[发明专利]无卤复合阻燃剂及在制备阻燃热塑性弹性体复合材料中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种无卤复合阻燃剂，尤其涉及一种以坡缕石粘土、磷酸三聚氰胺及空心微珠为原料复配而成的无卤复合阻燃剂，属于复合填料技术领域。本发明还涉及该无卤复合阻燃剂在制备阻燃热塑性弹性体中的应用。

背景技术

热塑性弹性体具有硫化橡胶的物理机械性能和软质塑料的工艺加工性能。由于不需再像橡胶那样经过热硫化，因而使用简单的塑料加工机械即可很容易地制成最终产品。它的这一特点，使橡胶工业生产流程缩短了l/4，节约能耗25%~40%，提高效率10~20倍，堪称橡胶工业又一次材料和工艺技术革命。

热塑性弹性体广泛应用于造胶鞋、胶布等日用制品，防水卷材、胶管、胶带、胶条、胶板、胶件、电线电缆包线以及胶粘剂等各种工业用品及食品医疗领域。同时，热塑性弹性体还可代替橡胶大量用在PVC、PE、PP、PS等通用热塑性树脂甚至PU、PA、CA等工程塑料的改性上面，使塑料工业也出现了崭新的局面。

但热塑性弹性体也存在一些缺点，其中易燃性使得其在使用过程中对生命财产安全造成了很大的危害。我国国家标准及部分行业标准中对所使用材料的燃烧性能给出了明确的规定，要求氧指数必须大于30，水平垂直燃烧达到UL94V-0级或者UL94V-1，所以必须对热塑性弹性体进行阻燃改性，使其更广泛的应用于各个领域。

近年来，大量科研工作者对热塑性弹性体进行了各种阻燃改性研究，例如中国专利CN101205324A中公开了一种无卤电线电缆护套料的制备方法，但该材料制备过程所添加阻燃原料种类繁多，且只提到耐燃性为“成功”，并没有对阻燃能力进行明确的描述；另外也没有考察材料的力学性能。李晓燕等人（热塑性聚烯烃弹性体/磷酸二氢铵阻燃复合体系的性能，大连工业大学学报，2010, 29(2): 137-139）研究了磷酸二氢铵对热塑性弹性体的阻燃能力，但氧指数只有25.9，不能满足国家对电线电缆及建材的要求。

发明内容

本发明的目的针对现有技术中存在的问题，提供一种阻燃性能好，又不影响热塑性弹性体力学性能的无卤复合阻燃剂。

本发明的另一目的是提供一种该无卤复合阻燃剂在制备阻燃热塑性弹性体中的应用。

（一）无卤复合阻燃剂

本发明的无卤复合阻燃剂，是由坡缕石粘土、磷酸三聚氰胺及空心微珠为原料混合而成。

坡缕石是一种具链层状结构的含水富镁硅酸盐粘土矿物，其密度低，颜色较淡，与高分子复合后不会严重影响其重量和透明性；坡缕石硬度在2~2.5，容易加工成纳米-微米级颗粒；坡缕石的微孔结构，使其对气体有着强吸附作用，中空隔热绝热能够阻断热的传递，它的吸水和保水性能，在高温下能产生水蒸气阻断氧气，坡缕石本身不挥发，效果持久、价格低廉、烟雾小，兼有阻燃、抑烟和降低有毒气体的功能，是一种理想的无公害阻燃材料。

磷酸三聚氰胺在受热时可分解产生氨气和磷的含氧酸，氨气可以稀释可燃气体和空气中的氧气等气体的浓度，从而其阻止燃烧的作用。生成的含氧酸（包括它们中的某些聚合物）是强脱水剂，可使聚合物迅速脱水炭化，阻断聚合物与氧气的接触，在固相起阻燃作用。另外，有机磷系阻燃剂热分解所形成的气态产物中含有PO·游离基，它可以捕获H·游离基及OH·游离基，致使火焰中的H·及OH·游离基浓度大为下降，而起到抑制燃烧链式反应的作用。

空心微珠是一种新型多功能非金属粉体材料，直径在0.01-400 μm间，外观为灰白或灰色，松散，球形，流动性好、中空、有坚硬的外壳，空心微珠属于铝硅酸类无机粉体材料，主要成份为SiO₂和Al₂O₃，被誉为“空间时代材料”。由于空心微珠热变形温度大于1350℃，其腔体中所含CO₂、N₂为窒息性气体；空心微珠可在材料表面形成完整的覆盖层，其非常低的导热性能阻隔了热量向内部基材表面的传递，从而降低了基材的热分解速度；由于热塑性弹性体基材分解释放可燃气的速度减低，致使火焰在材料表面的传播速度显著降低。因此，空心微珠可提高热塑性弹性体材料的阻燃性能。

本发明将坡缕石粘土、磷酸三聚氰胺及空心微珠进行混合复配，使得三者的阻燃作用相互配合、相互促进，从而更进一步提高了复合阻燃剂的阻燃性能。

经过大量的摸索和实验，我们发现复合阻燃剂中各原料组份按下述重量份配比，复合阻燃剂都具有很好的阻燃性能：

坡缕石粘土40份，磷酸三聚氰胺40~55份，空心微珠20~5份。

优选配比为：