一種低氣味、低散發無載體納米阻燃母粒及其製備方法與流程
2023-04-30 10:37:06 2
本發明涉及高分子技術領域，具體涉及一種低氣味、低散發無載體納米阻燃母粒及其製備方法。
背景技術：
隨著現代阻燃科學的發展，協同效應技術日益得到廣泛應用，特別是在多功能阻燃體系中，此技術不僅能夠明顯提高體系的阻燃效率，而且可以降低阻燃體系中的某些價格昂貴或稀缺組分的含量，以滿足某些領域日益嚴格的阻燃要求。粉狀阻燃劑的粒徑一般在微米級，甚至納米級，其在生產應用過程中會產生架橋現象，更為嚴重的是其在使用過程中會產生大量粉塵汙染，嚴重危及人身健康。目前，母粒技術成為解決此問題有效手段。而通常載體型阻燃母粒，因其載體樹脂的特性，其他非載體樹脂共混時存在相容性問題，易造成阻燃材料物理化學性能的大幅度下降，其應用受到限制。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種低氣味、低散發無載體納米阻燃母粒及其製備方法。
為了實現本發明的目的，本發明提供了一種低氣味、低散發無載體納米阻燃母粒，其特徵在於：由以下組分按質量百分比製備而成：
主阻燃劑50-85％，
協效阻燃劑5-30％，
氣味吸附劑1-5％，
超支化聚矽氧烷5-15％，
矽烷偶聯劑0.5-1％，
熱穩定劑0.2-1％，
潤滑劑0.2-1％。
進一步方案，所述的主阻燃劑由二乙基次膦酸鋁和氰尿酸三聚氰胺組成，其中二乙基次膦酸鋁的質量百分比為50-90％。
所述協效阻燃劑為表面經矽烷偶聯劑活化處理的納米氫氧化鎂。
所述的氣味吸附劑由以下組分按重量百分比組成：疏水性硅藻土50-70％、針狀沸石分子篩15-45％、高分子季銨鹽接枝二氧化矽5-15％。
所述的超支化聚矽氧烷為活性支化高分子量矽氧烷，其分子量為40～80萬。
所述的矽烷偶聯劑為γ-氨丙基三乙氧基矽烷(kh550)或γ-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷(kh570)。
所述的的熱穩定劑為四[β-(3，5-二叔丁基-4-羥基苯基)丙酸]季戊四醇酯和三[2.4-二叔丁基苯基]亞磷酸酯的混合物。
所述的潤滑劑為硬脂酸鋅、聚乙烯蠟、石蠟、硬脂酸醯胺中的至少一種。
本發明的另一個目的是提供上述低氣味、低散發無載體納米阻燃母粒的製備方法，包括下列步驟：
(1)在活化罐中加入納米氫氧化鎂和去離子水，加熱至60-80℃，按納米氫氧化鎂質量的2-4％加入溶解好的矽烷偶聯劑，保溫攪拌對納米氫氧化鎂進行表面處理，得協效阻燃劑；
(2)在密煉機中加入主阻燃劑、協效阻燃劑、氣味吸附劑、超支化聚矽氧烷、矽烷偶聯劑、熱穩定劑和潤滑劑，密煉至物料成塊，再將密煉後的成塊物料加入螺杆擠出機中進行造粒，製得低氣味、低散發無載體納米阻燃母粒。
所述在活化罐經表面處理好的納米氫氧化鎂漿液經壓濾機過濾去水後，用粉碎機將濾餅打碎、乾燥，使粉體含水量為≤0.5wt％，再通過氣流粉碎機對其進行粉碎打散得到表面活化的納米氫氧化鎂；
所述雙螺杆擠出機一區溫度為60-80℃，二區溫度為100-120℃，三區溫度為130-160℃，四區溫度為150-180℃，五區溫度為160-180℃，六區溫度為160-170℃，七區溫度為160-170℃；雙螺杆主機轉速為30-60rpm。
本發明的有益效果：
1.本發明使用的協效阻燃劑納米氫氧化鎂經過活化後改善了其在基樹脂體中的分散，同時還改善了其吸潮缺陷，從而起到了良好的阻燃協效作用，並有利於改善材料的力學性能，使材料保持較高的綜合性能。
2.本發明氣味吸附體劑是疏水型，顯著降低無載體納米阻燃母粒的總揮發性有機物tvoc，在保證材料低氣味特性的同時還保持了較低的吸水率；將其作為阻燃母粒加到基體塑料中則不會影響基體塑料的成型加工性能。
3.本發明製備的無載體納米阻燃母粒的通用性廣、有效成分高、無明顯氣味、添加量低，且製備方法簡單，並能有效減少粉塵汙染，改善勞動環境。
具體實施方式
實施例1
(1)在活化罐中加入納米氫氧化鎂、去離子水，加熱至60℃，按納米氫氧化鎂質量的2％加入溶解好的矽烷偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基矽烷，保溫攪拌30min。表面處理好的納米氫氧化鎂漿液經壓濾機過濾去水，用粉碎機將濾餅打碎，經過乾燥使粉體含水量下降至≤0.5％，再通過氣流粉碎機進行粉碎打散得到表面活化的納米氫氧化鎂。
(2)在密煉機中加入65％主阻燃劑(二乙基次膦酸鋁75％，氰尿酸三聚氰胺25％)、20％協效阻燃劑(表面活化的納米氫氧化鎂)、2％氣味吸附劑(疏水性硅藻土60％，30％針狀沸石分子篩、10％高分子季銨鹽接枝二氧化矽)、10％超支化聚矽氧烷、1％矽烷偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基矽烷、0.5％抗氧劑1010、0.5％抗氧劑168、0.5％硬脂酸鋅、0.5％石蠟，密煉至物料成塊，再將密煉後的物料加入螺杆擠出機中進行造粒，製得低氣味、低散發無載體納米阻燃母粒。其中雙螺杆擠出機一區溫度為70℃，二區溫度為110℃，三區溫度為140℃，四區溫度為160℃，五區溫度為170℃，六區溫度為160℃，七區溫度為160℃；雙螺杆主機轉速為50rpm。
實施例2
(1)在活化罐中加入納米氫氧化鎂、去離子水，加熱至80℃，按納米氫氧化鎂質量4％加入溶解好的矽烷偶聯劑γ-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷，進行表面處理，保溫攪拌30min。表面處理好的納米氫氧化鎂漿液經壓濾機過濾去水，用粉碎機將濾餅打碎，經過乾燥使粉體含水量下降至≤0.5％，再通過氣流粉碎機進行粉碎打散得到表面活化的納米氫氧化鎂。
(2)在密煉機中加入50％主阻燃劑(二乙基次膦酸鋁90％，氰尿酸三聚氰胺10％)、30％協效阻燃劑(表面活化的納米氫氧化鎂)、4％氣味吸附劑(疏水性硅藻土50％，45％針狀沸石分子篩，5％高分子季銨鹽接枝二氧化矽)、15％超支化聚矽氧烷、0.5％矽烷偶聯劑γ-(甲基丙烯醯氧)丙基三甲氧基矽烷、0.1％抗氧劑1010、0.1％抗氧劑168、0.2％聚乙烯蠟、0.1％硬脂酸醯胺，密煉至物料成塊，再將密煉後的物料加入螺杆擠出機中進行造粒，製得低氣味、低散發無載體納米阻燃母粒。其中雙螺杆擠出機一區溫度為60℃，二區溫度為100℃，三區溫度為130℃，四區溫度為150℃，五區溫度為160℃，六區溫度為170℃，七區溫度為170℃；雙螺杆主機轉速為30rpm。
實施例3
(1)在活化罐中加入納米氫氧化鎂、去離子水，加熱至70℃，按納米氫氧化鎂質量3％加入溶解好的矽烷偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基矽烷，進行表面處理，保溫攪拌30min。表面處理好的納米氫氧化鎂漿液經壓濾機過濾去水，用粉碎機將濾餅打碎，經過乾燥使粉體含水量下降至≤0.5％，再通過氣流粉碎機進行粉碎打散得到表面活化的納米氫氧化鎂。
(2)在密煉機中加入85％主阻燃劑(二乙基次膦酸鋁50％，氰尿酸三聚氰胺50％)、5％協效阻燃劑(表面活化的納米氫氧化鎂)、1％氣味吸附劑(疏水性硅藻土70％，15％針狀沸石分子篩，15％高分子季銨鹽接枝二氧化矽)、7.5％超支化聚矽氧烷、0.7％矽烷偶聯劑γ-氨丙基三乙氧基矽烷、0.2％抗氧劑1010、0.2％抗氧劑168、0.2％硬脂酸鋅、0.2％石蠟，密煉至物料成塊，再將密煉後的物料加入螺杆擠出機中進行造粒，製得低氣味、低散發無載體納米阻燃母粒。
其中雙螺杆擠出機一區溫度為80℃，二區溫度為120℃，三區溫度為160℃，四區溫度為180℃，五區溫度為180℃，六區溫度為170℃，七區溫度為170℃；雙螺杆主機轉速為60rpm。
將上述實施例1-3所製成的低氣味、低散發無載體納米阻燃母粒，按照等量有效阻燃組分替代粉體阻燃劑(活化納米氫氧化鎂)分別應用於pbt、pa66、abs中，對其進行阻燃改性製得實施例4-6和對比例1-3，改性材料的配比及性能如下表所示，其中力學性能採用astm標準進行檢測，氣味等級、tvoc採用gmw標準進行檢測，阻燃性能根據ul94標準來測定。
通過上表1可看，本發明製備的無載體納米阻燃母粒與不同樹脂基體混合後，其阻燃性能均能達到ul94v-0級，氣味等級均達到6.5級，且材料的拉伸強度、彎曲強度與熱變形溫度等性能均優於粉體阻燃改性材料，一定程度上提高了阻燃材料的綜合力學性能與加工性能。
另外，使用本發明的無載體納米阻燃母粒可減少粉塵汙染，提高環保且對人體無害；並且與樹脂基體之間相容性好，還相應地提高了改性樹脂材料的物理化學性能。
以上具體實施方式的描述是對本發明作進一步說明，但這並非是對本發明的限制，本領域技術人員根據本發明的基本思想，可以做出各種修改或改進，但是只要不脫離本發明的基本思想，均在本發明的範圍之內。