[发明专利]用于聚合物的阻燃添加剂

说明书

本公开涉及用于聚合物如聚烯烃的无卤阻燃添加剂，其包含(i)含有胺和/或铵基的含磷‑氮组分；和(ii)(甲基)丙烯酸均聚物或共聚物，其选自下组：部分或完全中和的聚((甲基)丙烯酸)盐，部分或完全中和的部分交联聚((甲基))丙烯酸)盐，包含至少50重量％的(甲基)丙烯酸重复单元的部分或完全中和的烯烃和(甲基)丙烯酸的共聚物的盐，和前述聚合物的任何组合。本公开还涉及包含阻燃添加剂的阻燃聚合物组合物，以及使用阻燃添加剂降低聚合物，特别是聚烯烃的可燃性的方法。

技术领域

本公开涉及阻燃添加剂，阻燃聚合物组合物和降低聚合物，特别是聚烯烃的可燃性的方法。

背景技术

几乎所有聚合材料都由有机材料组成。聚合材料的主要缺点是它们的燃烧特性。一些聚合物的可燃性高于木材和天然纤维。一些常见聚合物(如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯)的热值为27000-46000kJ/kg，而木材的热值为19000kJ/kg。此外，一些聚合物材料的燃烧伴随着烟雾和烟灰的形成，液滴以及高毒性产品的排放。因此，聚合物材料的广泛应用使得必须开发阻燃材料。

获得阻燃聚合材料的一种重要方法是添加合适类型的阻燃添加剂。阻燃剂可与基础聚合物混合(添加型阻燃剂)或与基础聚合物化学键合(反应性阻燃剂)。这些添加剂的阻燃影响主要受这些添加剂与基础聚合物相互作用从而降低其可燃性的机理控制。

图1中示出了聚合物材料的典型燃烧循环。如图1所示，在起火条件下产生的热量导致聚合材料的热解形成可燃气体。这些可燃气体在氧气存在下会产生火焰和烟雾。由于燃烧是放热过程，其产生更多的热量，导致聚合物更多的热解，从而为火提供更多的燃料。这意味着一旦材料开始燃烧，火焰反应就会加速并且难以停止，从而导致轰燃。

上述过程顺序表明，为了降低聚合物的可燃性，需要采取以下措施：

1.提高聚合物的热稳定性。

2.增加燃烧产生的焦炭量。

3.减少聚合物热解形成的可燃气体扩散到火焰中。

4.减少燃烧产生的热量。

5.使聚合物表面绝热，以减少从火到聚合物材料的热传递。

6.聚合物与阻燃添加剂一起在燃烧条件下降解产生惰性气体。

这表明，为了在起火情况下控制聚合物材料的可燃性，必须控制在聚合物中发生的凝聚相反应和在起火条件下的气相反应。聚合物中的凝聚相反应意味着阻燃添加剂有助于实现上面总结的第1、2、3和5点所考虑的措施，从而改变聚合物在燃烧条件下的热解路径。后者减少了可燃气体的形成，这反过来导致产生的热量减少，从而降低了材料的可燃性。

从古埃及时代就知道用磷获得木材的阻燃性。因此，使用含磷化合物以及含磷、含氮和含磷氮的化合物作为阻燃添加剂在本领域中是众所周知的。与这些化合物的用途有关的参考文献的例子是US 5137937；US 4073767；EP 0530874B1；EP 0363321B1；US 5985960和WO 2010/0026230。

US 4174343公开了一种组合物，其包含聚烯烃和自熄、不淌滴量的季戊四醇二膦酸酯化合物和聚磷酸铵的组合。基于组合物的重量，二膦酸季戊四醇酯化合物和聚磷酸铵的组合的加入量为20-40重量％。

EP 0343109 A1公开了一种组合物，其包含无卤聚合物和作为阻燃剂的至少一种具有一定结构的聚膦酸的金属盐或准金属盐和单羧酸或多羧酸或其金属或准金属盐。聚羧酸的实例包括聚(丙烯酸)，聚马来酸，乙烯和丙烯酸的共聚物以及马来酸和苯乙烯的共聚物。聚膦酸的金属或准金属盐可以被卤化。可以赋予阻燃性的聚合物的实例是聚苯醚和聚苯硫醚、聚氨酯、聚酰胺、聚酯、聚苯乙烯、苯乙烯的接枝共聚物、交联的环氧树脂和聚碳酸酯。