一种复合黏土矿物高分子材料成炭剂及其在无卤阻燃高分子材料中的应用制造技术

本发明专利技术公开了一种复合黏土矿物高分子材料成炭剂。本发明专利技术的成炭剂将黏土矿物与1,2

【技术实现步骤摘要】
一种复合黏土矿物高分子材料成炭剂及其在无卤阻燃高分子材料中的应用


[0001]本专利技术属于高分子材料领域，具体涉及一种用于制备无卤阻燃高分子材料的成炭剂。

技术介绍

[0002]高分子材料普遍具有易燃烧的特点，而且燃烧过程中容易发生熔滴低落，产生大量的烟气。为了解决高分子材料的这种缺点，拓展其使用范围，高分子材料在使用的过程中需要进行阻燃处理，提高氧指数，降低烟密度。在目前报道的方法中，高分子复合材料中添加成炭剂，不仅能够提高复合材料的氧指数，更重要的是能够提高材料的水平垂直燃烧等级，降低烟密度。因此，高分子材料成炭剂已经成为复合材料助剂的研究热点。成炭剂包含有机成炭剂和无机成炭剂，有机成炭剂主要是含碳量高的多羟基化合物，如淀粉、PER和它的二聚物、三聚物以及含有羟基的有机树脂等；无机成炭剂主要是各种黏土矿物，主要机理是促进成炭，使碳层变的连续，增强碳层强度和致密性。常用的无机成炭剂有各种黏土矿物，如凹凸棒石（又名坡缕石、硅镁土）、蒙脱土、高岭土、膨润土、白云石、蛭石，硅灰石、埃洛石、海泡石、三水铝石、伊利石及绿泥石等，氧化石墨烯，石墨烯，膨胀石墨，次磷酸铝，磷酸锆，三聚氰胺磷酸盐，滑石粉，半焦，硅微粉及云母等。
[0003]凹凸棒石黏土作为阻燃协效剂或者成炭剂的报道较多，《有机化坡缕石黏土—膨胀型阻燃聚丙烯复合材料的制备及性能研究》[D].黄莉.西北师范大学.2015.一文中，将有机化坡缕石黏土（OPGS）应用到膨胀型阻燃聚丙烯复合材料中，发现OPGS在该复合材料中具有协效作用。同时研究了OPGS在经典膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯复合材料中和在集酸源、碳源和气源于一体的新型膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯复合材料中的协效阻燃性能。该论文虽然探讨了凹凸棒石作为阻燃协效剂的作用，单独凹凸棒石促进复合材料成炭研究较少。中国专利CN 201910985690.3公开了一种凹凸棒石/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和作为高分子材料助剂的用途，主要由硅烷偶联剂改性的凹凸棒石与含磷化合物改性的氧化石墨烯反应得到。与现有凹凸棒、氧化石墨烯作为高分子材料助剂相比，该专利技术凹凸棒石/氧化石墨烯复合材料可作为高分子材料多功能助剂，能够很好地提高高分子材料的各种性能，使高分子材料具有更高的力学性能和阻燃性，燃烧时具有更低的烟密度和毒性，虽然该专利中提到了凹凸棒石复合粉体对阻燃材料性能有提高，但是氧化石墨烯价格加高，实际使用中受到成本等因素的限制。
[0004]蒙脱土作为阻燃成炭材料的报道也较多，中国专利CN 202011048040.5公开了一种蒙脱土
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氢氧化镁复合微胶囊化阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：A.将钠基蒙脱土、纳米氢氧化镁混合后加入长链烷基季铵盐反应制备无机复合改性颗粒，保留备用；B.在活性单体溶液中加入步骤A制得的无机复合改性颗粒，制备蒙脱土
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氢氧化镁复合微胶囊化阻燃剂；该专利技术制备的复合微胶囊化阻燃剂的芯材至少由两种不同的物质组成，以氢氧化镁和蒙脱土为阻燃芯材，由于它们分子之间没有化学键，即没有密切的相互作用，得到的复合微
胶囊化阻燃剂是由微胶囊化的氢氧化镁和微胶囊化的蒙脱土，具有较好的分散性。同时，氢氧化镁阻燃剂添加量减小，仍能保持固有的机械强度和韧性。该专利技术没有详细说明蒙脱土作为成炭剂的重要性和详细的数据。《有机蒙脱土协同含磷木质素基成炭剂阻燃聚乳酸》[J]. 宋艳等.复合材料学报.2019,36(01).报道：将自制含磷木质素基成炭剂（Lig
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P）和聚磷酸铵（APP）复配用于制备阻燃聚乳酸（PLA）基复合材料，考察了协效阻燃剂有机蒙脱土（OMMT）对阻燃PLA性能的影响。结果发现OMMT与Lig
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P
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APP存在明显的协同阻燃作用，当OMMT替代3 wt%的Lig
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PAPP时，Lig
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P
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APP
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OMMT/PLA阻燃复合材料的LOI由27%增加至32%，UL
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94等级由V1级提高至V0级；且Lig
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P
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APP
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OMMT/PLA阻燃复合材料的最大热降解速率有所降低，800℃的残炭量提高了将近50%；此外，OMMT的引入使PLA阻燃复合材料的热释放速率明显降低，热释放速率峰值（PHRR）、烟释放速率峰值（PSPR）及总烟释放量（TSR）分别降低了26.4%、60%及26.3%。OMMT可明显提高阻燃PLA炭层的致密度及石墨化程度。《蒙脱土对膨胀阻燃三元乙丙橡胶/乙酸乙烯酯橡胶共混胶性能的影响》[J].董明哲等.合成橡胶工业.2012,35(05).采用熔融共混法制备了蒙脱土（MMT）与膨胀阻燃剂（IFR）阻燃的三元乙丙橡胶/乙酸乙烯酯橡胶（EPDM/EVM）共混胶，用X射线衍射仪对其结构进行了表征，考察了MMT对共混胶力学性能、阻燃性能与热稳定性的影响。结果表明，在含有MMT的膨胀阻燃EPDM/EVM共混胶中，形成了插层型/剥离型的共存体系；MMT可显著提高膨胀阻燃共混胶体系的力学性能、热稳定性和成炭性，但对极限氧指数贡献不大。以上代表性论文或者专利可以看出，蒙脱土作为阻燃成炭剂时可行的，但是性能还有待提高。
[0005]海泡石是一种纤维状的含水硅酸镁，通常呈白、浅灰、浅黄等颜色，不透明也没有光泽。它们有的形状像土块，有的成一个奇怪皮壳状或结核状，在电子显微镜下可以看到它们是由无数细丝聚在一起排成片状。海泡石作为阻燃剂或者成炭剂的报道较多，如《协同膨胀阻燃聚丙烯研究》[D].刘国胜.北京理工大学.2014.一文中，选用多种蒙脱土（MMT）和海泡石（SEP）与聚丙烯（PP）复合，形成分散均匀的PP/层状纳米硅酸盐复合材料，利用XPS准原位分析、元素面扫描分析等方法，观察一定温度下PP/MMT、PP/SEP层状纳米复合材料表面Si元素化学状态及量的变化，研究其与材料燃烧行为之间的联系。比较MMT与SEP酸性位含量及其分布的差异，建立硅酸盐片层酸性位及其分布与PP复合材料燃烧性能及催化成炭作用的联系。研究表明，层状纳米硅酸盐的迁出及类SiO2的转变速率越快、表面B酸与L酸比例越大，则炭层的阻隔及催化成炭能力越强，阻燃性能越好。

技术实现思路

[0006]基于现有技术的上述不足，本专利技术的专利技术目的之一在于：利用黏土矿物与成炭增强剂的复配提供一种复合黏土矿物高分子材料成炭剂。
[0007]为实现上述目的，本专利技术所采用的技术方案如下：一种复合黏土矿物高分子材料成炭剂，包括如下组分：黏土矿物以及成炭增强剂，所述成炭增强剂为1,2
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乙烯基二膦酸和/或2
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二叔丁基磷
‑2’‑
(N,N
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二甲氨基)联苯。
[0008]优选地，成炭增强剂的含量为黏土矿物重量的0.1%~1%，更优选地，成炭增强剂的含量为黏土矿物重量的0.5%~0.7%。
[0009]优选地，所述黏土矿物为凹凸棒石、蒙脱土、白云石和海泡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种复合黏土矿物高分子材料成炭剂，包括如下组分：黏土矿物以及成炭增强剂，所述成炭增强剂为1,2
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乙烯基二膦酸和/或2
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二叔丁基磷
‑2’‑
(N,N
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二甲氨基)联苯；优选地，成炭增强剂的含量为黏土矿物重量的0.1%~1%。2.根据权利要求1所述的复合黏土矿物高分子材料成炭剂，其特征在于：所述黏土矿物为凹凸棒石、蒙脱土、白云石和海泡石中的至少一种；优选地，所述复合黏土矿物高分子材料成炭剂的粒度为3000~3500目。3.根据权利要求2所述的复合黏土矿物高分子材料成炭剂，其特征在于：所述黏土矿物由以下组分组成：凹凸棒石100重量份，蒙脱土 10~50重量份，白云石 5~30重量份，海泡石 5~20重量份。4.根据权利要求1所述的复合黏土矿物高分子材料成炭剂，其特征在于：所述成炭增强剂为1,2
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乙烯基二膦酸和2
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二叔丁基磷
‑2’‑
(N,N
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二甲氨基)联苯重量比为1:1~10:1的组合物。5.一种复合黏土矿物高分子材料成炭剂，包括如下组分：凹凸棒石100重量份，蒙脱土 10~5...

【专利技术属性】
技术研发人员：张哲，潘昊，费楚然，徐宏伟，杜育峰，师恩槐，肖宇轩，
申请(专利权)人：西北师范大学西北师范大学白银师科创新研究院，
类型：发明
国别省市：