一种用于高分子中阻燃母粒的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种用于高分子中阻燃母粒的制备方法，依次包括如下工艺方案：1）铋金属气化氧化法制备纳米氧化铋其粒径D50为0.1μm-1μm；2）氯化铋溶液水解法制备氯氧化铋其粒径D50为0.5μm-15μm；3）取高分子混合物重量份99.5份，在高温软化，将纳米氧化铋、氯氧化铋加入进行机械式搅拌，双螺杆挤出机上挤出；获得铋系化合物分散均匀母粒；本发明专利技术解决了铋化合物颗粒难于分散而无法提高高分子制品的阻燃效果。不需要添加分散剂包括润湿剂，阻燃效率明显优于现有技术。在同样的阻燃抑烟性能的条件下，因节省阻燃母粒的加入使高分子产品的添加剂成本降低，为环境友好型的阻燃母粒。

【技术实现步骤摘要】
—种用于高分子中阻燃母粒的制备方法
本专利技术涉及，它对聚氯乙烯(PVC)等高分子产品提供阻燃性特和/或烟抑制特性。
技术介绍
现有技术中已知有各种各样能用作阻燃剂和/或烟抑制剂，这些阻燃剂和/或烟抑制剂以多种机理起阻燃作用，它包括: a)水和/或二氧化碳的释放-水合盐(例如五水合硫酸镁，三水合铝，氢氧化镁，水合碳酸镁等等)，在高温下分解，并在吸热反应中释放水和/或二氧化碳以熄灭火焰； b)炭的形成-当处于高温时，炭形成体，包括有机磷酸盐，锌化合物，氮化合物(例如三聚氰胺酯和聚酰胺)和金属硼酸盐会形成炭障，将易燃材料与火隔绝； c)自由基的俘获/氧的阻断-单独的卤素化合物与三氧化二锑或锑的化合物均将阻止燃烧。主要机理据认为是在燃烧物质上方形成了浓密的气体层，抑制或阻止了氧接近易燃烧材料，也有证据认为卤化锑能清除火焰中的自由基，从而停止反应； d)烟的抑制-烟的抑制剂是借助于在火焰中形成的含碳物质的完全氧化和/或炭或玻璃的形成起作用的。它们通常是氧化反应和/或炭或玻璃形成体的催化剂.典型的烟抑制剂是氧化钥和二茂铁或其它金属茂； 上述所有的阻燃剂和/或烟抑制剂都在现有技术中成熟使用的，为聚氯乙烯(PVC)等高分子产品提供阻燃性或低烟性。遗憾的是，这些阻燃剂和/或烟抑制剂的使用常常对其施加的高分子产品中产生一些不希望的性质。比如三氧化二锑和含卤有机化合配合使用，锑具有毒性，其用做阻燃剂时发烟量大，在燃烧过程中产生的毒烟中含有的N0、C0和HCl等有毒性气体在火灾中直接威胁着人类的生命安全。所以限制了其在高档产品或特定环境中的应用。已公开的欧洲专利申请No273458叙述了使用铋或锑的卤化物同胺的复合物或铋和锑的卤化物同胺的复合物作为阻燃添加剂，这些复合物具有这样的结构式:R(MeX3)Y其中: 一R是一种胺，选自2-胍-苯并咪唑、异佛尔酮二胺、双氰胺、胍胺、蜜胺、哌嗪，这些胺类化合物视情况可用一个烷基、芳香基或酰基取代，以及包含有2至9个三嗪环的化合物，它们的环通过至少一个-NH-基彼此相互稠合或结合: 一Me是秘或铺； 一X是氯或溴； 一Y是一个0.3至4个的数； 根据所述专利申请，该阻燃添加剂是在没有溶剂情况下将反应物混合并加热而合的，或者是通过把反应物放在溶剂里或悬浮液中加热而合成的。所获产品是细碎的，视情况可用硬脂酸包覆。但是上述添加剂只能以研磨过的固体(使用适当的湿润剂)或以溶液形式分散到非挤出的聚合物颗粒中。当所得到的研磨过的粉末过粗时，使用研磨过的固体有使其在单一的聚合物颗粒中，分散得不均匀的缺点。实际上阻燃添加剂主要是分散到该颗粒的表面上。同时，使用上述添加剂溶液时也会涉及有关选择适当的溶剂的某些问题。虽然，铋与锑属于同族元素，在物理化学性质上具有相似性，铋化合物还兼具有抑烟的效果，但是铋化合物的比重比氧化锑大60%，具有高堆密度；在PVC制品加工时，铋化合物颗粒难于在制品中分散均匀，因此，铋化合物在阻燃抑烟的应用中很难提高高分子制品的阻燃效果。
技术实现思路
本专利技术所提出的，其目的旨在解决铋化合物颗粒难于分散而无法提高高分子制品的阻燃效果。本专利技术的技术方案是:，依次包括如下工艺方案: 1)秘金属气化氧化法制备纳米氧化秘其粒径D50为0.1 ii m-1 ii m ; 2)氯化秘溶液水解法制备氯氧化秘其粒径D50为0.5 ii m-15 ii m ; 3)取高分子混合物重量份99.5份，在温度80°C -180°C高温度下致其软化，将重量份0.25份纳米氧化铋和0.25份氯氧化铋加入；或单独加入0.5份纳米氧化铋；或单独加入0.5份氯氧化铋；进行机械式搅拌，时间10min-240min ;将混合好的母料在双螺杆挤出机上挤出；获得铋系化合物分散均匀母粒； 上述铋金属气化氧化法制备纳米氧化铋是: a将含量99.99%的精铋加入电弧炉中，将铋锭加热熔化，并在温度3000-40001:，压力0.6-0.95个大气压的条件下，使精铋气化产生铋蒸气； b铋蒸气经负压沿高温导管吸入送入反应器后，与送入反应器中空气吸入口进来的的冷空气汇合，高温铋蒸气被负压氧化吸收生成纳米级固态氧化铋颗粒，同时，反应器吸入冷空气后，烟气温度降为170°C左右，经循环水冷却装置冷却，部分较粗颗粒氧化铋微粉积集在反应器底部，经积粉排出口排出送回步骤a重复气化产生铋蒸气，未积集的氧化铋微粉与烟气一起进入旋风收尘器； c在旋风收尘器中，夹带着氧化铋微粉的烟气经旋风收尘，粒径在2-10 u m的氧化铋微粉被收集，经排出，再送回步骤a重复气化产生铋蒸气； d经c步骤排出的含尘烟气，再经脉冲布袋收尘器收尘，得到粒径D50为0.1 y m-1 y m的纳米氧化铋。上述氯化铋溶液水解法制备氯氧化铋是；a、配制氯化铋溶液:取密度1.45g/cm3的氯化铋原液，加入质量百分比浓度30-32%的浓盐酸和纯水；浓盐酸、纯水与氯化铋原液的体积比是1: 8-9: 10-11 ； b合成:取相当于a步骤所配制氯化铋溶液体积数5-10倍的纯水加入盐酸酸化，得到含盐酸2%的酸化纯水；加热升温至85-90°C，恒温；用搅拌机不断地搅拌酸化纯水，控制搅拌机转速250-450r/min，以20_25mL/min的速度缓慢地向酸化纯水中滴加a步骤所配制的氯化铋溶液；待氯化铋水解形成氯氧铋晶核时，控制氯化铋溶液的滴加速度为12mL/min，让氯氧铋晶核慢慢的长大成片状氯氧铋；随着片状氯氧铋数量越来越多，氯化铋溶液的滴加速度也要随着调整增大；待所配制的氯化铋溶液全部滴加完后，继续保持85-90°C的恒温用搅拌机搅拌反应混合物0.5-1小时，再用8-15%的分析纯氨水调整反应混合物的pH值为2.5-3.5，完成合成； c加工颗粒状氯氧化铋:将步骤b、所得反应混合物过滤分离；滤上物用去离子水或纯水漂洗涤3-5遍，离心甩干，送温度为100-120°C的干燥箱烘干，制得D50为0.5 y m-15 u m的颗粒状氯氧化铋。上述D50是指:纳米氧化铋或氯氧化铋的累计粒度分布百分数达到50%时所对应的粒径。它的物理意义是粒径大于它的颗粒占50%，小于它的颗粒也占50%，D50也叫中位径或中值粒径。本专利技术阻燃母粒的的主要成分是铋，铋具有无毒环保。以铋作阻燃剂可以消除锑系阻燃剂中弊端。本专利技术的阻燃母粒的生产不需要添加分散剂包括润湿剂，也不需要将铋的卤化物预选溶解在液体反应介质中。比已公开的欧洲专利申请No273458省略了液体反应介质要在反应过程中逐渐除去，使其在常压下或减压下蒸发的步骤，但并不影响本专利技术的阻燃性特和/或烟抑制特性的实现。本专利技术的阻燃母粒与传统的卤素化合物与三氧化二锑或锑的化合物阻燃母粒相比，经在注塑机中注塑成型测试，使用本专利技术样品尺寸为50mm*6mm*2mm，添加量为0.5份时，聚氯乙烯(PVC)等高分子产品的氧指数由29.5上升到38.5-42.0，上升了近10个单位以上，发烟量明显降低，阻燃效率增加，明显优于欧洲专利申请No273458的获得高分子氧指数。在同样的阻燃抑烟性能的条件下，因节省阻燃母粒的加入使高分子产品的添加剂成本降低，而且铋化合物阻燃母粒对人体无毒副作用，为环境友好型的阻燃母粒。随着人们本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于高分子中阻燃母粒的制备方法，其特征是：依次包括如下工艺：1）铋金属气化氧化法制备纳米氧化铋其粒径D50为0.1μm?1μm；2）氯化铋溶液水解法制备氯氧化铋其粒径D50为0.5μm?15μm；3）取高分子混合物重量份99.5份，在温度80℃?180℃高温度下致其软化，将重量份0.25份纳米氧化铋和0.25份氯氧化铋加入；或单独加入0.5份纳米氧化铋；或单独加入0.5份氯氧化铋；进行机械式搅拌，时间10min?240min；将混合好的母料在双螺杆挤出机上挤出；获得铋系化合物分散均匀母粒；上述铋金属气化氧化法制备纳米氧化铋是：a将含量99.99%的精铋加入电弧炉中，将铋锭加热熔化，并在温度3000?4000℃,压力0.6?0.95个大气压的条件下,使精铋气化产生铋蒸气；b铋蒸气经负压沿高温导管吸入送入反应器后，与送入反应器中空气吸入口进来的的冷空气汇合，高温铋蒸气被负压氧化吸收生成纳米级固态氧化铋颗粒，同时,反应器吸入冷空气后，烟气温度降为170℃左右，经循环水冷却装置冷却，部分较粗颗粒氧化铋微粉积集在反应器底部，经积粉排出口排出送回步骤a重复气化产生铋蒸气，未积集的氧化铋微粉与烟气一起进入旋风收尘器；c在旋风收尘器中，夹带着氧化铋微粉的烟气经旋风收尘，粒径在2?10μm的氧化铋微粉被收集，经排出，再送回步骤a重复气化产生铋蒸气；d经c步骤排出的含尘烟气，再经脉冲布袋收尘器收尘，得到粒径D50为0.1μm?1μm的纳米氧化铋；上述氯化铋溶液水解法制备氯氧化铋是；a、配制氯化铋溶液：取密度1.45g/cm3的氯化铋原液，加入质量百分比浓度30?32%的浓盐酸和纯水；浓盐酸、纯水与氯化铋原液的体积比是1∶8?9∶10?11；b合成：取相当于a步骤所配制氯化铋溶液体积数5?10倍的纯水加入盐酸酸化，得到含盐酸2％的酸化纯水；加热升温至85?90℃，恒温；用搅拌机不断地搅拌酸化纯水，控制搅拌机转速250?450r/min，以20?25mL/min的速度缓慢地向酸化纯水中滴加a步骤所配制的氯化铋溶液；待氯化铋水解形成氯氧铋晶核时，控制氯化铋溶液的滴加速度为12mL/min，让氯氧铋晶核慢慢的长大成片状氯氧铋；随着片状氯氧铋数量越来越多，氯化铋溶液的滴加速度也要随着调整增大；待所配制的氯化铋溶液全部滴加完后，继续保持85?90℃的恒温用搅拌机搅拌反应混合物0.5?1小时，再用8?15％的分析纯氨水调整反应混合物的pH值为2.5?3.5，完成合成；c加工颗粒状氯氧化铋：将步骤b、所得反应混合物过滤分离；滤上物用去离子水或纯水漂洗涤3?5遍，离心甩干，送温度为100?120℃的干燥箱烘干，制得D50为0.5μm?15μm的颗粒状氯氧化铋。...

【技术特征摘要】
1.一种用于高分子中阻燃母粒的制备方法，其特征是:依次包括如下工艺: 1)秘金属气化氧化法制备纳米氧化秘其粒径D50为0.1 ii m-1 ii m ; 2)氯化秘溶液水解法制备氯氧化秘其粒径D50为0.5 ii m-15 ii m ; 3)取高分子混合物重量份99.5份，在温度80°C -180°C高温度下致其软化，将重量份·0.25份纳米氧化铋和0.25份氯氧化铋加入；或单独加入0.5份纳米氧化铋；或单独加入·0.5份氯氧化铋；进行机械式搅拌，时间10min-240min ;将混合好的母料在双螺杆挤出机上挤出；获得铋系化合物分散均匀母粒； 上述铋金属气化氧化法制备纳米氧化铋是: a将含量99.99%的精铋加入电弧炉中，将铋锭加热熔化，并在温度3000-40001:，压力·0.6-0.95个大气压的条件下，使精铋气化产生铋蒸气； b铋蒸气经负压沿高温导管吸入送入反应器后，与送入反应器中空气吸入口进来的的冷空气汇合，高温铋蒸气被负压氧化吸收生成纳米级固态氧化铋颗粒，同时，反应器吸入冷空气后，烟气温度降为170°C左右，经循环水冷却装置冷却，部分较粗颗粒氧化铋微粉积集在反应器底部，经积粉排出口排出送回步骤a重复气化产生铋蒸气，未积集的氧化铋微粉与烟气一起进入旋风收尘器； c在旋风收尘器中，夹带着氧化铋微粉的烟气经旋风收尘，粒径在2-10 u m的氧化铋微粉被收集，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨亚东，卢伟红，吴祖祥，
申请(专利权)人：湖南金旺铋业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：