质量份本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂，其特征在于，所述的基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂阻燃等级为UL1581vw-1级别，氧指数为33％～34％，烟密度为175～205。2.权利要求1所述的基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将瓜环溶于浓盐酸中升温至瓜环全部溶解，然后加入阻燃剂，搅拌至完全溶解进行反应，反应后溶液使用乙醇进行搅拌，过滤得到沉淀，沉淀经洗涤干燥后，得到瓜环-阻燃剂包合物固体；(2)将三聚氰胺或三聚氰胺尿酸盐、瓜环-阻燃剂包合物固体、金属氢氧化物、硼酸锌按顺序投入搅拌容器中，进行搅拌，再将温度升至80～110℃，加入硅烷偶联剂搅拌，获得基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂。3.根据权利要求2所述的基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：(1)将瓜环溶于浓盐酸中，升温至60℃～120℃至瓜环全部溶解，然后加入氮系阻燃剂或磷酸盐/膦酸盐类阻燃剂，按照瓜环与氮系阻燃剂或磷酸盐/膦酸盐类阻燃剂的摩尔比为1.0：(0.5～1.0)加入氮系阻燃剂或磷酸盐/膦酸盐类阻燃剂，搅拌至完全溶解反应3～5h，反应后溶液使用乙醇进行搅拌，过滤得到沉淀，沉淀经洗涤干燥后，得到瓜环-阻燃剂包合物固体；(2)将20～40质量份的三聚氰胺或三聚氰胺尿酸盐、30～50质量份的瓜环-阻燃剂包合物固体、15～25质量份的金属氢氧化物、15～25质量份的硼酸锌按顺序投入搅拌容器中，低速搅拌2-4分钟，再高速搅拌4-6分钟，再将温度升至80℃～110℃，加入0.4％～0.8％的硅烷偶联剂高速搅拌30～60分钟，获得基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂。4.根据权利要求2或3所述的基于瓜环包合型低烟无锑阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的瓜...

【专利技术属性】
技术研发人员：程飞，杜建聪，陆钊申，
申请(专利权)人：天津同程新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：