本發(fā)明屬于阻燃領(lǐng)域，尤其涉及一種無機含硅阻燃協(xié)效劑。
背景技術(shù)：
高分子材料與傳統(tǒng)的金屬材料，無機非金屬材料相比，由于其在產(chǎn)品性能，耐候性，使用成本等方面所展現(xiàn)的優(yōu)勢，使得其應(yīng)用范圍與發(fā)展速度均大大超過了傳統(tǒng)材料，在生產(chǎn)生活中已經(jīng)不可或缺。但是，高分子材料的易燃性也越來越制約著它的應(yīng)用該范圍。根據(jù)公安部發(fā)布的《2015年全國火災(zāi)事故統(tǒng)計》，2015年全年共發(fā)生火災(zāi)33.8萬起(全國)，共造成2854人傷亡，其中1742人死亡，1112人受傷，直接造成經(jīng)濟損失39.5億元，給人們的生命財產(chǎn)安全帶來巨大危害。在這些火災(zāi)事故中，由于高分子材料的易燃性而導(dǎo)致的火災(zāi)不可勝數(shù)。因此高分子材料的阻燃改性意義重大，必不可少。
高分子材料的阻燃方法主要有添加型和反應(yīng)型兩種。添加型阻燃方法即通過物理共混的方式將阻燃劑均勻分散在材料中，從而獲得阻燃性能。這種方法優(yōu)勢在于成本低，操作簡單方便，缺點在于阻燃性能難以持久；反應(yīng)型阻燃方法即阻燃劑能夠同被阻燃物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使得阻燃元素或者結(jié)構(gòu)引入但被阻燃物的結(jié)構(gòu)當(dāng)中，這種方法優(yōu)勢在于阻燃性能持久有效，效率高。
阻燃劑的引入能夠提高材料的阻燃性能，但是另一方面，阻燃劑的大量引入對被阻燃物的自身性能也會帶來影響，此外阻燃劑的價格一般較高，會提高材料的生產(chǎn)成本，因此提高阻燃劑的阻燃效率意義十分重大。比較成熟的阻燃協(xié)效體系是鹵-銻體系，尤其是溴-銻協(xié)效體系的阻燃效率最高。由于鹵系阻燃劑潛在的環(huán)境和人體危害性，目前阻燃的研究方向主要集中在無鹵阻燃方向，其中含磷阻燃劑被視為最有可能取代鹵系阻燃劑，但是目前成熟的含磷阻燃劑的阻燃效率一般低于鹵系阻燃劑，提高其阻燃效率的方法主要有阻燃劑復(fù)配與添加阻燃協(xié)效劑的方法。銻系協(xié)效劑由于銻金屬的價格飆升，與含磷阻燃劑協(xié)效效果差等原因，難以滿足日益增長的需求，這就需要我們尋找新型的低廉、環(huán)保且高效的阻燃協(xié)效劑。
當(dāng)前阻燃協(xié)效劑的研究熱點主要集中在多酸，固體酸，金屬鹽或者金屬氧化物，高嶺土等無機粒子上。李娟等(專利公開號：105504350A)合成一種多酸基阻燃協(xié)效劑，特征在于該多酸基阻燃協(xié)效劑的結(jié)構(gòu)通式為(A)nB，其中Bn-為通多或雜多酸陰離子，A+可以為有機、無機陽離子的一種或多種。研究表明，制得的哌嗪磷鉬酸鹽阻燃協(xié)效劑在阻燃聚丙烯樹脂上的，添加0.5％該協(xié)效劑，阻燃效果達(dá)到V0等級需要阻燃劑添加量為15.5％，對比未加入該協(xié)效劑的阻燃PP需要25％的添加量才能達(dá)到V0等級。Lei等(J Therm Anal Calorim,2014(115):1065-1071)研究了ZnO和ZnCl在PP體系中的協(xié)效阻燃作用，研究表明通過與膨脹型阻燃劑復(fù)配，ZnO或ZnCl均能夠有效提高PP的氧指數(shù)和垂直燃燒等級，阻燃效率明顯提高。汪爐林等(專利公開號：102558868A)通過將銻化合物與滑石粉，無機硅酸鹽，有機硅物質(zhì)進(jìn)行復(fù)配，制備出一種新型的阻燃協(xié)效劑，能夠完全等量替代溴-銻阻燃體系中的三氧化二銻，可以用于制備低成本的阻燃ABS。
阻燃協(xié)效劑目前存在的問題主要是與含磷阻燃劑匹配，阻燃效率低，制備過程復(fù)雜以及價格成本高等。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新型的無機含硅阻燃協(xié)效劑。本發(fā)明選擇三硅酸鎂，通過對其進(jìn)行高溫活化與控制粒徑范圍，獲得一種綠色高效的阻燃協(xié)效劑。
一種無機含硅阻燃協(xié)效劑，其特征在于，采用三硅酸鎂并經(jīng)過150℃-600℃(優(yōu)選200℃-500℃)高溫活化處理，活化處理時間為2-36小時(優(yōu)選2.5-24h)、粒徑范圍為0.1-100μm(優(yōu)選為20-60μm)的顆粒作為阻燃協(xié)效劑。
三硅酸鎂是一種不定的含水硅酸鎂，結(jié)構(gòu)式為Mg2Si3O8·nH2O，其中MgO的質(zhì)量百分含量不得少于20.0％，SiO2的質(zhì)量百分含量不得少于45.0％；SiO2與MgO的質(zhì)量含量的比值應(yīng)為2.1～2.3。
進(jìn)一步優(yōu)選：
該無機含硅阻燃協(xié)效劑與膨脹型阻燃劑配合使用。
優(yōu)選該無機含硅阻燃協(xié)效劑與膨脹型阻燃劑的質(zhì)量比為1：1～50。
優(yōu)選膨脹型阻燃劑包括酸源、碳源和氣源，酸源、碳源和氣源按照質(zhì)量比2:(0～2):(0～2)混合而成，進(jìn)一步優(yōu)選2:(0.5～2):(0.5～2)。其中酸源為聚磷酸銨(APP)、密胺包覆聚磷酸銨(MAPP)、聚磷酸三聚氰胺(MPP)中的一種或幾種，碳源為季戊四醇(PER)、雙季戊四醇(DPER)、三季戊四醇(TPER)、酚醛樹脂(PF)、淀粉(AM)、環(huán)糊精(DT)中的一種或幾種，氣源為三聚氰胺(MEL)、雙氰胺(DCD/DICY)中的一種或幾種。
本發(fā)明的優(yōu)點以及積極效果：
1本發(fā)明選用的主要成分為三硅酸鎂，生產(chǎn)工藝簡單，價格低廉，對人與環(huán)境無危害，是一種低成本的環(huán)保高效阻燃協(xié)效劑。
2可以廣泛的應(yīng)用在塑料，樹脂膠黏劑，涂料以及建筑材料等領(lǐng)域。
3由圖1中XRD曲線的變化可看出本發(fā)明專利中三硅酸鎂(MTS)阻燃協(xié)效劑在室溫與高溫下均為無定型結(jié)構(gòu)硅酸鹽，在高溫下能夠同膨脹型阻燃劑(IFR)中酸源發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，一部分轉(zhuǎn)變?yōu)榱姿峁桀愇镔|(zhì)與無定型的二氧化硅，能夠有效提高被阻燃物的阻燃性能。
附圖說明
圖1三硅酸鎂(MTS)不同條件下XRD曲線(酸源如為聚磷酸銨(APP))。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明并不限于以下實施例。
實施例1：
(1)將三硅酸鎂進(jìn)行300℃高溫活化處理2h，降至室溫后，研磨過600目篩，獲得所需的阻燃協(xié)效劑。
(2)按照表1配料量制備硅烷封端聚醚密封膠，然后將制得的密封膠在模具中固化成型。其中膨脹型阻燃劑為聚磷酸銨(APP)、三聚氰胺(MEL)、季戊四醇(PER)，質(zhì)量比為3:1:1。其他助劑為增塑劑、硅烷偶聯(lián)劑、催化劑等。
表1.硅烷封端聚醚密封膠配方
(3)待制得的密封膠萬千固化成型后，進(jìn)行阻燃性能測試，阻燃測試見表2.
表2阻燃性能測試結(jié)果
實施例2：
(1)將三硅酸鎂進(jìn)行450℃高溫活化處理6h，降至室溫后，研磨過600目篩，獲得所需的阻燃協(xié)效劑。
(2)按照表3配料量，采用雙輥擠出機進(jìn)行擠出造粒，其中擠出溫度為175～195℃，螺桿轉(zhuǎn)速30～40r/min。然后將制得的粒料采用壓片機壓片成型。其中膨脹型阻燃劑為聚磷酸銨(APP)、三聚氰胺(MEL)，質(zhì)量比為2:1。
表3.阻燃聚丙烯配方
(3)對制得的阻燃聚丙烯材料進(jìn)行阻燃性能測試，阻燃測試見表4。表4.阻燃性能測試結(jié)果
實施例3.
(1)將三硅酸鎂進(jìn)行350℃高溫活化處理5h，降至室溫后，研磨過600目篩，獲得所需的阻燃協(xié)效劑。
(2)按照表5配料量制備水性聚氨酯涂料，其中膨脹型阻燃劑為聚磷酸銨(APP)、三聚氰胺(MEL)、季戊四醇(PER)，質(zhì)量比為3:1.5:2。表5中其他助劑為增稠劑，消泡劑，成膜劑，分散劑。
表5.阻燃聚氨酯涂料配方
(2)阻燃涂料制得后，參考GB/T1544.2—1995標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行模擬大板燃燒實驗，耐燃實驗數(shù)據(jù)見表6。
表6.耐燃時間結(jié)果