專利名稱：抑煙阻燃組合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種抑煙阻燃組合物，尤指一種添加于聚氯乙烯(PVC,polyvinyl chloride)并可有效抑制聚氯乙烯燃燒時(shí)的發(fā)煙量、提高耐燃特性的抑煙阻燃組合物。
聚氯乙烯為一種人工合成熱塑性聚合物，具有高延展性、極大的寬容塑性(Commodity thermoplastics)加工良好、介電性、耐潮耐候、本身具難燃特性、價(jià)格便宜…等優(yōu)點(diǎn)。故應(yīng)用的范圍極廣，上至電線電纜的絕緣包覆、下至水管、家具人造皮、門、窗、發(fā)泡隔間墻、雨衣、玩具、地板、合成紙…等，皆有它的應(yīng)用。
然而，由于聚氯乙烯含氯量高達(dá)56％以上，燃燒時(shí)會(huì)釋放出高濃度的有毒濃煙，于火滅發(fā)生時(shí)，不但阻礙了逃生者的視線，有毒氣體更是直接致人于死。其次聚氯乙烯本身雖具有難燃性，但用它來(lái)生產(chǎn)發(fā)泡材、電線電纜或是沙發(fā)膠皮…等，生產(chǎn)廠家為了滿足應(yīng)用及加工的需求，常需添加增塑劑、穩(wěn)定劑或發(fā)泡劑等助劑，使得聚氯乙烯材料失去固有的難燃特性而變得可燃，且最特別的是，燃燒時(shí)產(chǎn)生大量的有毒濃煙。
目前國(guó)內(nèi)、外有關(guān)學(xué)者、專家對(duì)于解決上述聚氯乙烯燃燒時(shí)所產(chǎn)生的問(wèn)題，采用多種方法。例如莫爾(Moore F.W.1991,Journal of VinylTechnology,13(3),Sep.)提出將硼酸鋅與共添加劑(如磷酸酯、溴化酸酯)摻混入聚氯乙烯材料中，以達(dá)到抑降聚氯乙烯燃燒時(shí)的發(fā)煙量并提高阻燃性；麥馬雷爾(McMurrer,M.,1991,9,Plastics Compounding)提出應(yīng)用硼酸鋅與鉬酸銨共同混練添加到聚氯乙烯中，有效降低發(fā)煙達(dá)50％；卡蒂(Carty,P.1995,8(4),Engineering Plastics,)論及錫酸鹽、鹽基性氧化鐵及鉬酸銨可有效抑制聚氯乙烯材料燃燒時(shí)的發(fā)煙量；貝戈萊等(R.G.Baggaley 1997,Vol.21,Fire and Materials)利用羥基錫鹽及氫氧化鋁與氫氧化鎂作為聚氯乙烯材料的抑煙劑并提升其限氧指數(shù)(LOI)達(dá)45.8。另在各國(guó)專利方面，如勞生(1976,US 3957723,Lawson)提出以Al(OH)3與ZnO相輔相成以抑降聚氯乙烯燃燒時(shí)的發(fā)煙量；Uniroyal公司(1984,US 4464502)則發(fā)表以ZnO與MgO相乘功效，以抑制聚氯乙烯燃燒時(shí)的發(fā)煙量；日本專利(1997 JP 9-227747)以磷化合物及膨脹石墨作為聚氯乙烯材料的阻燃抑煙劑；美國(guó)專利(1997,US 5906679)，日產(chǎn)化學(xué)以ZnO/Sb2O5互熔體加入聚氯乙烯材料中，達(dá)到抑煙效果；最近，阿爾坎公司(1999年US 5891571,Alcan Inc.)利用八鉬酸銨、錫酸鋅與三氧化二銻混練加入聚氯乙烯中，以有效抑制聚氯乙烯的發(fā)煙量。
綜觀上述各種聚氯乙烯抑煙、阻燃配方組成，我們可發(fā)現(xiàn)(1)添加Al(OH)3、Mg(OH)2等無(wú)機(jī)水合物，需大量添加(一般添加量為50-150phr,phr=每百份樹脂或橡膠中的份數(shù))才能顯現(xiàn)出抑煙、防火功能。如此大量的添加，不僅增加制造過(guò)程的困難度，且聚氯乙烯性能易受破壞，往往無(wú)法滿足商業(yè)上的需求。
(2)添加硼酸鋅系，減降煙量效果有限，且防火效果不佳。
(3)添加錫酸鹽、鉬酸銨等無(wú)機(jī)物價(jià)格昂貴，若添加量少則抑煙效果不明顯，若添加量＞5phr則抑煙功能并不等量遞增(最大約為50％減降量)。
(4)添加氧化鋅/氧化銻系，會(huì)提升聚氯乙烯的難燃性，但無(wú)法有效抑降發(fā)煙量，且會(huì)有燃燒時(shí)排放銻酸氣的問(wèn)題。
(5)添加磷酸鹽與膨脹石墨系，防火功能明顯，但發(fā)煙量的減降有限。
(6)以羥基錫鹽被覆氫氧化鋁或氫氧化鎂，抑煙效果尚佳，但防火性需添加40phr以上才有顯著效果。
綜合以上，先前技術(shù)的缺點(diǎn)或?yàn)樘砑恿看?，影響性能；或?yàn)閮r(jià)格昂貴、抑煙效果小于50％，不能滿足商業(yè)化的需求。
因此，極需研制一種新型抑煙的阻燃組成物，其能添加于聚氯乙烯材料內(nèi)以達(dá)到抑煙且高阻燃性的目的，且可在少量添加(3-25phr)即可達(dá)到抑制聚氯乙烯燃燒發(fā)煙量50％以上的效果。
本發(fā)明人基于上述原因，本著積極發(fā)明的精神，構(gòu)思一種可以解決上述問(wèn)題的“抑煙阻燃組合物”，幾經(jīng)研究實(shí)驗(yàn)終完成了這項(xiàng)發(fā)明。
本發(fā)明的主要目的是提供一種抑煙阻燃組合物，能有效抑制聚氯乙烯材料燃燒時(shí)的發(fā)煙量，并提升聚氯乙烯材料的限氧指數(shù)(Limit OxygenIndex)。
本發(fā)明的抑煙阻燃組合物包括(A)錫鹽粉末及鉬鹽粉末混合物的主體粉末，以及(B)錫氧化物粉末或鋁氫氧化物粉末或鋅硼氧化物粉末或銻氧化物粉末或其任何兩種以上的混合物的輔體粉末。
由于本發(fā)明組成新穎，能提供產(chǎn)業(yè)上利用，且確有增進(jìn)功效，故依法申請(qǐng)發(fā)明專利。
較佳具體實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的阻燃抑煙組合物是包括(A)錫鹽粉末及鉬鹽粉末混合物的主體粉末，以及(B)錫氧化物粉末或鋁氫氧化物粉末或鋅硼氧化物粉末或銻氧化物粉末或其任何兩種以上的混合物的輔體粉末。其中(A)主體粉末及(B)輔體粉末的含量比可為1∶1-5(重量比)較佳可為1∶2.5-3.5(重量比)。本發(fā)明(A)主體粉末中的錫鹽及鉬鹽之比率較佳為1∶0.2-5.0。本發(fā)明的阻燃抑煙組合物主體粉末中的錫鹽較佳為錫酸鈉、錫酸鋅、錫酸鎂或其任何兩種以上錫鹽的混合物。而本發(fā)明的阻燃抑煙組合物主體粉末中的鉬鹽，較佳可為三氧化鉬、鉬酸鋅、鉬酸銨或其任何兩種以上鉬鹽的混合物。本發(fā)明的主體粉末平均粒徑較佳為0.1至50μm。而本發(fā)明抑煙阻燃組合物中的錫鹽含量較佳為含5％至20％，其錫鹽平均粒徑較佳為0.1至50μm，最佳為0.1至5μm。本發(fā)明抑煙阻燃組合物中的鉬鹽含量較佳為含2％至20％，其鉬鹽粉末平均粒徑較佳為0.1至50μm，量佳為0.1至5μm。本發(fā)明抑煙阻燃組合物的輔體粉末若為錫氧化物，則較佳為SnO2、SnO或其混合物，最佳平均粒徑為小于6μm的SnO2。本發(fā)明抑煙阻燃組合物的輔體粉末若為銻氧化物，則較佳為Sb2O3、Sb2O5或其混合物，最佳平均粒徑為小于5μm的Sb2O5粉末。本發(fā)明抑煙阻燃組合物的輔體粉末若為鋅氧化物，則較佳平均粒徑為小于5μm的ZnO粉末。本發(fā)明抑煙阻燃組合物的輔體粉末若為鋁氫氧化物，則較佳平均粒徑為小于3μm的Al(OH)3粉末。本發(fā)明抑煙阻燃組合物的輔體粉末若為鋅硼氧化物，則較佳平均粒徑為小于2μm的含水硼酸鋅粉末。
本發(fā)明的抑煙阻燃組合物是用以添加入到聚氯乙烯材料中，以使添加后的聚氯乙烯材料達(dá)到抑煙高阻燃性的效果。本發(fā)明的抑煙組合物加入聚氯乙烯中的用量，是以3至35phr的添加量加入純聚氯乙烯材料(含軟硬質(zhì))，其可有效抑制聚氯乙烯材料燃燒時(shí)的發(fā)煙量并提升其阻燃性。而加入到聚氯乙烯中的用量，較佳為5至25phr添加量加入到純聚氯乙烯材料中(含軟硬質(zhì))。
為能使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更了解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，特舉較佳具體將各實(shí)施例制得的軟、硬質(zhì)聚氯乙烯材料都先以限氧指數(shù)(LOI)測(cè)量?jī)x測(cè)量各種聚氯乙烯試樣的LOI值，再以錐型量熱計(jì)(ConeCalorimeter)或NBS測(cè)量各項(xiàng)的總發(fā)煙量(TSR,Total Smoke Release)。
實(shí)施例1(不含無(wú)機(jī)填充料的軟質(zhì)聚氯乙烯)將聚氯乙烯、鄰苯二甲酸二辛酯(DOP增塑劑)、氧化蠟、穩(wěn)定劑、加工助劑(如Ingawax)及抑煙阻燃劑(A-F)*依照如表一的成分用量重量比，利用捏合機(jī)及熱壓機(jī)將其均勻混合并壓制成幾種不同組成的抑煙聚氯乙烯組成物試件。
表一
*A-F的成分說(shuō)明參見(jiàn)表二不含無(wú)機(jī)填充料的軟質(zhì)聚氯乙烯的限氧指數(shù)及總發(fā)煙量值如表二所示
表二
實(shí)施例2(含無(wú)機(jī)填充料的聚氯乙烯)將聚氯乙烯、鄰苯二甲酸二辛酯(增塑劑)、氯化蠟、Ba/Zn穩(wěn)定劑、加工助劑(如Ingawax)及抑煙、阻燃劑(G-K)*及CaCO3依照如表三的成分用量重量比，利用捏合機(jī)及熱壓機(jī)將其均勻混合并壓制成幾種不同組成的抑煙聚氯乙烯組成物試件。
表三
*G-K的成分說(shuō)明參見(jiàn)表四表四
實(shí)施例3將聚氯乙烯、耐沖擊改良劑、硬酯酸鈣、環(huán)氧化大豆油、錫系穩(wěn)定劑及不同比例的抑煙阻燃劑，利用捏合機(jī)及熱壓機(jī)將具均勻混合并壓制成幾種不同組成的抑煙聚氯乙烯組成物試件。
表五
其中抑煙、阻燃劑為Sn2O3+Al(OH)3+SnO2+MoO3+Na2SnO3其五者間的重量比為Sb2O3∶Al(OH)3∶SnO2∶MoO3∶Na2SnO3=8∶3∶4∶3∶2
表六
由表二、表四及表六中可知，本發(fā)明各實(shí)施例的組成的抑煙阻燃組合物，經(jīng)測(cè)試后，限氧指數(shù)均明顯提升且總發(fā)煙量大幅下降。
綜上所述，本發(fā)明無(wú)論就目的、手段及功效，在各方面顯示其完全不同于習(xí)知技術(shù)的特征，為“抑煙阻燃組合物”的一大突破。惟應(yīng)注意的是，上述諸多實(shí)施例僅為了便于說(shuō)明而舉例，本發(fā)明所主張的權(quán)利要求范圍自應(yīng)以申請(qǐng)的權(quán)利要求范圍所述為準(zhǔn)。而非僅限于上述實(shí)施例。
權(quán)利要求
1．一種抑煙阻燃組合物，其特征在于包含有(A)1重量份的錫鹽粉末及鉬鹽粉末混合物的主體粉末，以及(B)1至5重量份的至少一種選自由錫氧化物粉末、鋁氫氧化物粉末、鋅硼氧化物粉末及銻氧化物粉末所組成的群組的輔體粉末。
2．如權(quán)利要求1所述的抑煙阻燃組合物，其特征在于其中主體粉末與輔體粉末的重量比例為1∶2.5-3.5。
3．如權(quán)利要求1所述的抑煙阻燃組合物，其特征在于包含有5％至20％重量份的錫鹽，其中錫鹽為至少一種選自由錫酸鈉、錫酸鋅及錫酸鎂組成的群組。
4．如權(quán)利要求1所述的抑煙阻燃組合物，其特征在于包含有2％至20％重量份的鉬鹽，其中鉬鹽為至少一種選自由三氧化鉬、鉬酸鋅及鉬酸銨組成的群組。
5．如權(quán)利要求1所述的抑煙阻燃組合物，其特征在于其中主體粉末的平均粒徑介于0.1μm至50μm之間。
6．如權(quán)利要求1所述的抑煙阻燃組合物，其特征在于其中錫氧化物為至少一種選自由SnO2及SnO組成的群組，且平均粒徑小于6μm。
7．如權(quán)利要求1所述的抑煙阻燃組合物，其特征在于其中銻氧化物為至少一種選自由Sb2O3及Sb2O5組成的群組，且平均粒徑小于5μm。
8．如權(quán)利要求1所述的抑煙阻燃組合物，其特征在于其中鋅氧化物為ZnO，且平均粒徑小于5μm。
9．如權(quán)利要求1所述的抑煙阻燃組合物，其特征在于其中鋅硼氧化物為含水硼酸鋅，且平均粒徑小于2μm。
10．如權(quán)利要求1所述的抑煙阻燃組合物，其特征在于其中鋁氫氧化物為Al(OH)3，且平均粒徑小于3μm。
11．如權(quán)利要求1所述的抑煙阻燃組合物，其特征在于其用量是以3至35phr的添加量添加至聚氯乙烯材料中。
12．如權(quán)利要求11所述的抑煙阻燃組合物，其特征在于其添加至聚氯乙烯中的添加量為5至25phr。
全文摘要
在聚氯乙烯材料中,摻混入錫、鉬、銻、鋁、鋅、硼等鹽類或其氧化物形成的組合物,可大幅抑降該材料在燃燒時(shí)的發(fā)煙量。其中,組合物是以錫鹽(尤指錫酸鈉或錫酸鋅或錫酸鎂)加上鉬鹽(尤指三氧化鉬或鉬酸銨或鉬酸鋅)的混合粉末為主體,輔以錫氧化物、鋁氫氧化物、銻氧化物、鋅氧化物或鋅硼氧化物等一種或多種最具抑煙功效;錫鹽加上鉬鹽的混合重量與錫氧化物或銻氧化物或鋁氫氧化物等一種或多種混合的重量,其比例為1∶2.5－3.5時(shí),具有最佳抑煙阻燃功效。
文檔編號(hào)C08K3/22GK1307071SQ00100709
公開日2001年8月8日 申請(qǐng)日期2000年2月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年2月1日
發(fā)明者周憲聰, 陶弘輝 申請(qǐng)人:國(guó)碳科技股份有限公司