本發(fā)明涉及阻燃消煙劑，具體涉及一種阻燃消煙劑、制備方法及其在pvc制品中的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、聚氯乙烯，英文簡(jiǎn)稱pvc，是氯乙烯單體在過(guò)氧化物、偶氮化合物等引發(fā)劑或在光、熱作用下按自由基聚合反應(yīng)機(jī)理聚合而成的聚合物。

2、pvc為無(wú)定形結(jié)構(gòu)的白色粉末，支化度較小，具有阻燃性、耐化學(xué)藥品性、電絕緣性良好、機(jī)械強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，但是高溫穩(wěn)定性差，而且雖然pvc的阻燃性良好，但是在燃燒過(guò)程中，pvc首先發(fā)生脫氯化氫反應(yīng)，然后發(fā)生交聯(lián)、環(huán)化、斷鏈等一系列反應(yīng)，繼續(xù)燃燒會(huì)生成一氧化碳、二氧化碳、含苯環(huán)化合物、炭煙塵，對(duì)環(huán)境和人身安全造成很大危害，在所用通用塑料及工程塑料中，pvc是燃燒生煙量最大的塑料品種之一。

3、為了降低pvc燃燒時(shí)的生煙量，目前最常用的方法為向pvc中加入阻燃消煙劑，目前常用的pvc用阻燃消煙劑有鉬化合物、金屬氫氧化物、硼酸鹽。其中，鉬化合物在燃燒過(guò)程中，能夠在pvc表面形成一層穩(wěn)定、連續(xù)、致密的炭層，阻止氧氣與內(nèi)部pvc的進(jìn)一步接觸，減緩燃燒反應(yīng)的進(jìn)行，抑制炭煙塵的逸出；還能夠與燃燒產(chǎn)生的自由基發(fā)生作用，中斷燃燒鏈反應(yīng)，從而降低燃燒的劇烈程度和煙霧的生成量；此外，鉬化合物還能夠在高溫下形成具有特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，吸附和捕獲pvc在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氣體。金屬氫氧化物在燃燒過(guò)程中，能夠受熱分解為水和金屬氧化物，金屬氧化物具有較大的表面積，能夠吸附炭煙塵，促進(jìn)炭層的形成；還能夠受熱分解形成的水變?yōu)樗魵?，沖淡pvc在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氣體；此外，金屬氫氧化物還能夠與pvc在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氯化氫反應(yīng)，降低氯化氫的釋放量；硼酸鹽在燃燒過(guò)程中，能夠在pvc表面形成一層穩(wěn)定的阻燃層，阻止氧氣與內(nèi)部pvc的進(jìn)一步接觸，減緩燃燒反應(yīng)的進(jìn)行，抑制炭煙塵的逸出；還能夠吸收pvc在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，抑制燃燒的進(jìn)行；此外，硼酸鹽還能夠與pvc在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的氯化氫反應(yīng)，降低氯化氫的釋放量。

4、上述阻燃消煙劑在單獨(dú)使用時(shí)，均存在用量大，阻燃消煙效果不理想的問(wèn)題，因此，在pvc制品的生產(chǎn)中，一般將多種阻燃消煙劑進(jìn)行復(fù)配后加入pvc制品中，具體為將多種阻燃消煙劑混合、粉碎后，得到復(fù)配阻燃消煙劑，將復(fù)配阻燃消煙劑與pvc混合，加工成型為pvc制品，但是該方法存在以下問(wèn)題：第一，為了提高復(fù)配阻燃消煙劑的分散性，一般需要將阻燃消煙劑粉碎至亞微米級(jí)粉末，但是亞微米級(jí)粉末的表面活性高，易團(tuán)聚；第二，復(fù)配阻燃消煙劑為無(wú)機(jī)物，與pvc的相容性差，影響了制備的pvc制品的機(jī)械強(qiáng)度；第三，復(fù)配阻燃消煙劑在燃燒過(guò)程中，仍然是需要通過(guò)在pvc表面形成一層穩(wěn)定的阻燃層，從而實(shí)現(xiàn)阻燃消煙效果，因此，仍然需要使用大量復(fù)配阻燃消煙劑，才能實(shí)現(xiàn)較好的阻燃消煙效果。

5、為了解決上述問(wèn)題，目前最常用的方法為使用表面活性劑或硅烷偶聯(lián)劑對(duì)復(fù)配阻燃消煙劑進(jìn)行表面改性以降低復(fù)配阻燃消煙劑的團(tuán)聚，提高復(fù)配阻燃消煙劑與pvc的相容性；并向復(fù)配阻燃消煙劑中加入有機(jī)阻燃劑，以降低復(fù)配阻燃消煙劑的用量，但是表面活性劑、硅烷偶聯(lián)劑、有機(jī)阻燃劑在燃燒過(guò)程中易產(chǎn)生煙霧，影響復(fù)配阻燃消煙劑的阻燃消煙效果；有機(jī)阻燃劑的耐熱性差，會(huì)導(dǎo)致pvc制品的高溫穩(wěn)定性進(jìn)一步降低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種阻燃消煙劑、制備方法及其在pvc制品中的應(yīng)用，本發(fā)明制備的阻燃消煙劑不僅不易團(tuán)聚，用量小，阻燃消煙效果好，還能夠提高pvc制品的機(jī)械性能和高溫穩(wěn)定性。

2、為解決以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案如下：

3、一種阻燃消煙劑的制備方法，由以下步驟組成：制備第一阻燃劑，制備第二阻燃劑，混合；

4、所述制備第一阻燃劑，由以下步驟組成：插層，配位交聯(lián)，酯化；

5、所述插層，將鎂鋁水滑石研磨后，得到鎂鋁水滑石粉，將鎂鋁水滑石粉、第一份水混合后，在室溫下超聲震蕩，控制超聲震蕩的頻率為20-30khz，時(shí)間為30-40min，得到鎂鋁水滑石粉懸浮液；將十六烷基三甲基溴化銨、第二份水混合后，在室溫下以400-500rpm的攪拌速度攪拌30-40min，得到十六烷基三甲基溴化銨水溶液；將聚乙烯醇1799、第三份水混合后，在80-85℃下以400-500rpm的攪拌速度攪拌50-60min，得到聚乙烯醇水溶液；在70-80℃下，以500-600rpm的攪拌速度對(duì)鎂鋁水滑石粉懸浮液攪拌1.5-2h，保持溫度和攪拌速度不變，向其中滴加十六烷基三甲基溴化銨水溶液，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌4-5h，向其中滴加聚乙烯醇水溶液，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌6-7h，以8000-9000rpm的離心速度離心14-15min，取沉淀，使用水清洗2-3次，在-40℃至-30℃下冷凍干燥24-25h，得到插層鎂鋁水滑石；

6、所述插層中，所述鎂鋁水滑石粉的粒徑為250-300nm；

7、所述鎂鋁水滑石粉懸浮液中的鎂鋁水滑石粉與第一份水的質(zhì)量比為100-110:2100-2500；

8、所述十六烷基三甲基溴化銨水溶液中的十六烷基三甲基溴化銨與第二份水的質(zhì)量比為8-10:80-100；

9、所述聚乙烯醇水溶液中的聚乙烯醇1799與第三份水的質(zhì)量比為10-15:120-150；

10、所述鎂鋁水滑石粉懸浮液中的鎂鋁水滑石粉、所述十六烷基三甲基溴化銨水溶液中十六烷基三甲基溴化銨、所述聚乙烯醇水溶液中聚乙烯醇1799的質(zhì)量比為100-110:8-10:10-15；

11、所述十六烷基三甲基溴化銨水溶液的滴加速度為6-8g/min；

12、所述聚乙烯醇水溶液的滴加速度為7-10g/min；

13、所述配位交聯(lián)，將插層鎂鋁水滑石、水混合后，在室溫下以400-500rpm的攪拌速度攪拌40-50min，滴加氯化鋅水溶液，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌1-1.5h，以8000-9000rpm的離心速度離心14-15min，取沉淀，使用水清洗2-3次，在-40℃至-30℃下冷凍干燥28-30h，得到配位交聯(lián)鎂鋁水滑石；

14、所述配位交聯(lián)中，插層鎂鋁水滑石、水、氯化鋅水溶液的質(zhì)量比為105-115:2400-2600:130-150；

15、所述氯化鋅水溶液的質(zhì)量濃度為10%；

16、所述氯化鋅水溶液的滴加速度為6-8g/min；

17、所述酯化，將配位交聯(lián)鎂鋁水滑石、硬脂酸、對(duì)甲苯磺酸、甲苯混合后，在氮?dú)鈿夥罩?，?00-105℃下以300-400rpm的攪拌速度回流攪拌3-4h，以8000-9000rpm的離心速度離心18-20min，取沉淀，使用甲苯清洗2-3次，在115-125℃下干燥12-13h，得到第一阻燃劑；

18、所述酯化中，配位交聯(lián)鎂鋁水滑石、硬脂酸、對(duì)甲苯磺酸、甲苯的質(zhì)量比為100-105:30-35:0.15-0.18:900-1000；

19、所述制備第二阻燃劑，由以下步驟組成：羥基化，包覆淀粉，交聯(lián)；

20、所述羥基化，將八鉬酸銨和硼酸鋅分別研磨后，得到八鉬酸銨粉和硼酸鋅粉，將八鉬酸銨粉和硼酸鋅粉混合后，在室溫下以50-100rpm的攪拌速度攪拌20-30min，得到混合粉；將聚乙烯醇1799、水混合后，在80-85℃下以400-500rpm的攪拌速度攪拌50-60min，緩慢加入混合粉，加入結(jié)束后繼續(xù)攪拌3-3.5h，以9000-10000rpm的離心速度離心14-15min，取沉淀，使用水清洗2-3次，在110-120℃下干燥10-11h，得到羥基化混合粉；

21、所述羥基化中，所述八鉬酸銨粉和硼酸鋅粉的粒徑均為200-250nm；

22、八鉬酸銨粉、硼酸鋅粉、聚乙烯醇1799、水的質(zhì)量比為50-55:70-80:30-35:800-900；

23、混合粉的加入速度為10-12g/min；

24、所述包覆淀粉，將羥基化混合粉、第一份水混合后，在室溫下超聲震蕩，控制超聲震蕩的頻率為20-30khz，時(shí)間為30-40min，得到羥基化混合粉懸浮液；將玉米淀粉、第二份水混合后，在80-90℃下以800-900rpm的攪拌速度攪拌40-50min，緩慢加入羥基化混合粉懸浮液，加入結(jié)束后繼續(xù)攪拌40-50min，在3-5℃下靜置18-20h，以10000-11000rpm的離心速度離心14-15min，使用水清洗3-4次，在110-120℃下干燥13-15h，得到包覆淀粉后的混合粉；

25、所述包覆淀粉中，羥基化混合粉、第一份水、玉米淀粉、第二份水的質(zhì)量比為120-130:2200-2500:35-40:700-800；

26、所述羥基化混合粉懸浮液的加入速度為25-30g/min；

27、所述交聯(lián)，將六偏磷酸鈉、第一份水混合后，在室溫下以300-400rpm的攪拌速度攪拌1.5-2h，得到六偏磷酸鈉水溶液；將包覆淀粉后的混合粉、第二份水混合后，在室溫下超聲震蕩，控制超聲震蕩的頻率為20-30khz，時(shí)間為30-40min，得到包覆淀粉后的混合粉懸浮液；在40-45℃下，以500-600rpm的攪拌速度對(duì)包覆淀粉后的混合粉懸浮液進(jìn)行攪拌，然后滴加六偏磷酸鈉水溶液，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌20-30min，滴加氫氧化鈉水溶液至ph為9-9.5，滴加結(jié)束后繼續(xù)攪拌3-3.5h，以9000-10000rpm的離心速度離心14-15min，使用水清洗3-4次，在120-130℃下干燥15-16h，得到第二阻燃劑；

28、所述交聯(lián)中，所述六偏磷酸鈉水溶液中的六偏磷酸鈉與第一份水的質(zhì)量比為30-35:1500-1700；

29、所述包覆淀粉后的混合粉懸浮液中的包覆淀粉后的混合粉與第二份水的質(zhì)量比為135-145:3500-4000；

30、所述六偏磷酸鈉水溶液中的六偏磷酸鈉與所述包覆淀粉后的混合粉懸浮液中的包覆淀粉的質(zhì)量比為30-35:135-145；

31、所述氫氧化鈉水溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%；

32、所述六偏磷酸鈉水溶液的滴加速度為20-30g/min；

33、所述氫氧化鈉水溶液的滴加速度為15-20g/min；

34、所述混合，將第一阻燃劑與第二阻燃劑混合后，在室溫下以50-100rpm的攪拌速度攪拌30-40min，得到阻燃消煙劑；

35、所述混合中，第一阻燃劑與第二阻燃劑的質(zhì)量比為10-13:10。

36、一種由前述的制備方法得到的阻燃消煙劑。

37、一種由前述的制備方法得到的阻燃消煙劑在pvc制品中的應(yīng)用，將pvc樹脂、癸二酸二辛酯、環(huán)氧大豆油、硬脂酸鈣、阻燃消煙劑、抗氧劑1010、甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸甲酯共聚物混合均勻后，加入捏合機(jī)進(jìn)行捏合，加入雙螺桿擠出機(jī)進(jìn)行擠出造粒，然后加入成型機(jī)進(jìn)行成型，得到pvc制品；

38、所述阻燃消煙劑在pvc制品中的應(yīng)用中，pvc樹脂、癸二酸二辛酯、環(huán)氧大豆油、硬脂酸鈣、阻燃消煙劑、抗氧劑1010、甲基丙烯酸甲酯與丙烯酸甲酯共聚物的質(zhì)量比為90-110:18-20:4-5:4-6:5-6:0.2-0.3:1-1.2。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

40、（1）本發(fā)明的阻燃消煙劑，由第一阻燃劑和第二阻燃劑混合而成，其中，第一阻燃劑的制備方法由插層、配位交聯(lián)、酯化組成，其中，插層為使用聚十六烷基三甲基溴化銨對(duì)鎂鋁水滑石進(jìn)行插層，提高鎂鋁水滑石的層間距后，使用聚乙烯醇對(duì)鎂鋁水滑石進(jìn)行插層，得到聚乙烯醇插層后的鎂鋁水滑石；配位交聯(lián)為使用鋅離子水溶液對(duì)聚乙烯醇插層后的鎂鋁水滑石進(jìn)行處理，鋅離子進(jìn)入聚乙烯醇插層后的鎂鋁水滑石的層間，與聚乙烯醇中的羥基產(chǎn)生配位作用，從而將鋅離子固定于聚乙烯醇插層后的鎂鋁水滑石的層間，得到配位交聯(lián)鎂鋁水滑石；酯化為使用硬脂酸與配位交聯(lián)鎂鋁水滑石中的未與鋅離子發(fā)生配位的羥基進(jìn)行酯化，得到表面結(jié)合有硬脂酸酯的第一阻燃劑；第一阻燃劑中的聚乙烯醇作為膨脹型阻燃劑，能夠加速炭層的形成，從而起到阻燃隔熱的作用，將聚乙烯醇插層與鎂鋁水滑石中，能夠?qū)垡蚁┐既紵a(chǎn)生的一氧化碳進(jìn)行吸附，降低pvc制品在燃燒過(guò)程中煙霧的產(chǎn)生；鋅離子能夠固定聚乙烯醇，同時(shí)在燃燒中能夠產(chǎn)生氧化鋅，氧化鋅能夠提高炭層的穩(wěn)定性和致密度，還能夠進(jìn)一步對(duì)聚乙烯醇燃燒產(chǎn)生的一氧化碳進(jìn)行吸附，從而提高阻燃消煙劑的阻燃消煙效果，降低阻燃消煙劑的用量；硬脂酸酯能夠降低第一阻燃劑的親水性，提高第一阻燃劑的分散性，避免第一阻燃劑發(fā)生團(tuán)聚，還能夠提高第一阻燃劑與pvc的相容性，從而提高pvc制品的機(jī)械強(qiáng)度和高溫穩(wěn)定性，pvc制品在燃燒過(guò)程中，硬脂酸酯分解為硬脂酸，附著于炭層表面，進(jìn)一步提高炭層的穩(wěn)定性和致密度，還能夠降低阻燃消煙劑的用量；第二阻燃劑的制備方法由羥基化、包覆淀粉、交聯(lián)組成，其中，羥基化為使用聚乙烯醇對(duì)八鉬酸銨粉和硼酸鋅粉的混合粉進(jìn)行表面處理，將聚乙烯醇吸附于八鉬酸銨粉和硼酸鋅粉的混合粉的表面，從而引入羥基，得到羥基化混合粉；包覆淀粉為使用糊化淀粉對(duì)羥基化混合粉進(jìn)行表面包覆，糊化淀粉通過(guò)氫鍵結(jié)合于羥基化混合粉的表面，得到包覆淀粉后的混合粉；交聯(lián)為使用六偏磷酸鈉與包覆淀粉后的混合粉表面的淀粉進(jìn)行交聯(lián)，得到包覆交聯(lián)淀粉的第二阻燃劑；第二阻燃劑中的聚乙烯醇與交聯(lián)淀粉作為膨脹型阻燃劑，能夠相互配合，在燃燒過(guò)程中迅速形成穩(wěn)定的炭層，八鉬酸銨粉和硼酸鋅粉能夠吸附聚乙烯醇和交聯(lián)淀粉在燃燒過(guò)程中產(chǎn)生的一氧化碳，八鉬酸銨粉和硼酸鋅粉還能夠提高炭層的致密性，從而提高阻燃消煙劑的阻燃消煙效果，降低阻燃消煙劑的用量；使用六偏磷酸鈉對(duì)淀粉進(jìn)行交聯(lián)，能夠降低淀粉的親水性，提高淀粉與pvc的相容性，從而避免第二阻燃劑發(fā)生團(tuán)聚，提高pvc制品的機(jī)械性能和高溫穩(wěn)定性。通過(guò)第一阻燃劑和第二阻燃劑進(jìn)行協(xié)同，通過(guò)第一阻燃劑和第二阻燃劑的阻燃消煙原理進(jìn)行配合，從而實(shí)現(xiàn)更好的阻燃消煙效果；

41、（2）本發(fā)明制備的阻燃消煙劑不易團(tuán)聚；

42、（3）本發(fā)明制備的阻燃消煙劑的用量小，阻燃消煙效果好，由本發(fā)明的阻燃消煙劑制備得到的pvc制品中，阻燃消煙劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4.04-4.09%，pvc制品的極限氧指數(shù)為37.1-37.8%，煙密度等級(jí)sdr為21.0-22.9%；

43、（4）本發(fā)明制備的阻燃消煙劑能夠提高pvc制品的機(jī)械性能，由本發(fā)明的阻燃消煙劑制備得到的pvc制品的拉伸強(qiáng)度為14.6-15.5mpa，斷裂伸長(zhǎng)率為278-287%；

44、（5）本發(fā)明制備的阻燃消煙劑能夠提高pvc制品的高溫穩(wěn)定性，將由本發(fā)明的阻燃消煙劑制備得到的pvc制品在溫度為120℃的環(huán)境中放置1h后，拉伸強(qiáng)度為14.4-15.4mpa，斷裂伸長(zhǎng)率為273-281%，極限氧指數(shù)為37.0-37.8%，煙密度等級(jí)sdr為21.1-22.6%。