鋁酸酯類物質(zhì)作為阻燃劑在阻燃熱塑性塑料中的應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于阻燃熱塑性塑料改性的技術(shù)領(lǐng)域，涉及鋁酸酯類物質(zhì)，即鋁酸酯類物 質(zhì)作為阻燃劑在阻燃熱塑性塑料中的應(yīng)用，尤其是在阻燃熱塑性聚氨酯彈性體、聚丙烯、乙 烯-醋酸乙烯酯中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)是目前世界上比較常用的塑料之一，它兼具了塑料的 加工工藝性能與橡膠的物理機械性能，具有高彈性、高強度、高耐磨性、耐輻射性、耐油性、 耐低溫脆性并且硬度可在很大范圍內(nèi)可調(diào)等力學性能，在國民經(jīng)濟的許多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng) 用。但是TPU由于本身結(jié)構(gòu)特殊，極容易燃燒，TPU燃燒時火焰劇烈并且伴有濃烈的黑煙，熱 釋放量大，同時具有嚴重的熔滴滴淌現(xiàn)象，使其直接應(yīng)用到工業(yè)具有很大的局限性，所以阻 燃熱塑性聚氨酯材料的研究一直是當今聚氨酯材料研究的熱點。據(jù)《阻燃劑的發(fā)展及在塑 料中的應(yīng)用》(塑料，31:11 -15，2002)介紹，傳統(tǒng)的阻燃劑(如鹵系阻燃劑)在火災中往往會 產(chǎn)生很多有害煙氣，甚至提高了煙氣的毒性和腐蝕性，易造成重大人員傷亡。而傳統(tǒng)無鹵阻 燃劑，如鋁鎂氫氧化物等阻燃效果好、低煙無毒，但所需阻燃劑的添加量較大，使材料的力 學性能如拉伸強度，斷裂強度下降。
[0003] 據(jù)《聚合物燃燒與阻燃技術(shù)》(張軍，紀奎江，夏延致等編著，化學出版社，2005年4 月）介紹，聚丙烯(PP)本身屬于易燃材料，其氧指數(shù)僅17.0-18.0%，并且成炭率低，燃燒時 產(chǎn)生熔滴，所以在很多應(yīng)用場合都要求對其進行阻燃改性。目前國內(nèi)外對聚丙烯阻燃主要 采用添加阻燃劑。乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)本身屬于比較易燃聚合物材料，其氧指數(shù) 僅17.0-19.0%，隨醋酸乙烯酯含量的增加而有所增加，但成炭率低，燃燒時產(chǎn)生熔滴，所以 在很多應(yīng)用場合都要求對其進行阻燃改性。目前，國內(nèi)外對乙烯-醋酸乙烯酯阻燃處理主要 采用添加型阻燃劑。
[0004] 現(xiàn)有技術(shù)中鋁酸酯作為偶聯(lián)劑使用，適用于無機阻燃劑（如氫氧化鎂、氫氧化鋁、 硼酸鋅、三氧化銻等)的表面活化改性。
[0005] 無機阻燃劑具有較強的極性及親水性，同非極性聚合物材料間相容性差，界面難 以形成良好的結(jié)合和粘結(jié)。為了改善氫氧化鎂與聚合物間的粘結(jié)力和界面親合性，制備納 米氫氧化鎂阻燃劑并對其進行表面改性處理是最為行之有效的方法之一。納米粒子在樣品 中分散良好，但由于納米粒子未經(jīng)任何表面處理，部分粒子傾向于團聚。
[0006] 綜上，目前尚沒有將鋁酸酯類化合物作為阻燃劑加入到熱塑性塑料中，用作熱塑 性塑料阻燃的報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種阻燃劑，阻燃效率高、用量少、低毒，并將其用于阻燃熱 塑性塑料，尤其是聚氨酯彈性體、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯的改性中，克服現(xiàn)有熱塑性聚氨 酯彈性體、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯燃燒熱釋放量大和納米粒子易于在基體中團聚的缺 點。
[0008] 鋁酸酯類化合物作為阻燃劑在阻燃熱塑性塑料中的應(yīng)用。
[0009] 優(yōu)選的，所述的鋁酸酯類化合物包括鋁酸酯偶聯(lián)劑UP801、SG-A1821(二硬脂酰氧 異丙基鋁酸酯）、DL-411、DL-411AF、DL-411D、DL-411DF、防沉降性鋁酸酯ASA的至少一種。
[0010] 基于鋁酸酯類化合物作為阻燃劑在制備阻燃熱塑性塑料中的應(yīng)用，一種高濃度阻 燃熱塑性塑料母粒，所述母粒由熱塑性塑料、鋁酸酯類化合物組成，以重量份計，所述熱塑 性塑料90份，鋁酸酯類化合物10份。
[0011] 優(yōu)選的，所述熱塑性塑料包括聚氨酯彈性體、聚丙烯、乙烯-醋酸乙烯酯。
[0012] 基于所述鋁酸酯類化合物作為阻燃劑在制備阻燃熱塑性塑料中的應(yīng)用，一種阻燃 熱塑性塑料材料，由熱塑性塑料、高濃度阻燃熱塑性塑料母粒組成，以質(zhì)量百分數(shù)計，所述 熱塑性塑料為98-99.875 %，高濃度阻燃熱塑性塑料母粒為0.125-2 %。
[0013] 優(yōu)選的，以質(zhì)量百分數(shù)計，各組分含量為熱塑性塑料為99-99.875%，高濃度阻燃 熱塑性塑料母粒為0.125-丄％。
[0014] 進一步地，所述阻燃熱塑性塑料材料制備方法為：
[0015] 1)制備高濃度阻燃熱塑性塑料母粒:將密煉機溫度控制在120-190°(：，轉(zhuǎn)速為10-50轉(zhuǎn)/分，將熱塑性塑料加入到密煉機中，待其熔融加入鋁酸酯類化合物，熔融共混5-30分 鐘，得到高濃度阻燃熱塑性塑料母粒，密封保存；
[0016] 2)將密煉機溫度控制在120-190 °C，轉(zhuǎn)速為10-50轉(zhuǎn)/分，將熱塑性塑料加入到密煉 機中，待其熔融加入所述母粒，熔融共混5-30分鐘，取出材料壓制成型；
[0017] 3)所得材料在進行性能測試之前放置于恒溫恒濕環(huán)境(25°C、相對濕度60%)內(nèi)放 置72小時。
[0018] 優(yōu)選的，當所述熱塑性塑料為熱塑性聚氨酯彈性體、聚丙烯時，步驟1)、2)中所述 密煉機溫度控制為170-190 °C。
[0019] 優(yōu)選的，當所述熱塑性塑料為乙烯-醋酸乙烯酯時，步驟1)、2)中所述密煉機溫度 控制為 120-160 °C。
[0020] 本發(fā)明采用母粒-熔融共混的方法在熱塑性塑料中加入鋁化物的前驅(qū)體鋁酸酯類 化合物，熱塑性塑料和鋁酸酯類化合物都作為有機體系，有很好的相容性，鋁酸酯的長鏈部 分與聚合物分子的纏結(jié)和混溶，使鋁酸酯類化合物在熱塑性塑料基體中能夠良好的分散， 且不易迀移、析出。待鋁酸酯類化合物在熱塑性塑料基體中水解之后，其水解產(chǎn)物鋁氧化物 類似于原位聚合，能夠很好地貫穿在熱塑性塑料分子鏈段中，形成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。
[0021] 本發(fā)明的有益效果是：
[0022] 首次將鋁酸酯類化合物作為阻燃劑使用，并闡述了其在阻燃熱塑性塑料中的應(yīng) 用，鋁酸酯類化合物作為納米無機氧化物前驅(qū)體可以良好的分散在聚合物基體中，當遇到 空氣中的水分時，偶聯(lián)劑在聚合物分子鏈段中水解生成納米無機氧化物，跟聚合物基體形 成互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，與直接加入納米粒子氧化物相比，這種加入無機氧化物前驅(qū)體的方法有 效的減少納米粒子在聚合物基體中的團聚、迀移和析出。使用鋁酸酯類化合物作為阻燃劑 制備的阻燃熱塑性塑料，熱釋放速率、總熱釋放、生煙速率，總生煙量、煙因子顯著降低，而 炭渣剩余質(zhì)量則大大提高。
【具體實施方式】
[0023] 下面用實施例進一步描述本發(fā)明，以下實例提到的鋁酸酯偶聯(lián)劑UP801為市售產(chǎn) 品。
[0024] 對比例1:
[0025]將熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)放入100 X 100 X 3_mm3的模具中，用平板硫化機壓 片，控溫180°C，保壓10分鐘。將樣品35_kW/m2輻射功率下進行錐形量熱儀測試檢測，結(jié)果見 表1。
[0026] 實施例1:
[0027]鋁酸酯類化合物作為阻燃劑制備阻燃熱塑性聚氨酯彈性體復合材料-1。
[0028]所述鋁酸酯類化合物為鋁酸酯偶聯(lián)劑UP801。
[0029] 所述阻燃熱塑性聚氨酯彈性體復合材料的制備方法為：
[0030] 1)母粒的制備，所述母粒由熱塑性聚氨酯彈性體、鋁酸酯偶聯(lián)劑UP801組成，以重 量份計，所述熱塑性聚氨酯彈性體90份，鋁酸酯偶聯(lián)劑UP801 10份。將密煉機溫度控制在 180°C，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分，將熱塑性聚氨酯彈性體加入到密煉機中，待其熔融加入一定量的鋁 酸酯偶聯(lián)劑UP801，熔融共混10分鐘。得到高濃度的阻燃TPU/鋁酸酯偶聯(lián)劑UP801母粒，收于 密封袋中密封保存。
[0031] 2)將密煉機溫度控制在180°C，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分，將質(zhì)量百分比為99.875wt%的熱 塑性聚氨酯彈性加入到密煉機中，待其熔融加入質(zhì)量百分比為〇.125wt%的高濃度的阻燃 熱塑性聚氨酯彈性母粒，熔融共混10分鐘，取出復合材料壓制成型。
[0032] 3)制備完成的所有樣品在進行性能測試之前放置于恒溫恒濕試驗箱(25°C、相對 濕度60%)內(nèi)放置72小時。
[0033]對步驟3)所得的阻燃復合材料用平板硫化機壓制成100X 100 X3_mm3樣品。35_ kW/m2輻射功率下對樣品進行錐形量熱儀檢測，結(jié)果見表1。
[0034] 實施例2:
[0035] 鋁酸酯類化合物作為阻燃劑制備阻燃熱塑性聚氨酯彈性體復合材料-2。
[0036] 所述阻燃熱塑性聚氨酯彈性體復合材料的制備方法為：
[0037] 1)母粒的制備，同實施例1;
[0038] 2)將密煉機溫度控制在180 °C，轉(zhuǎn)速為30轉(zhuǎn)/分，將質(zhì)量百分比為99.75wt%的熱塑 性聚氨酯彈性加入到密煉機中，待其熔融加入質(zhì)量百分比為〇.25wt%的高濃度的阻燃熱塑 性聚氨酯彈性母粒，熔融共混10分鐘，取出復合材料壓制成型。
[0039] 3)制備完成的所有樣品在進行性能測試之前放置于恒溫恒濕試驗箱(25°C、相對 濕度60%)內(nèi)放置72小時。
[0040] 對步驟3)所得的阻燃復合材料用平板硫化機壓制成100 X 100 X 3mm3樣品。35kW/m2 輻射功率下對樣品進行錐形量熱儀檢測，結(jié)果見表1。
[0041 ] 實施例3:
[0042] 鋁酸酯類化合物作為阻燃劑制備阻燃熱塑性聚氨酯彈性體復合材料-3。
[0043] 所述阻燃熱塑性