鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料及制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料及制備方法。該鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同無鹵阻燃尼龍6由尼龍6粒料、無鹵阻燃劑三聚氰胺氰尿酸鹽、鋯酸酯改性氫氧化鎂通過雙螺桿擠出機(jī)擠出造粒制得。鋯酸酯改性氫氧化鎂由四正丙基鋯酸酯對(duì)氫氧化鎂進(jìn)行包覆改性而成。本鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料配方簡(jiǎn)單，無毒性，燃燒時(shí)材料表面形成致密的炭層，隔熱隔氧，且不產(chǎn)生熔滴，可有效阻止火焰的進(jìn)一步傳播，減少對(duì)人身的危害及對(duì)環(huán)境的污染。
【專利說明】鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及尼龍6復(fù)合材料的阻燃【技術(shù)領(lǐng)域】。具體涉及一種鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]尼龍6是一種性能良好的工程塑料，學(xué)名聚己內(nèi)酰胺，1942年，BASF公司開發(fā)了其工業(yè)化技術(shù)，使之很快遍及全球。尼龍6主要作為注塑成型制品，用于作為汽車、機(jī)械和電子電器制品的功能性部件，除此之外，其擠出成型制品還廣泛應(yīng)用于紡織、化纖、包裝行業(yè)。從需求上看，汽車行業(yè)用量超過消費(fèi)總 量的三分之一，其中美國約占31%，西歐約占29%，日本約占28%。
[0003]雖然尼龍6在燃燒時(shí)阻燃性能優(yōu)于一般樹脂，但其氧指數(shù)只有21%左右，并極易發(fā)生熔滴導(dǎo)致二次燃燒，造成人員的傷亡與財(cái)產(chǎn)的損失。同時(shí)，隨著歐盟于2003年《RoHS》指令的發(fā)布，綠色環(huán)保型阻燃技術(shù)越發(fā)受到人們的重視。
[0004]協(xié)同阻燃可以大大較少阻燃劑的添加量，使力學(xué)性能受到的影響減少，降低成本。李明英等選取MCA為主阻燃劑，Sb2O3為協(xié)效劑，制備阻燃尼龍6，當(dāng)Sb2O3添加量為1.5份時(shí)，協(xié)同效果最佳，極限氧指數(shù)達(dá)到33%(李明英，樊張帆，張瑜，等.塑料工業(yè)，2008，36: 42-45)。金雪峰等研究了 Fe2O3對(duì)尼龍6/MCA/GF體系阻燃性能的影響，少量Fe2O3的加入可以降低整個(gè)體系的熱釋放速率，且大大提高了炭層的穩(wěn)定性(金雪峰，梁惠強(qiáng).工程塑料應(yīng)用，2012，40(6): 86-88)。P.Kiliaris等采用層狀硅酸鹽作為協(xié)效劑，與三聚氰胺聚磷酸鹽共用制備阻燃尼龍6，不僅使材料的阻燃性能提高，材料的拉伸性能也明顯上升(P.Kiliaris, C.D.Papaspyrides, R.Xalter, R.Pfaendner.Polym Degrad andStab, 2012， 97: 1215-1222)。
[0005]雖然近些年阻燃材料的研究得到快速發(fā)展，但仍然存在鹵素阻燃劑的使用、阻燃劑添加量大、阻燃劑大量加入導(dǎo)致力學(xué)性能下降等諸多問題。隨著人類對(duì)環(huán)保、生產(chǎn)成本與材料性能要求的提高，協(xié)同阻燃技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展越來越受到重視，不斷有新的協(xié)同阻燃體系被報(bào)道，同時(shí)人們對(duì)協(xié)同阻燃機(jī)理的理解也進(jìn)一步加深。因此，對(duì)協(xié)同阻燃體系和技術(shù)的研究與探索成為阻燃材料研究的熱點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料及制備方法。旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，不僅能改善材料所需的阻燃性能，而且在燃燒后能形成致密的炭層，阻止與空氣的接觸，避免火焰的進(jìn)一步傳播。
[0007]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
一種鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料，所述復(fù)合材料由下列組分按重量份組成:尼龍6粒料90-60份，鋯酸酯改性氫氧化鎂f 15份，無鹵阻燃劑擴(kuò)25份。
[0008]優(yōu)選方案:所述復(fù)合材料由下列組分按重量份組成:尼龍6粒料80份，單組份阻燃劑鋯酸酯改性氫氧化鎂8份，無鹵阻燃劑12份。
[0009]其中，無鹵阻燃劑為三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)。
[0010]上述復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
(O向裝有氫氧化鎂的異丙醇懸浮液中滴加四正丙基鋯酸酯，在80°c ~100°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后洗滌干燥后制得鋯酸酯改性氫氧化鎂；
(2)將尼龍6料粒、鋯酸酯改性氫氧化鎂、無齒阻燃劑三聚氰胺氰尿酸鹽干燥后按比例混勻，加入到擠出機(jī)中進(jìn)行共混；
(3)將擠出料進(jìn)行造粒、烘干得到鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料。
[0011]其中，鋯酸酯改性氫氧化鎂中鋯含量為0.f 10%。
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)是:(1)改性氫氧化鎂為四正丙基鋯酸酯包覆改性產(chǎn)物，表面含有大量正丙基，因此與尼龍6基體有很好的相容性，有利于氫氧化鎂的分散。(2)采用鋯酸酯進(jìn)行改性，阻燃材料在燃燒過程中生成Zr-O或Zr-N結(jié)構(gòu)，有利于形成致密穩(wěn)定的炭層，減少熔滴現(xiàn)象。因此，鋯組分、氫氧化鎂、無鹵阻燃劑三聚氰胺氰尿酸鹽具有三元協(xié)同作用。鋯酸酯既起偶聯(lián)劑作用，同時(shí)也起協(xié)效作用。(3)使用無鹵無磷阻燃劑，避免燃燒時(shí)有害產(chǎn)物的產(chǎn)生，綠色環(huán)保。(4)配方、工藝簡(jiǎn)單。
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1本發(fā)明鋯酸酯改性氫氧化鎂電鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面的實(shí)施例可以使本專業(yè)技術(shù)人員更全面地理解本發(fā)明。
[0016]本發(fā)明的鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料，由尼龍6粒料、無鹵阻燃劑MCA、鋯酸酯改性氫氧化鎂混合組成。如圖1所示:鋯酸酯改性氫氧化鎂呈花苞狀，大小為f 10 μ m，鋯含量為0.1-?0%ο按重量份組成分別為:尼龍6粒料90-60份，鋯酸酯改性氫氧化鎂廣15份，無鹵阻燃劑三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA) 9^25份。
[0017]上述復(fù)合材料的制備方法，包括以下步驟:
(O向裝有氫氧化鎂的異丙醇懸浮液中滴加四正丙基鋯酸酯，在80°c ~100°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后洗滌干燥后制得鋯酸酯改性氫氧化鎂；
(2)將尼龍6料粒、鋯酸酯改性氫氧化鎂、無齒阻燃劑三聚氰胺氰尿酸鹽干燥后按比例混勻，加入到擠出機(jī)中進(jìn)行共混；
(3)將擠出料進(jìn)行造粒、烘干得到鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料。
[0018]對(duì)比例1:
稱取尼龍6粒料80g，無鹵阻燃劑MCA 20g,將上述粒料在混勻后，以常規(guī)的加料速度、溫度加入到微型雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)過擠出、冷卻、造粒，制得阻燃尼龍6復(fù)合材料。極限氧指數(shù)為22.2%，有熔滴現(xiàn)象，拉伸強(qiáng)度52.24MPa。
[0019]對(duì)比例2:
稱取尼龍6粒料80g，無鹵阻燃劑MCA 12g，未改性氫氧化鎂8g，將上述粒料在混勻后，以常規(guī)的加料速度、溫度加入到微型雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)過擠出、冷卻、造粒，制得未改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料。極限氧指數(shù)為22 %，有熔滴現(xiàn)象，拉伸強(qiáng)度55.53MPa。
[0020]實(shí)施例1:
鋯酸酯改性氫氧化鎂的制備:向裝有氫氧化鎂的異丙醇懸浮液中滴加四正丙基鋯酸酯，其中，鋯酸酯改性氫氧化鎂中鋯含量為0.1%在80°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后異丙醇洗滌干燥后制得鋯酸酯改性氫氧化鎂。
[0021]實(shí)施例2:
同實(shí)施例1，其他條件不變鋯酸酯改性氫氧化鎂中鋯含量為1%在90°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后異丙醇洗滌干燥后制得鋯酸酯改性氫氧化鎂。
[0022]實(shí)施例3:
同實(shí)施例1，其他條件不變鋯酸酯改性氫氧化鎂中鋯含量為10%在100°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后異丙醇洗滌干燥后制得鋯酸酯改性氫氧化鎂。
[0023]實(shí)施例4:
稱取尼龍6粒料90g，無鹵阻燃劑MCA 9g，選取實(shí)施例3中的鋯酸酯改性氫氧化鎂lg，將上述粒料在混勻后，以常規(guī)的加料速度、溫度加入到微型雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)過擠出、冷卻、造粒，制得本發(fā)明的鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料。極限氧指數(shù)為21.2%，有熔滴現(xiàn)象，拉伸強(qiáng)度74.68MPa。
[0024]實(shí)施例5:
稱取尼龍6粒料60g，無鹵阻燃劑MCA 25g，選取實(shí)施例3中的鋯酸酯改性氫氧化鎂15g，將上述粒料在混勻后，以常規(guī)的加料速度、溫度加入到微型雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)過擠出、冷卻、造粒，制得本發(fā)明的鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料。極限氧指數(shù)為28.6%，無熔滴現(xiàn)象，拉伸強(qiáng)度40.38MPa。
[0025]實(shí)施例6:
稱取尼龍6粒料80g，無鹵阻燃劑MCA 12g，選取實(shí)施例3中的鋯酸酯改性氫氧化鎂8g，將上述粒料混勻后，以常規(guī)的加料速度、溫度加入到微型雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)過擠出、冷卻、造粒，制得本發(fā)明的鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料。極限氧指數(shù)為25.4%，無熔滴現(xiàn)象，拉伸強(qiáng)度66.8 IMPa。
[0026]實(shí)施例7:
稱取尼龍6粒料80g，無鹵阻燃劑MCA 10g，選取實(shí)施例3中的鋯酸酯改性氫氧化鎂10g，將上述粒料混勻后，以常規(guī)的加料速度、溫度加入到微型雙螺桿擠出機(jī)中，經(jīng)過擠出、冷卻、造粒，制得本發(fā)明的鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料。極限氧指數(shù)為25%，無熔滴現(xiàn)象，拉伸強(qiáng)度64.34MPa。
【權(quán)利要求】
1.一種鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料由下列組分按重量份組成:尼龍6粒料90-60份，鋯酸酯改性氫氧化鎂f 15份，無鹵阻燃劑擴(kuò)25份。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，所述復(fù)合材料由下列組分按重量份組成:尼龍6粒料80份，單組份阻燃劑鋯酸酯改性氫氧化鎂8份，無鹵阻燃劑12份。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料，其特征在于，無鹵阻燃劑為三聚氰胺氰尿酸鹽。
4.一種權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: (O向裝有氫氧化鎂的異丙醇懸浮液中滴加四正丙基鋯酸酯，在80°C ~100°C下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后洗滌干燥制得鋯酸酯改性氫氧化鎂； (2)將尼龍6料粒、鋯酸酯改性氫氧化鎂、無齒阻燃劑三聚氰胺氰尿酸鹽干燥后按比例混勻，加入到擠出機(jī)中進(jìn)行共混； (3 )將擠出料進(jìn)行造粒、烘干得到鋯酸酯改性氫氧化鎂協(xié)同阻燃復(fù)合材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，鋯酸酯改性氫氧化鎂中鋯含量為0.1~10%。`
【文檔編號(hào)】C08K9/04GK103483811SQ201310445325
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】王新龍, 呂昕冉, 周璐, 王通文 申請(qǐng)人:南京理工大學(xué)