不含卤素、氧化锑和含磷物质的用于聚合物的阻燃添加剂制造技术

本发明专利技术公开了一种用于聚合物的阻燃添加剂，该添加剂包含与如下物质结合的聚丙烯酸酯：ａ）至少一种硼酸锌，ｂ）至少一种硅树脂，和ｃ）三水氧化铝或氢氧化镁或其混合物，所述添加剂不含卤素、氧化锑和含磷物质。本发明专利技术还公开了一种包含聚合物和阻燃添加剂的阻燃组合物以及一种通过混合所述聚合物和所述阻燃添加剂来降低聚合物的可燃性的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及阻燃添加剂、阻燃聚合物组合物和降低聚合物的可燃 性的方法。
技术介绍
存在很多改进聚合物材料的不可燃性的方式。获得不可燃性的最 佳和最便宜的方式是通过将合适的添加剂加入聚合物中。通常添加剂 的加载量应限制为尽可能低的量以保持最终产品的价格在合理水平 上，并且避免添加剂对聚合物的物理和加工性能的影响。为了确保添加剂的良好阻燃性能，考虑与燃烧性能相关的聚合物 结构、聚合物燃烧性能的起因以及最终如何评估阻燃性能是非常重要 的。由于每种特定制剂的有效性非常取决于聚合物结构和它们的降解 机理，基于用于不同产品的不同标准方法的主观测试并不足够，而相反，测量并考虑与材料的燃烧特性相关的参数，如氧指数(01)、起始 降解温度、热降解速率、热降解的活化能、碳产量、热释放速率(HRR) 峰值、烟密度和燃烧形成的排出产品的类型，是非常必要的。除了这 些燃烧相关的性能之外，这些添加剂对特定聚合物的机械和加工性能 的影响也是非常重要的。几乎所有的聚合材料均由有机材料组成。聚合材料的主要缺点是 它们的燃烧特性。 一些聚合物的可燃性高于木头和天然纤维的可燃性。 如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯的一些常见聚合物 的热值为46000-27000千焦/千克，而木头的所述值为19000千焦/千克。 此外，烟和烟灰的形成、高度毒性产物的液滴和排出伴随着一些聚合 物材料的燃烧。因此，聚合物材料的广泛应用使得开发阻燃材料成为 必要。如上所述，获得阻燃聚合物材料的最便宜的方式是加入合适的 阻燃添加剂类型，而不是开发新的聚合物。这些添加剂如何用作阻燃 剂非常取决于它们与聚合物相互作用的机理以及如何控制基本燃烧性4质。现在参照附图说明
技术介绍
，其中 图l显示基本燃烧循环；以及图2为已报导的现有技术FR-添加剂的总体方案。由图1明显看出，在燃烧条件下产生热量。所述热导致聚合材料 的热解或热降解，形成可燃气体。这些可燃气体在氧气的存在下产生 火焰和烟。由于燃烧为放热过程，其产生更多的热量，导致材料更多 的热解，并由此提供更多的燃料燃烧。这意味着一旦材料开始燃烧， 火焰反应即加强，并难以停止该燃烧过程。上述过程顺序提示降低通常材料的可燃性需要如下措施1材料热稳定性的增加。2碳形成量的增加。3可燃气体由材料至火焰的传输的减少，所述可燃气体由于热解 而形成。4由于燃烧而产生的热量的降低。5材料表面的绝缘，从而降低热量由火至材料的传递。 6由于燃烧而由材料产生惰性气体。这提示为了在燃烧情况下控制材料的可燃性，有必要控制在聚合 物中的凝相反应以及在由于材料降解而形成的挥发相中的气相反应。 在聚合物相中的凝相反应主要涉及聚合物至有利条件的热解途径的变 化，从而基本上降低可燃气体的形成。在燃烧条件下更低量的可燃气体的形成导致更少地产生热量，并 因此降低材料的可燃性。文献中报导的制备具有固有的低可燃性的热稳定材料的通常策略是在结构中引入如下各项 1掺入卤素或磷。2增加C对H的比率。4通过芳环体系或者杂芳环体系掺入共轭。 5掺入如半梯形或梯形聚合物的刚性结构。 6在聚合物链间掺入强相互作用。7掺入高度的结晶度或交联。如上所述，如果在燃烧条件下能增加材料的碳化程度，则也能改 进材料的阻燃性。这反过来将降低在燃烧条件下形成的可燃物的量。 如下非常简略地总结了在气相和凝相发生的基本反应以及不同的因素 如何影响这样的反应。气相反应就气相反应而言，所有聚合材料均#生热解从而形成可燃气体。 这些气体能够形成氢和羟基自由基，其反过来可与氧气如下反应H+02 —OH+O (1) O + H2 — OH + H (2)在火焰中主要的放热反应由如下组成OH + CO — C02 + H (3)为了限制或停止燃烧，有必要停止或降低这些反应，特别是反应3 的程度。凝相反应这种反应显示出包括FR和聚合物之间的相互作用，并在低于聚合 物的分解温度的温度下发生。凝相反应通常由脱水和交联反应组成。脱水非常频繁地在阻燃性中使用。脱水是存在于聚合物链中的羟 基的化学反应的结果。也发现交联反应非常有用，因为其促进聚合物 的稳定并有助于碳的形成。交联还显示出增加聚合物的熔体粘度，并 由此降低由于热解的可燃气体的传输速率。物理效应添加剂中的如"稀释效应"、"热沉效应"和吸热转换的物理效应 也用于获得聚合物的阻燃性。稀释效应涉及结构的有机部分的稀释并 将其分成小的绝缘区域。这意味着在热解时，需要较大量的热量以达 到热解温度，因此形成更少的可燃气体，并由此产生更少的热量。在 后的效应也称为"热沉效应"。因此具有高比热和低导热率的添加剂显 示提高的阻燃性。添加剂的吸热分解也用于降低材料的可燃性。已用于阻燃性的另一物理效应是通过形成不可渗透的玻璃表面或 碳表面，所述表面阻止可燃气体从热解聚合物至火焰前峰的通道，并 同时用作从火焰至聚合物表面的热传递的绝缘层。后者有助于降低聚6合物的热解并由此减少可燃燃料气体的形成。通过物理效应获得阻燃性的唯一局限是需要相对较大量的添加剂(50-65%)。这样大量添加剂的加入对聚合物的机械和加工参数具有重大影响。迄今为止在文献中报导的阻燃(FR)添加剂通常在图2所示分类 为如下种类。用于聚合物的理想FR-添加剂应易于掺入聚合物，与聚合物可相 容，并不改变聚合物的机械性能。该添加剂应为无色的，显示出良好 的光稳定性，并具有耐老化和耐水解性。在阻燃剂选择中，使FR的分 解温度与聚合物相匹配也是必要的。通常，FR的作用必须在聚合物的 分解温度以下开始，并在聚合物分解循环的整个范围内持续。商用活性阻燃添加剂的作用机理卤素基阻燃剂(FR)卤素基阻燃剂主要通过气相反应起作用。卤素原子与燃料反应形 成卤化氢。认为后者用作消焰剂并如下消耗氢和羟基自由基<formula>formula see original document page 7</formula>发现反应(4)是(5)速度的两倍快，并显示为主要的抑制反应。 抑制效应显示为依赖于反应(4)和(1)的程度。这是因为反应(1) 对于每个消耗的H原子产生两个自由基，而反应(4)产生一个再结合 至相对较稳定的卤素分子的卤素自由基。后者导致更低的热量产生并 由此提供阻燃性。己发现卤素的阻燃有效性正比于它们的原子量，如下所示F: CI: Br: 1=1.0: 1.9: 4.2: 6.7由于溴化合物比氯化合物更高的有效性，以更低的浓度使用溴化合物。已经显示的是发现以体积计13%的溴与22%的氯一样有效。碘 和氟化合物不是工业有意义的，因为前者较不稳定且非常昂贵，而后 者非常稳定。对于溴化合物，它们的有效性也依赖于溴的类型，即若 溴为脂族或芳族溴。通常，芳族溴比脂族溴更稳定和更易挥发的，因 此这些化合物在它们分解之前蒸发，并由此提供卤素至火焰。除了自 由基捕获机理外，阻燃性也受到物理因素的影响，所述物理因素如卤 素的密度和质量，卤素的热容和在火焰中的可燃气体的卤素的稀释。通常，卤素基体系是不利的，因为芳族卤代阻燃剂在加热时显示 出可产生超高毒性的卤代二苯二噁英和卤代二苯并呋喃。 氧化锑作为FR氧化锑本身不具有FR活性，但其与卤代化合物结合时起到有效 FR的作用。加入氧化锑的主要优点是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于聚合物的阻燃添加剂，该添加剂包含与如下物质结合的聚丙烯酸酯：　ａ）至少一种硼酸锌，　ｂ）至少一种硅树脂，以及　ｃ）三水氧化铝或氢氧化镁或其混合物，　所述添加剂不含卤素、氧化锑和含磷物质。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：S保罗，
申请(专利权)人：PP聚合物公司，
类型：发明
国别省市：SE[瑞典]