鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料及製備方法
2023-05-21 11:37:41
鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料及製備方法
【專利摘要】本發明公開了一種鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料及製備方法。該鋯酸酯改性氫氧化鎂協同無滷阻燃尼龍6由尼龍6粒料、無滷阻燃劑三聚氰胺氰尿酸鹽、鋯酸酯改性氫氧化鎂通過雙螺杆擠出機擠出造粒製得。鋯酸酯改性氫氧化鎂由四正丙基鋯酸酯對氫氧化鎂進行包覆改性而成。本鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料配方簡單，無毒性，燃燒時材料表面形成緻密的炭層，隔熱隔氧，且不產生熔滴，可有效阻止火焰的進一步傳播，減少對人身的危害及對環境的汙染。
【專利說明】鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料及製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及尼龍6複合材料的阻燃【技術領域】。具體涉及一種鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料及製備方法。
【背景技術】
[0002]尼龍6是一種性能良好的工程塑料，學名聚己內醯胺，1942年，BASF公司開發了其工業化技術，使之很快遍及全球。尼龍6主要作為注塑成型製品，用於作為汽車、機械和電子電器製品的功能性部件，除此之外，其擠出成型製品還廣泛應用於紡織、化纖、包裝行業。從需求上看，汽車行業用量超過消費總 量的三分之一，其中美國約佔31%，西歐約佔29%，日本約佔28%。
[0003]雖然尼龍6在燃燒時阻燃性能優於一般樹脂，但其氧指數只有21%左右，並極易發生熔滴導致二次燃燒，造成人員的傷亡與財產的損失。同時，隨著歐盟於2003年《RoHS》指令的發布，綠色環保型阻燃技術越發受到人們的重視。
[0004]協同阻燃可以大大較少阻燃劑的添加量，使力學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為協效劑，製備阻燃尼龍6，當Sb2O3添加量為1.5份時，協同效果最佳，極限氧指數達到33%(李明英，樊張帆，張瑜，等.塑料工業，2008，36: 42-45)。金雪峰等研究了 Fe2O3對尼龍6/MCA/GF體系阻燃性能的影響，少量Fe2O3的加入可以降低整個體系的熱釋放速率，且大大提高了炭層的穩定性(金雪峰，梁惠強.工程塑料應用，2012，40(6): 86-88)。P.Kiliaris等採用層狀矽酸鹽作為協效劑，與三聚氰胺聚磷酸鹽共用製備阻燃尼龍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展，但仍然存在滷素阻燃劑的使用、阻燃劑添加量大、阻燃劑大量加入導致力學性能下降等諸多問題。隨著人類對環保、生產成本與材料性能要求的提高，協同阻燃技術的應用與發展越來越受到重視，不斷有新的協同阻燃體系被報導，同時人們對協同阻燃機理的理解也進一步加深。因此，對協同阻燃體系和技術的研究與探索成為阻燃材料研究的熱點。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在於提供一種鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料及製備方法。旨在克服現有技術的不足，不僅能改善材料所需的阻燃性能，而且在燃燒後能形成緻密的炭層，阻止與空氣的接觸，避免火焰的進一步傳播。
[0007]實現本發明目的的技術解決方案為:
一種鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料，所述複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，無滷阻燃劑擴25份。
[0008]優選方案:所述複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，無滷阻燃劑12份。
[0009]其中，無滷阻燃劑為三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA)。
[0010]上述複合材料的製備方法，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，反應結束後洗滌乾燥後製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乾燥後按比例混勻，加入到擠出機中進行共混；
(3)將擠出料進行造粒、烘乾得到鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料。
[0011]其中，鋯酸酯改性氫氧化鎂中鋯含量為0.f 10%。
[0012]本發明與現有技術相比，其顯著優點是:(1)改性氫氧化鎂為四正丙基鋯酸酯包覆改性產物，表面含有大量正丙基，因此與尼龍6基體有很好的相容性，有利於氫氧化鎂的分散。(2)採用鋯酸酯進行改性，阻燃材料在燃燒過程中生成Zr-O或Zr-N結構，有利於形成緻密穩定的炭層，減少熔滴現象。因此，鋯組分、氫氧化鎂、無滷阻燃劑三聚氰胺氰尿酸鹽具有三元協同作用。鋯酸酯既起偶聯劑作用，同時也起協效作用。(3)使用無滷無磷阻燃劑，避免燃燒時有害產物的產生，綠色環保。(4)配方、工藝簡單。
[0013]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1本發明鋯酸酯改性氫氧化鎂電鏡圖。
【具體實施方式】
[0015]下面的實施例可以使本專業技術人員更全面地理解本發明。
[0016]本發明的鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料，由尼龍6粒料、無滷阻燃劑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，無滷阻燃劑三聚氰胺氰尿酸鹽(MCA) 9^25份。
[0017]上述複合材料的製備方法，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，反應結束後洗滌乾燥後製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乾燥後按比例混勻，加入到擠出機中進行共混；
(3)將擠出料進行造粒、烘乾得到鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料。
[0018]對比例1:
稱取尼龍6粒料80g，無滷阻燃劑MCA 20g,將上述粒料在混勻後，以常規的加料速度、溫度加入到微型雙螺杆擠出機中，經過擠出、冷卻、造粒，製得阻燃尼龍6複合材料。極限氧指數為22.2%，有熔滴現象，拉伸強度52.24MPa。
[0019]對比例2:
稱取尼龍6粒料80g，無滷阻燃劑MCA 12g，未改性氫氧化鎂8g，將上述粒料在混勻後，以常規的加料速度、溫度加入到微型雙螺杆擠出機中，經過擠出、冷卻、造粒，製得未改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料。極限氧指數為22 %，有熔滴現象，拉伸強度55.53MPa。
[0020]實施例1:
鋯酸酯改性氫氧化鎂的製備: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，反應結束後異丙醇洗滌乾燥後製得鋯酸酯改性氫氧化鎂。
[0021]實施例2:
同實施例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，反應結束後異丙醇洗滌乾燥後製得鋯酸酯改性氫氧化鎂。
[0022]實施例3:
同實施例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，反應結束後異丙醇洗滌乾燥後製得鋯酸酯改性氫氧化鎂。
[0023]實施例4:
稱取尼龍6粒料90g，無滷阻燃劑MCA 9g，選取實施例3中的鋯酸酯改性氫氧化鎂lg，將上述粒料在混勻後，以常規的加料速度、溫度加入到微型雙螺杆擠出機中，經過擠出、冷卻、造粒，製得本發明的鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料。極限氧指數為21.2%，有熔滴現象，拉伸強度74.68MPa。
[0024]實施例5:
稱取尼龍6粒料60g，無滷阻燃劑MCA 25g，選取實施例3中的鋯酸酯改性氫氧化鎂15g，將上述粒料在混勻後，以常規的加料速度、溫度加入到微型雙螺杆擠出機中，經過擠出、冷卻、造粒，製得本發明的鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料。極限氧指數為28.6%，無熔滴現象，拉伸強度40.38MPa。
[0025]實施例6:
稱取尼龍6粒料80g，無滷阻燃劑MCA 12g，選取實施例3中的鋯酸酯改性氫氧化鎂8g，將上述粒料混勻後，以常規的加料速度、溫度加入到微型雙螺杆擠出機中，經過擠出、冷卻、造粒，製得本發明的鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料。極限氧指數為25.4%，無熔滴現象，拉伸強度66.8 IMPa。
[0026]實施例7:
稱取尼龍6粒料80g，無滷阻燃劑MCA 10g，選取實施例3中的鋯酸酯改性氫氧化鎂10g，將上述粒料混勻後，以常規的加料速度、溫度加入到微型雙螺杆擠出機中，經過擠出、冷卻、造粒，製得本發明的鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料。極限氧指數為25%，無熔滴現象，拉伸強度64.34MPa。
【權利要求】
1.一種鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料，其特徵在於，所述複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，無滷阻燃劑擴25份。
2.根據權利要求1所述的複合材料，其特徵在於，所述複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，無滷阻燃劑12份。
3.根據權利要求1所述的複合材料，其特徵在於，無滷阻燃劑為三聚氰胺氰尿酸鹽。
4.一種權利要求1所述的複合材料的製備方法，其特徵在於，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，反應結束後洗滌乾燥製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乾燥後按比例混勻，加入到擠出機中進行共混； (3 )將擠出料進行造粒、烘乾得到鋯酸酯改性氫氧化鎂協同阻燃複合材料。
5.根據權利要求4所述的複合材料的製備方法，其特徵在於，鋯酸酯改性氫氧化鎂中鋯含量為0.1~10%。`
【文檔編號】C08K9/04GK103483811SQ201310445325
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月27日 優先權日:2013年9月27日
【發明者】王新龍, 呂昕冉, 周璐, 王通文 申請人:南京理工大學