一種阻燃吸附母粒及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機高分子材料領域，具體涉及一種新型阻燃吸附母粒及其制備方 法。
[0002] 技術背景
[0003] 高分子材料塑料、橡膠、纖維已經占據(jù)了人們日常生活的方方面面，它們被大量地 應用于諸如墻壁、天花板、家具、地板涂層、織物、電子、車輛和電器等眾多領域中。但是作為 來源于石油的碳氫高分子材料，其多數(shù)都是可燃的，有些還屬于易燃級別。近年來，隨著高 分子材料的廣泛應用，火災更是日益頻發(fā)。根據(jù)國際消防技術委員會統(tǒng)計，每年因火災死亡 的人數(shù)高達數(shù)萬，直接或間接因火災造成的財產損失約為全球國民生產總值的1~2. 5%。
[0004] 目前一般可通過在高分子聚合物中添加阻燃劑的方法來提高其消防安全性，目前 阻燃劑的開發(fā)及材料阻燃改性技術得到了長足發(fā)展，已成為全球工業(yè)體系的重要組成部 分。其具體工藝是在聚合物加工過程中和其他助劑一起共混入基體樹脂當中。
[0005] 目前市場上常用的阻燃劑主要為有機和無機兩大類：有機阻燃劑主要為有機鹵系 和有機磷系，其中鹵系阻燃劑存在燃燒產物為有毒煙霧或腐蝕性氣體，已經處于逐漸被淘 汰階段；有機磷系阻燃劑品種眾多、用途廣泛，是重要的阻燃劑品類，其特點是阻燃效率高、 低毒、少煙、低腐蝕性、與材料相容性好，并且兼具阻燃和增塑雙重功能，主要包括磷酸酯、 亞磷酸酯、膦酸酯、氧化膦、膦鹽等。目前有機磷系阻燃劑有逐漸替代有機鹵系阻燃劑成為 市場主流產品的趨勢，特別是最近幾年，隨著塑料合金在電器上的廣泛應用，帶動了磷酸酯 類阻燃劑特別是BDP、RDP、PX200等的快速發(fā)展。
[0006] 目前應用最廣泛的磷酸酯和膦酸酯，特別是三烷基及三芳基磷酸酯大多為粘稠性 液體，揮發(fā)性大，熱穩(wěn)定性較低。液體阻燃劑目前有以下幾種常用的添加方式：1)直接加入 高混機與樹脂一起共混后再進擠出機料斗；2)經過一次熔融熱加工過程制備成高濃度的阻 燃母粒；3)采用液體定量壓力計量泵，將液體注入螺桿擠出機中。但眾所周知，直接加入高 混機中常會導致因分散不均而團聚，或者粘壁、揮發(fā)損失；經過一次熔融熱加工使基體材料 會額外地貢獻V0C，且受熱過程中阻燃劑的利用率較低；而使用昂貴的液體定量壓力泵來 注入阻燃劑，一方面增加了成本，另一方面液體添加量太大的話會導致擠出機螺桿打滑和 頻繁清洗。這些方法均嚴重限制了液體阻燃劑的應用和推廣。
[0007] 無機阻燃劑多為粉體，以氫氧化鎂、氫氧化鋁、三氧化二銻、硼酸鋅、紅磷、聚磷酸 銨、無機磷酸鹽為主，其具有添加量大、分散性差、惡化材料性能等缺點。固體粉末常和樹脂 基體一起加入高速混合機中進行混合后，再熔融擠出造粒。為了追求較高的阻燃效率，粒徑 較小的納米級的粉末被開發(fā)出來，但是納米級阻燃劑會有比一般粉體添加劑更嚴重的兩個 主要問題：易團聚和加工環(huán)境粉塵大。如此，則環(huán)保級別較低且成本高。
[0008] 專利CN 99809881提出通過將常溫下為液體或粘性固體的阻燃劑與無機纖維物 質混合，以將阻燃劑粘附或吸附到該纖維物質上制得一種粉末狀阻燃劑的方案。該粉末阻 燃劑可以包含5~70wt%的阻燃劑和95~30wt%的纖維物質，且能產生液體或粘性阻燃劑不能 獲得的明顯效果。但其選擇的范圍有限，僅為由膦腈化合物和磷酸酯化合物所組成；且僅靠 粘附力，其固定效果有限，不易保存及運輸。另外，有些纖維物質不是樹脂體系所必需的，易 帶來負面的影響。雖然復合出來的粉末狀物質比液體和粘性固體更容易操縱和施用，但仍 存在持久性和均勻性問題。
[0009]

【發(fā)明內容】

[0010] 為了克服上述問題的缺陷，本發(fā)明利用多孔吸附材料自身的高吸附特性，能很好 地吸附與其接觸性及相容性較好的液體及粉體，提供一種新型的阻燃吸附母粒及其制備方 法。
[0011] 本發(fā)明的技術方案如下： 一種吸附阻燃母粒，由以下組份按重量份制備而成： 多孔吸附材料粒子：1~70份， 阻燃添加劑：99~30份； 所述多孔吸附材料粒子為帶有部分開孔結構或者海綿狀、網(wǎng)狀微結構的聚烯烴開孔泡 沫塑料或天然多孔材料；所述多孔吸附材料粒子的平均粒徑為孔隙度至少為30%、 微孔的平均直徑以50~200 ym。
[0012]進一步方案是，所述聚烯烴開孔泡沫塑料包括聚苯乙烯（EPS)、聚氨酯（EPU)、聚 丙烯（EPP)或聚乙烯（EPE); 所述天然多孔材料包括淀粉、植物纖維素及其制品。
[0013]進一步方案是，所述阻燃添加劑為液體阻燃劑、粉末阻燃劑或復合阻燃劑中至少 一種。
[0014]更進一步方案是，所述液體阻燃劑為四苯基（雙酚-A)二磷酸酯（BDP)、四苯基 間苯二酚二磷酸酯（RDP)、磷酸二苯甲苯酯（DPTP)、磷酸二苯異丙苯酯（DPPP)、磷酸三丁酯 (TBP)、磷酸三異辛酯（T0P)、甲基膦酸二甲酯（DMMP)、磷酸三（0 -氯乙基)酯（TCEP)或磷酸 三（0-氯丙基）酯（TCPP); 所述粉末阻燃劑為微米級或納米級的氫氧化鎂、氫氧化鋁、三氧化二銻、硼酸鋅、紅磷、 聚磷酸銨或無機磷酸鹽； 所述復合阻燃劑包括膨脹型阻燃劑、鹵-銻協(xié)效阻燃劑、抑煙型阻燃劑和復合功能阻 燃劑母粒。
[0015]更優(yōu)選的是，所述膨脹型阻燃劑是由碳源季戊四醇、氣源三聚氰胺和酸源聚磷酸 銨組成；鹵-銻協(xié)效阻燃劑是由鹵系阻燃劑與三氧化二銻復配組成；抑煙型阻燃劑是添加 有三氧化鉬、八鉬酸銨的阻燃劑；所述復合功能阻燃劑母粒是添加有增強劑、抗氧劑、潤滑 劑、脫模劑、色粉、偶聯(lián)劑、抗靜電劑、白油、水、醇中至少一種的阻燃劑。
[0016]本發(fā)明的另一個發(fā)明目的是提供一種如上述吸附阻燃母粒的制備方法，包括如下 步驟： (1) 將多孔吸附材料粒子置于攪拌裝置中； (2) 將粉末阻燃劑或復合阻燃劑用吸附介質進行互溶形成液體混合物或抽真空形成懸 浮混合物； (3) 將液體阻燃劑或經步驟（2)處理后形成的液體混合物或懸浮混合物直接加入步驟 (1)的攪拌裝置中； (4) 在溫度為室溫到200°C、以轉速為20~300 rpm攪拌5~30 min，即得吸附阻燃母粒。
[0017] 進一步方案是，所述步驟（2)中吸附介質為油溶性液體阻燃劑、液態(tài)的偶聯(lián)劑、液 態(tài)的抗靜電劑、液態(tài)的增塑劑、白油、水、醇或惰性氣體。
[0018] 進一步方案是，所述步驟（2)中還添加有占吸附介質的重量0. 01~1. %的非離子型 表面活性劑。
[0019] 本發(fā)明所用的多孔吸附材料粒子為帶有部分開孔結構或者海綿狀、網(wǎng)狀微結構的 聚烯烴開孔泡沫塑料或天然多孔材料；如1)聚烯烴開孔泡沫塑料，優(yōu)選聚苯乙烯（EPS)、聚 氨酯（EPU)、聚丙烯（EPP)、聚乙烯（EPE)及其他材料的發(fā)泡體。2 )天然成分的多孔材料，優(yōu) 選淀粉、植物纖維素及其制品等。所述多孔吸附材料粒子的平均粒徑為1~1〇_，孔隙度至少 為30%、微孔的平均直徑以50~200 y m。研宄表明，多孔材料粒子的比表面積很大，使材料能 與液體物質充分接觸。互相貫通的開孔孔隙結構具有強大的、自發(fā)的毛細管吸附作用。另 外，該作用力與溫度無關，因而不受溫度的影響。
[0020] 本發(fā)明所吸附的阻燃劑包括液體阻燃劑和可以轉化為液體的阻燃劑或其復配體 系。其中液體阻燃劑為有機磷系阻燃劑中的某些磷酸酯和膦酸酯。如四苯基（雙酚-A)二磷 酸酯（BDP)、四苯基間苯二酚二磷酸酯（RDP)、磷酸二苯甲苯酯（DPTP)、磷酸二苯異丙苯酯 (DPPP)、磷酸三丁酯（TBP)、磷酸三異辛酯（T0P)、甲基膦酸二甲酯（DMMP)、磷酸三（0 -氯乙 基)酯（TCEP)、磷酸三（氯丙基)酯（TCPP)等。所述粉末阻燃劑為除了液體阻燃劑品類之 外的阻燃劑。常用的有氫氧化鎂、氫氧化鋁、三氧化二銻、硼酸鋅、紅磷、聚磷酸銨、無機磷酸 鹽等。并且目前已開發(fā)出某些產品的納米級別的牌號，如納米氫氧化鎂、納米氫氧化鋁等。 所述復合阻燃復配體系包括膨脹阻燃體系，碳源優(yōu)選季戊四醇，氣源優(yōu)選三聚氰胺，酸源優(yōu) 選聚磷酸銨；鹵-銻協(xié)效體系，優(yōu)選鹵系阻燃劑與三氧化二銻復配；阻燃抑煙體系，優(yōu)選阻 燃劑與三氧化鉬和八鉬酸銨復配。所述阻燃劑與其他助劑的復合功能母粒的組合包括：阻 燃劑與增強劑、抗氧劑、潤滑劑、脫模劑、色粉、偶聯(lián)劑、抗靜電劑、白油、水、醇及其他各種填 料。
[0021] 本發(fā)明將粉末阻燃劑或復合阻燃劑用吸附介質進行互溶形成液體混合物或抽真 空形成懸浮混合物，然后將其直接加入攪拌裝置中用多孔吸附材料粒子填進行吸附制得吸 附阻燃母粒。這種方法首先防止了液體阻燃劑對高混機的黏附及分散不均，又能節(jié)省液體 計量泵的成本。如果將大量液體添加劑直接加入高分子材料中會導致螺桿打滑，易導致出 料不暢，故需要定期清理螺桿；另外，液體阻燃劑會在螺桿前段便受熱揮發(fā)損失，首先是一 種浪費，再者對生產環(huán)境不利。所以本發(fā)明將阻燃劑與多孔吸附材料粒子制備成吸附母粒， 從而能起到很好的緩釋作用，防止液體阻燃劑受熱揮發(fā)，還能在緩釋的同時有利于分散均 勻、避免團聚。
[0022] 對于油溶性的液體阻燃劑可采用攪拌-吸附-放料方式來實現(xiàn)，對于粘度較大的 該類阻燃劑考慮加熱后吸附；粉體阻燃劑、復合阻燃體系及復合功能體系可借助吸附介質 來實現(xiàn)吸附。所述粉體吸附介質旨在與粉體助劑形成互溶溶液或懸浮液從而被吸附，或與 惰性氣體形成懸浮混合氣體從而被抽濾。為增大其潤濕性，可嘗試添加表面活性劑以降低 其表面張力，所添加的表面活性劑為市售的常見牌號，優(yōu)選非離子型表面活性劑，添加量為 0? 01~1%，優(yōu)選 0? 01~0. 5%. 本發(fā)明中所使用的攪拌裝置包括高混機、高攪機、翻滾式攪拌機等類似機器中的一種， 其料斗可為錐形、釜式、滾筒式等。攪拌裝置除配備加熱、攪拌(可為槳式、螺旋式等)、下放 料口、清掃裝置以外，還可配備抽真空、噴灑等裝置。優(yōu)選帶有錐形料斗、螺旋式攪拌槳、抽 真空、噴灑裝置和下放料的高混機。其中，吹掃裝置有利于徹底排料，螺旋