一种高效阻燃剂及其制备方法
阅读说明：本技术 一种高效阻燃剂及其制备方法 (Efficient flame retardant and preparation method thereof ) 是由 张乃斌 胡剑秋 朱赛赛 于 2021-10-22 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种高效阻燃剂及其制备方法,所述高效阻燃剂包括改性三氧化二锑、溴系阻燃剂、载体树脂、硅烷偶联剂、分散剂和抗氧剂。本发明的三氧化二锑经过改性的包覆处理后,与溴系阻燃剂协效复合,从而有效提高了阻燃性能,耐老化,经久耐用；本发明加入了分散剂、硅烷偶联剂和抗氧剂,不仅改善了基体材料的相容性,而且还提高了材料的力学性能和阻燃性能；本发明的制备方法操作步骤简单,质量稳定,生产效率高,可规模化工业生产。(The invention provides a high-efficiency flame retardant and a preparation method thereof, wherein the high-efficiency flame retardant comprises modified antimony trioxide, a brominated flame retardant, carrier resin, a silane coupling agent, a dispersing agent and an antioxidant. The antimony trioxide is subjected to modified coating treatment and then is synergistically compounded with the brominated flame retardant, so that the flame retardant property is effectively improved, and the antimony trioxide is ageing-resistant and durable; the dispersing agent, the silane coupling agent and the antioxidant are added, so that the compatibility of the matrix material is improved, and the mechanical property and the flame retardant property of the material are improved; the preparation method provided by the invention is simple in operation steps, stable in quality, high in production efficiency and capable of realizing large-scale industrial production.)
技术领域
本发明属于高分子材料合成技术领域，具体涉及一种高效阻燃剂及其制备方法。
背景技术
为能够增加高分子材料(如塑料、橡胶和纤维等)耐燃性，阻燃剂的使用必不可少，因此高分子材料高聚物的阻燃性能成为材料领域的一个重点研究方向。
三氧化二锑是应用最早的阻燃剂，在燃烧初期，首先是熔融，在材料表面形成保护膜隔绝空气，通过内部吸热反应，降低燃烧温度，在高温状态下三氧化二锑被气化，稀释了空气中氧浓度，从而起到阻燃作用。然而，三氧化二锑表面亲水，直接加入有机胶液体系中，会由于分散不好而导致制品的机械性能和粘合性能下降，阻燃效果也达不到要求，从而无法应用其优异的协效阻燃性能。
发明内容
针对现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种高效阻燃剂及其制备方法。
为达到上述目的，本发明的解决方案是：
一种高效阻燃剂，其包括如下重量份的组分：
作为优选地，改性三氧化二锑的粒径为0.5-0.8μm。
作为优选地，改性三氧化二锑的制备方法包括如下步骤：将三氧化二锑、水和钛酸酯偶联剂在高速搅拌机中混合搅拌，得到混合物；然后在100-120℃下烘干，经破碎机粉碎；其中，钛酸酯偶联剂为单烷氧基型钛酸酯偶联剂。
作为优选地，溴系阻燃剂选自十溴二苯乙烷、聚溴化苯乙烯、溴化聚苯乙烯、四溴双酚A或FR245中的一种或更多种。
作为优选地，所述载体树脂选自基体树脂接枝MAH或基体树脂接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)中的一种或更多种。
作为优选地，所述载体树脂中的基体树脂选自聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰胺6(PA6)、聚酰胺66(PA66)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)或聚苯乙烯(PS)中的一种或更多种。
作为优选地，硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷按质量比10:5:2组成的混合物。
作为优选地，分散剂选自聚乙烯蜡、硬质酸锌或己烯基双硬脂酰胺中的一种或更多种。
作为优选地，抗氧剂选自四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯或三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯中的一种或更多种。
一种上述的高效阻燃剂的制备方法，其包括如下步骤：
(1)、在反应釜中加入改性三氧化二锑和硅烷偶联剂混合，得到混合物；
(2)、在双螺杆挤出机中加入步骤(1)的混合物、溴系阻燃剂、载体树脂、分散剂和抗氧剂，进行挤出造粒；
(3)、将步骤(2)的造粒物质经过密炼机进行塑化，即得到所述高效阻燃剂。
作为优选地，步骤(2)中，双螺杆挤出机中加料段为130-150℃，压缩段为140-160℃，均化段为144-170℃，机头温度为150-160℃，螺杆转速为20-30rpm。
由于采用上述方案，本发明的有益效果是：
第一、本发明的三氧化二锑经过改性的包覆处理后，与溴系阻燃剂协效复合，从而有效提高了阻燃性能，耐老化，经久耐用。
第二、本发明加入了分散剂、硅烷偶联剂和抗氧剂，不仅改善了基体材料的相容性，而且还提高了材料的力学性能和阻燃性能。
第三、本发明的制备方法操作步骤简单，质量稳定，生产效率高，可规模化工业生产。
具体实施方式
以下将结合具体实施方案来说明本发明。需要说明的是，下面的实施例为本发明的示例，仅用来说明本发明，而不用来限制本发明。在不偏离本发明主旨或范围的情况下，可进行本发明构思内的其他组合和各种改良。
实施例1：
本实施例的高效阻燃剂包括如下重量份的组分：
其中，改性三氧化二锑的粒径为0.5μm。
改性三氧化二锑的制备方法包括如下步骤：将三氧化二锑、水和钛酸酯偶联剂在高速搅拌机中混合搅拌，得到混合物；然后在100℃下烘干，经破碎机粉碎；其中，钛酸酯偶联剂为单烷氧基型钛酸酯偶联剂。
溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷和聚溴化苯乙烯按质量比1:1组成的混合物。
载体树脂为聚丙烯接枝MAH。
硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷按质量比10:5:2组成的混合物。
分散剂为硬质酸锌。
抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。
本实施例的高效阻燃剂的制备方法包括如下步骤：
(1)、在反应釜中加入改性三氧化二锑和硅烷偶联剂混合，得到混合物；
(2)、在双螺杆挤出机中加入步骤(1)的混合物、溴系阻燃剂、载体树脂、分散剂和抗氧剂，进行挤出造粒，其中双螺杆挤出机中加料段为130℃，压缩段为140℃，均化段为144℃，机头温度为150℃，螺杆转速为20rpm；
(3)、将步骤(2)的造粒物质经过密炼机进行塑化，即得。
实施例2：
本实施例的高效阻燃剂包括如下重量份的组分：
其中，改性三氧化二锑的粒径为0.8μm。
改性三氧化二锑的制备方法包括如下步骤：将三氧化二锑、水和钛酸酯偶联剂在高速搅拌机中混合搅拌，得到混合物；然后在120℃下烘干，经破碎机粉碎；其中，钛酸酯偶联剂为单烷氧基型钛酸酯偶联剂。
溴系阻燃剂为溴化聚苯乙烯。
载体树脂为聚对苯二甲酸丁二醇酯接枝GMA。
硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷按质量比10:5:2组成的混合物。
分散剂为聚乙烯蜡。
抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。
本实施例的高效阻燃剂的制备方法包括如下步骤：
(1)、在反应釜中加入改性三氧化二锑和硅烷偶联剂混合，得到混合物；
(2)、在双螺杆挤出机中加入步骤(1)的混合物、溴系阻燃剂、载体树脂、分散剂和抗氧剂，进行挤出造粒，其中双螺杆挤出机中加料段为150℃，压缩段为160℃，均化段为170℃，机头温度为160℃，螺杆转速为30rpm；
(3)、将步骤(2)的造粒物质经过密炼机进行塑化，即得。
实施例3：
本实施例的高效阻燃剂包括如下重量份的组分：
其中，改性三氧化二锑的粒径为0.6μm。
改性三氧化二锑的制备方法包括如下步骤：将三氧化二锑、水和钛酸酯偶联剂在高速搅拌机中混合搅拌，得到混合物；然后在100℃下烘干，经破碎机粉碎；其中，钛酸酯偶联剂为单烷氧基型钛酸酯偶联剂。
溴系阻燃剂为四溴双酚A。
载体树脂为聚酰胺6接枝MAH。
硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷按质量比10:5:2组成的混合物。
分散剂为己烯基双硬脂酰胺。
抗氧剂为三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
本实施例的高效阻燃剂的制备方法包括如下步骤：
(1)、在反应釜中加入改性三氧化二锑和硅烷偶联剂混合，得到混合物；
(2)、在双螺杆挤出机中加入步骤(1)的混合物、溴系阻燃剂、载体树脂、分散剂和抗氧剂，进行挤出造粒，其中双螺杆挤出机中加料段为140℃，压缩段为150℃，均化段为160℃，机头温度为160℃，螺杆转速为30rpm；
(3)、将步骤(2)的造粒物质经过密炼机进行塑化，即得。
实施例4：
本实施例的高效阻燃剂包括如下重量份的组分：
其中，改性三氧化二锑的粒径为0.7μm。
改性三氧化二锑的制备方法包括如下步骤：将三氧化二锑、水和钛酸酯偶联剂在高速搅拌机中混合搅拌，得到混合物；然后在120℃下烘干，经破碎机粉碎；其中，钛酸酯偶联剂为单烷氧基型钛酸酯偶联剂。
溴系阻燃剂为聚溴化苯乙烯和FR245的混合物。
载体树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝GMA。
硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷按质量比10:5:2组成的混合物。
分散剂为己烯基双硬脂酰胺。
抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯和三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯的复合物。
本实施例的高效阻燃剂的制备方法包括如下步骤：
(1)、在反应釜中加入改性三氧化二锑和硅烷偶联剂混合，得到混合物；
(2)、在双螺杆挤出机中加入步骤(1)的混合物、溴系阻燃剂、载体树脂、分散剂和抗氧剂，进行挤出造粒，其中双螺杆挤出机中加料段为130℃，压缩段为160℃，均化段为170℃，机头温度为160℃，螺杆转速为20rpm；
(3)、将步骤(2)的造粒物质经过密炼机进行塑化，即得。
实施例5：
本实施例的高效阻燃剂包括如下重量份的组分：
其中，改性三氧化二锑的粒径为0.6μm。
改性三氧化二锑的制备方法包括如下步骤：将三氧化二锑、水和钛酸酯偶联剂在高速搅拌机中混合搅拌，得到混合物；然后在100℃下烘干，经破碎机粉碎；其中，钛酸酯偶联剂为单烷氧基型钛酸酯偶联剂。
溴系阻燃剂为溴化聚苯乙烯和四溴双酚A的复合物。
载体树脂为聚对苯二甲酸丁二醇酯接枝GMA。
硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷按质量比10:5:2组成的混合物。
分散剂为己烯基双硬脂酰胺。
抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。
本实施例的高效阻燃剂的制备方法包括如下步骤：
(1)、在反应釜中加入改性三氧化二锑和硅烷偶联剂混合，得到混合物；
(2)、在双螺杆挤出机中加入步骤(1)的混合物、溴系阻燃剂、载体树脂、分散剂和抗氧剂，进行挤出造粒，其中双螺杆挤出机中加料段为130℃，压缩段为140℃，均化段为170℃，机头温度为160℃，螺杆转速为30rpm；
(3)、将步骤(2)的造粒物质经过密炼机进行塑化，即得。
实施例6：
本实施例的高效阻燃剂包括如下重量份的组分：
其中，改性三氧化二锑的粒径为0.5μm。
改性三氧化二锑的制备方法包括如下步骤：将三氧化二锑、水和钛酸酯偶联剂在高速搅拌机中混合搅拌，得到混合物；然后在110℃下烘干，经破碎机粉碎；其中，钛酸酯偶联剂为单烷氧基型钛酸酯偶联剂。
溴系阻燃剂为十溴二苯乙烷。
载体树脂为聚苯乙烯接枝MAH。
硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和3-巯丙基三甲氧基硅烷按质量比10:5:2组成的混合物。
分散剂为聚乙烯蜡和硬质酸锌的复合物。
抗氧剂为三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
本实施例的高效阻燃剂的制备方法包括如下步骤：
(1)、在反应釜中加入改性三氧化二锑和硅烷偶联剂混合，得到混合物；
(2)、在双螺杆挤出机中加入步骤(1)的混合物、溴系阻燃剂、载体树脂、分散剂和抗氧剂，进行挤出造粒，其中双螺杆挤出机中加料段为150℃，压缩段为160℃，均化段为170℃，机头温度为150℃，螺杆转速为26rpm；
(3)、将步骤(2)的造粒物质经过密炼机进行塑化，即得。
对比例1：
本对比例的阻燃剂包括如下重量份的组分：
其中，溴系阻燃剂为溴化聚苯乙烯。
载体树脂为聚乙烯接枝物GMA。
硅烷偶联剂为乙烯基三甲氧基硅烷。
分散剂为聚乙烯蜡。
抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。
本对比例的阻燃剂的制备方法包括如下步骤：
(1)、在反应釜中加入三氧化二锑和硅烷偶联剂混合，得到混合物；
(2)、在双螺杆挤出机中加入混合物、溴系阻燃剂、载体树脂、分散剂和抗氧剂，进行挤出造粒，其中双螺杆挤出机中加料段为130℃，压缩段为140℃，均化段为144℃，机头温度为150℃，螺杆转速为20rpm；
(3)、将步骤(2)的造粒物质经过密炼机进行塑化，即得。
对比例2：
本对比例的阻燃剂包括如下重量份的组分：
其中，溴系阻燃剂为四溴双酚A。
载体树脂为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物接枝GMA。
硅烷偶联剂为γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷。
分散剂为己烯基双硬脂酰胺。
抗氧剂为三[2,4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯。
本对比例的阻燃剂的制备方法包括如下步骤：
(1)、在双螺杆挤出机中加入硅烷偶联剂、溴系阻燃剂、载体树脂、分散剂和抗氧剂，进行挤出造粒，其中双螺杆挤出机中加料段为130℃，压缩段为140℃，均化段为144℃，机头温度为150℃，螺杆转速为20rpm；
(2)、将步骤(1)的造粒物质经过密炼机进行塑化。
对比例3：
本对比例的阻燃剂包括如下重量份的组分：
其中，溴系阻燃剂为溴化聚苯乙烯和四溴双酚A的复合物。
载体树脂为聚对苯二甲酸丁二醇酯接枝MAH。
分散剂为己烯基双硬脂酰胺。
抗氧剂为四[β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸酯]季戊四醇酯。
本对比例的阻燃剂的制备方法包括如下步骤：
(1)、在双螺杆挤出机中加入混合物、溴系阻燃剂、载体树脂、分散剂和抗氧剂，进行挤出造粒，其中双螺杆挤出机中加料段为130℃，压缩段为140℃，均化段为144℃，机头温度为150℃，螺杆转速为20rpm；
(2)、将步骤(1)的造粒物质经过密炼机进行塑化。
将上述实施例和对比例的阻燃剂经真空干燥后在注塑机中250℃注塑成型，用于测试阻燃性能及力学性能。
极限氧指数(LOI)参照GB/T2406-93标准，采用HFTAⅡ型氧指数仪测定，垂直燃烧性能参照ANSI/UL94-2010标准，采用CZF-5A型垂直燃烧仪测定；力学性能参照GB/T1040-92标准进行测试，其测试结果如表1所示。
表1阻燃剂的性能值
由上表1可知，本发明提供的阻燃剂具有较高的阻燃性，并且对材料的力学性能同样有所改善，具有较好的应用前景。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
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