[发明专利]叶蜡石基阻燃聚合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明为一种阻燃聚合物，特别是天然无机矿物叶蜡石基阻燃聚合物及其制备方法。

背景技术

目前聚合物材料在交通工具、化工设备、家用电器等方面都得到了广泛的应用，然而这些聚合物制品绝大多数易燃(LOI为17~20％)，每年因聚合物着火所造成的火灾给人民生命财产带来了巨大损失，欧洲每年大约有5000人，美国每年有4000多人死于火灾，总损失达国民经济总产值的1％。火灾在我国也是层出不穷，从2001年至2005年，我国共发生火灾120万起，造成12268人死亡、15757人受伤，直接财产损失75.6亿元。如今，全球各国都对聚合物材料的防火给予极大的重视，并且认识到，开发阻燃材料是防止和减少火灾的战略性措施之一。卤素阻燃剂因其用量少、阻燃效率高且适应性广，已发展成为阻燃剂市场是主流产品，但卤素阻燃剂在燃烧过程中生成大量的烟和有毒且具腐蚀性的气体，可导致单纯由火所不能引起的电路系统开关和其它金属物件的腐蚀及对环境的污染。欧盟“电子电器设备中禁用有害物资指令”(Restriction of Hazardous SubstancesDirective，RoHS)指令明确指出，2006年7月1日以后投放欧盟市场的电气类产品不得含有多溴联苯等有害的卤系阻燃剂。因此，开发无机阻燃剂取代卤素阻燃剂已成为世界阻燃领域的趋势。无机阻燃剂(AI(OH)₃、Mg(OH)₂等)虽来源丰富，无卤无毒，但其阻燃效果较差，添加量大，对制品的性能有一定恶化，因而开发高效、低廉、无卤、无毒的无机阻燃剂便成为当前阻燃科研的热点之一。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种采用叶蜡石与多种无机阻燃剂复配，制备出阻燃效果好、价格低廉，环境友好型的阻燃复合材料。

本发明的解决放案是：一种叶蜡石基阻燃聚合物，其特征在于各组份按以下重量百分比配比：

树脂基体    50~70％，

叶蜡石      15~25％，

聚磷酸铵    6~12％，

季戊四醇    3~8％，

三聚氢胺    3~8％。

本发明的机理是：聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)、三聚氰胺(MeI)三者所形成的阻燃体系在受热时，首先酸源APP吸热分解成聚磷酸，强脱水剂聚磷酸能使炭源PER脱水脂化形成炭化物，粘稠状的炭化物在体系中气源MeI分解的小分子挥发物(如NH₃、H₂O)的作用下膨胀，形成微孔结构的阻挡炭层，此复合阻燃剂成炭性能好，但起所形成的炭层由于气源的作用常会出现较多的开口气孔，这会加速氧气及可燃气体的扩散，减弱阻燃效果。采用叶蜡石有望解决此问题，叶蜡石多为纤维状，因为在阻燃复合材料燃烧过程中，加入的热稳定性能良好的叶蜡石纤维可以与熔融的多孔炭层穿插交织在一起构成密封性能好且具有一定强度的阻挡层，该阻挡层可以阻隔外层氧气及内部可燃性气体的相互扩散，达到凝聚相阻燃效果；另外，无机矿物叶蜡石中含有大量的沸石水和结构水，这样燃烧所释放的水分可以起到气相阻燃作用，而且叶蜡石热容量高，导热系数小，故所形成的阻挡层隔热性能良好，这可以减弱燃烧对内层的热辐射效应，降低材料内部的温度以达到良好的阻燃效果，此外，该系统良好的燃烧成炭及密封性能对减少燃烧过程烟的排放也是非常有利的。

本发明的解决方案中其树脂基体可为热固性树脂，也可以是热塑性树脂。

本发明的解决方案中为更好的发挥叶蜡石的作用，可采用表面改性叶蜡石，其表面改性的方法是：在乙醇水溶液中加入叶蜡石重量1.5~2％的改性剂，在50-70℃下水解反应10min后加入叶蜡石，搅拌1-2小时，真空干燥。所述的改性剂为硬酯酸或硅烷偶联剂KH550或硅烷偶联剂KH570。叶蜡石表面改性的目的是改善其与树脂基体的相容性，改善阻燃性能。通过实验证明，在同等条件下叶蜡石表面改性后，阻燃聚合物的弯曲强度(MPa)从32.5提高到60.2，冲击强度(KJ/m²)从2.85提高到4.36，氧指数(％)从34.8提高到36.4。

上述叶蜡石基阻燃聚合物的制备方法是采用热固性树脂，制备方法是：

a、将热固性树脂与各组份混合；

b、在混合料中加入树脂1~2％的固化剂，加入树脂重量5~8％的防收缩剂，加入混合料重量1~3％的增稠剂，加入混合料重量0.5~2％的内脱模剂，30~50℃捏合均匀；