[发明专利]纳米凹凸棒土复合型PVC阻燃剂和PVC阻燃材料及其制法

说明书

技术领域

本发明涉及一种阻燃剂及其阻燃材料，具体涉及一种纳米凹凸棒土复合型PVC阻燃剂及其阻燃PVC以及它们的制备方法。

背景技术

聚氯乙烯（PVC）可分为硬质和软质两大类，PVC的含氯量高达56.8%，其氧指数（OI）为45-49%，所以不需要加入阻燃剂进行阻燃。但软PVC中加有大量的增塑剂，其氯含量可降至约36%，氧指数最低可降到22%左右，所以必须对其进行阻燃。由于PVC的生烟量大，所以不论是硬质还是软质PVC，如果要阻燃的话，都必须加入抑烟剂。可用于软质PVC阻燃的阻燃剂包括三氧化二锑（Sb₂O₃）、氢氧化铝、硼酸锌、磷酸酯、氯化石蜡、红磷等，抑烟剂则包括钼化物（三氧化钼和钼酸铵）、（羟基）锡酸锌、Ongard II、铁化合物及低价过渡金属化合物等。其中最有效的阻燃剂是三氧化二锑，在燃烧时，Sb₂O₃与PVC中的氯反应，生成挥发性的氯化锑类物质，在燃烧中可作为自由基捕捉剂，这种作用往往抑制或熄灭了激烈的燃烧，但也会增加烟的生成。但是目前锑矿的开采却受到国家的限制，Sb₂O₃的价格日趋升高，为了降低产品成本，迫切需要开发可以替代Sb₂O₃的新型高效环保阻燃剂。

近年来，纳米层状硅酸盐（纳米粘土）在阻燃领域成为研究的热点，纳米填料具有优异的物理性能和环境友好的特性。特别是，它可以显著地降低峰值热释放速率和提高材料的物理性能。但由于无法达到常规测试标准（特别是氧指数），纳米粘土不能单独作为阻燃剂使用，因此，其与常用阻燃剂复配使用成为目前阻燃剂纳米材料研究的重点。常用阻燃剂和纳米粘土复配使用可以有效地降低常用阻燃剂的用量，并且不降低材料的重要物理性能，如力学性能和热稳定性。因此，纳米粘土与常用阻燃剂复配可以制备出更环境友好和低成本的阻燃材料。

作为纳米粘土中的重要成员，凹凸棒土（attapulgite，ATT，简称凹土，又名坡缕石，palygorskite）被誉为“千种用土，万土之王”，是世界性稀有的、珍贵的非金属硅酸盐粘土。我国凹土的主要产地在江苏盱眙，已探明储量的凹土占全国已探明储量的70%以上。凹土是一种层链状结构的水镁铝硅酸盐粘土，其晶体理论化学式为Mg₅Si₈O₂₀(OH)₂(OH₂)₄·4H₂O。凹土具有2:1的层状结构，其结晶呈针状、纤维状集合体，单根纤维晶的直径在20 nm左右，长度可达1μm。该结构特征赋予了凹土独特的吸附、胶体、填充和抗盐等物化性能，已在石油、化工、建材、医药、农业、环保和涂料等领域得到了广泛的应用。研究表明，作为阻燃剂，纳米凹土可以有效地提高高分子的阻燃性能，并且可以提供纳米复合物的力学性能。

发明内容

本发明的目的是提出一种纳米凹土复合型PVC阻燃剂及由其制备的PVC阻燃材料及其制法。该阻燃剂环保指标优于Sb₂O₃，并且可以等量替代Sb₂O₃，降低产品的成本，所制备的PVC制品具有优异的阻燃性能和力学性能。 

本发明的技术方案如下：

一种纳米凹凸棒土复合型PVC阻燃剂，其主要成分包括三氧化二锑（Sb₂O₃）、活化剂、钼酸铵（AOM）、表面有机改性的纳米凹凸棒土（O-ATT）和PVC树脂，各组分的质量份数为：

Sb₂O₃         50-70 份

活化剂        5-35 份

AOM         0.5-2 份

O-ATT        10-20份

PVC树脂      1-5份

上述所说的活化剂选用硼酸锌（ZB）、氧化锌或锡酸锌中的一种。

上述所说的表面有机改性的纳米凹土选用表面有机改性剂硅烷偶联剂（KH）或/和季铵盐对纳米凹土进行表面有机改性。所选用的硅烷偶联剂包括KH550、KH560或KH570，所选用的季铵盐包括十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）或十八烷基三甲基氯化铵(OTAC)。