[发明专利]渣油改性阻燃剂组合物及由其制备的阻燃聚烯烃材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种渣油改性阻燃剂组合物及其制备方法，具体涉及一种用于高分子材料阻燃的渣油改性阻燃剂组合物及其制备方法。

背景技术

由于油气资源开采向深层、超深层发展，重质原油在全球资源中的比例逐步增加，由此产生渣油巨量累积。我国每年约有50Mt难以转化的渣油，渣油的高效利用成为亟待解决的问题。渣油轻质化转化为轻质组分，可提高成品油收率，是渣油高效利用途径之一。但渣油轻质化技术能耗高、环保性差及综合经济与社会效益很低，因此，寻求渣油新的转化利用途径，或高附加值利用方法是十分迫切的。

渣油经过热处理后富集芳香馏分，这些馏分经复杂链接、桥联与聚并形成典型的芳核骨架共轭结构，残炭量高、热稳定好。通常，采用液相色谱法或者该方法与梯级分离技术耦合，用于分离芳烃馏分，产生反应活性。可以设计有机化改性反应，对分离出的芳烃馏分进行改性，向芳环或者芳烃链接分子中引入活性基团、官能团，提高芳烃接枝或聚合反应活性，及芳烃材料的抗高温性或者阻燃性，由此提供高效阻燃剂的新来源。

所谓阻燃剂是用于阻止所用材料被高温或火引燃并抑制火焰传播而大大降低火灾危险的助剂。阻燃剂主要用于合成的或天然的高分子材料(如塑料、橡胶、纤维、木材、纸张、涂料等)的阻燃过程，对这些有机材料在使用环境中产生隔绝火燃烧的安全保护作用。

阻燃剂主要分为无机阻燃剂和有机阻燃剂。无机阻燃剂以无毒、无烟、无卤等优点，被广泛应用，但无机阻燃剂在有机高聚物材料中的添加量过大(一般质量份大于60％)，阻燃效果相对较低，而如此大量的无机相会大幅度降低被阻燃材料的机械性能；有机阻燃剂中，膨胀型阻燃剂是其中重要的一种阻燃剂，该阻燃剂具有在燃烧过程中产生无腐蚀性气体、低烟、低毒及高阻燃效果等优点，是目前更为广泛使用的安全性较高的阻燃剂。

膨胀型阻燃剂是指在受热分解后可以自成炭及促进聚合物在材料表面形成疏松多孔炭层，起到隔热、隔氧、抑烟、防止熔滴作用的一类阻燃剂，以磷、氮为主要阻燃元素，一般不含有卤素而毒害性低。膨胀型阻燃剂体系一般是由三部分构成：(1)酸源，主要为脱水剂；(2)炭源，主要为成炭剂；(3)气源，主要作为氮源、发泡源等。膨胀型阻燃剂燃烧成炭过程一般经历以下步骤：首先在较低温度下，该阻燃剂体系的酸源受热分解释放出无机酸，在较高温度下与炭源发生酯化反应，反应生成的水蒸气及一些不燃性气体能够使已熔融的体系发泡，进而产生脱水炭化，最终形成膨胀炭层，起阻燃效果。

磷酸酯阻燃剂可以作为膨胀型阻燃剂的炭源和酸源。磷系阻燃剂受热分解成含磷的含氧酸或它们的聚合物，作为脱水剂能催化含氧高聚物或含羟基化合物脱水成炭，使易燃物避免转换成气体燃料，抑制聚合物材料的燃烧，同时，炭化作用形成了一层物理包覆覆盖层，起到隔热、绝氧和保护下层聚合物材料的作用。另外，成炭反应多为吸热反应，往往伴随着水蒸气的产生，它在降低环境温度的同时稀释可燃性物质的浓度，可起到凝聚相阻燃的作用。

现有的磷系阻燃剂的阻燃机理基于质谱技术研究结果，如下所述：任何磷系化合物在聚合物燃烧过程中都会形成自由基捕获剂PO·。这种自由基捕获剂PO·能捕获燃烧火焰附近的氢原子，起到抑制聚合物进一步燃烧的作用。这种作用过程可用下式表示：

PO·+H·→HPO

HPO+H·→H₂+PO·

PO·+OH·→HPO+O·

阻燃剂的阻燃性能可以用氧指数和垂直燃烧来表示，氧指数是衡量点燃时需要的氧浓度即点燃的难易程度。通常采用科学家Van Krenelen的研究成果，即在聚合物热分解残余炭和聚合物氧指数OI之间有一定的定量相互关系，残炭量愈大，氧指数愈高，即可燃性愈低，两者之间可用如下公式表示：

OI＝(17.5+kCR)/100

该式中，OI是氧指数，CR是指高聚物加热到850℃/650℃的成碳率，k为常数，k＝0.4-1.0；垂直燃烧(UL-94)试验表征的是点燃后熄灭的难易程度，燃烧过程中成炭性差一般自熄性也较差，垂直燃烧等级由高到低依次为V-0，V-1，V-2和HB。

现有技术采用的磷酸酯阻燃剂，可克服含卤素型阻燃剂燃烧烟雾大、放出有毒及有腐蚀性气体的缺陷，它具有高阻燃性、低烟、低毒、无腐蚀性气体产生等优点，能提高材料的成炭率，特别是对那些含氧高聚物，可作为一种有效成炭促进剂。