[發(fā)明專利]一種環(huán)境友好型阻燃尼龍6納米復(fù)合材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110134496.8
• 申請(qǐng)日: 2011-05-23
• 公開（公告）號(hào): CN102241895A
• 公開（公告）日: 2011-11-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 于中振;元進(jìn)廷;姜志國;李艷芳;劉瑞瓊
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京化工大學(xué)
• 主分類號(hào): C09C1/42
• 分類號(hào): C09C1/42;C09C3/08;C08L77/02;C08L63/00;C08K13/06;C08K9/04;C08K3/34;C08K5/3492
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明的環(huán)境友好型阻燃尼龍6納米復(fù)合材料是一種汽車、電子、家庭裝修用的新型的阻燃型納米復(fù)合材料，更確切地說，本發(fā)明的環(huán)境友好型阻燃尼龍6納米復(fù)合材料可以應(yīng)用于汽車、電子、裝飾等大量需要阻燃尼龍6材料的行業(yè)。

背景技術(shù)

尼龍6是一種廣泛應(yīng)用于汽車、電子、裝飾等行業(yè)的工程塑料。由于其特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)，純尼龍6在燃燒過程中可以產(chǎn)生大量的熔滴帶走熱量和物質(zhì)，因而其本身在燃燒過程中具備一定的自熄性能。但是這種自熄作用在尼龍6復(fù)合材料中并未出現(xiàn)，并且在增強(qiáng)型的尼龍6復(fù)合材料中熔滴自熄機(jī)理會(huì)由于‘燭芯效應(yīng)’對(duì)阻燃喪失作用。在生活中我們主要使用的是增強(qiáng)型的尼龍6復(fù)合材料，因此對(duì)其阻燃就成為了一個(gè)挑戰(zhàn)。

尼龍6材料的阻燃通常采用以下三個(gè)方式來實(shí)現(xiàn)：(1)在聚合物中加入阻燃劑；(2)在高分子鏈上或者聚合物表面接枝上阻燃劑基團(tuán)；(3)與阻燃劑單體發(fā)生共聚合反應(yīng)。目前技術(shù)最成熟、商業(yè)化應(yīng)用最廣的是第一種方法。

尼龍6材料的阻燃劑通常為鹵素阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、金屬氧化物、金屬氫氧化物、納米阻燃劑等。各種阻燃劑可以聯(lián)合使用形成協(xié)同阻燃體系。考慮到各種填料的熱穩(wěn)定性、與基體相容性、加工穩(wěn)定性、毒性、腐蝕性、顏色等因素，我們真正能夠添加到尼龍6材料中發(fā)揮阻燃作用的阻燃劑是非常有限的，其中最早開始進(jìn)行商業(yè)化應(yīng)用的是鹵素阻燃劑。鹵素阻燃劑由于其較高的阻燃效率、比較低的用量能夠盡可能地降低對(duì)材料本身的機(jī)械性能損害、能和其他類型的阻燃劑進(jìn)行廣泛的協(xié)同阻燃等優(yōu)點(diǎn)得到了大量的應(yīng)用。最早使用的鹵系阻燃劑是含氯阻燃劑，比如二(六氯環(huán)戊二烯)環(huán)辛烷，商品名為Dechlorane?515或Dechlorane?Plus。該含氯阻燃劑和ZnO、Sb₂O₃、Fe₂O₃、Fe₃O₄、硼酸鋅等金屬氧化物或金屬鹽類阻燃劑中的一種或兩種協(xié)同阻燃，可以使尼龍6材料的LOI顯著提高，在適宜的配比下也可以使尼龍6材料達(dá)到垂直燃燒的V-0等級(jí)。鹵素阻燃劑中另外一個(gè)大量應(yīng)用的是含溴阻燃劑，比如十溴聯(lián)苯醚、八溴聯(lián)苯醚、FR-1025等。這類阻燃劑主要在凝聚相發(fā)揮阻燃作用，可以和Sb₂O₃等金屬氧化物阻燃劑協(xié)同對(duì)尼龍6材料產(chǎn)生比較明顯的阻燃作用。

鹵素阻燃劑雖然應(yīng)用最早、機(jī)理研究最完善、商業(yè)化產(chǎn)品最多，但是其明顯增加了尼龍6材料的產(chǎn)煙量，尤其是HCN、CO等有毒氣體的含量。相對(duì)于含氯阻燃劑來說，含溴阻燃劑使有毒氣體增加的更多。鹵素阻燃劑在燃燒的過程中產(chǎn)生的大量腐蝕性氣體對(duì)臨近的其他材料造成嚴(yán)重的腐蝕，對(duì)環(huán)境也會(huì)造成嚴(yán)重的破壞。并且相對(duì)于阻燃其他類型的聚合物的高效，鹵素阻燃劑對(duì)尼龍6材料的阻燃效果不是很明顯。鑒于以上這些缺陷，鹵系阻燃劑已逐步被其他類型的阻燃劑取代。尤其是在歐美國家，鹵系阻燃劑已經(jīng)被立法限制或取締使用。

除了在實(shí)驗(yàn)室有大量的研究之外，含磷阻燃劑商業(yè)化應(yīng)用品種比較少。目前具有工業(yè)規(guī)模應(yīng)用的磷系阻燃劑主要是紅磷。在尼龍6材料中加入10wt％的紅磷就可以明顯的提高材料的極限氧指數(shù)，并且在玻璃纖維增強(qiáng)的條件下可以達(dá)到非滴落型的垂直燃燒V-0等級(jí)。純尼龍6如果含有0.25wt％～0.6wt％的紅磷就可以在空氣中自熄。工業(yè)上紅磷常常和CuO、CdO、ZnO等金屬氧化物協(xié)同作用。這些金屬氧化物可以有效的將燃燒過程中產(chǎn)生的膦轉(zhuǎn)化為含磷的酸，從而對(duì)尼龍6材料起到酸化成碳的作用。另外，紅磷也可以和鹵素阻燃劑協(xié)同阻燃。當(dāng)阻燃劑中磷和鹵素的物質(zhì)的量的之比為1∶1的時(shí)候該協(xié)同體系可以對(duì)垂直燃燒的等級(jí)起到一個(gè)明顯的提升作用，但是對(duì)極限氧指數(shù)的影響不是很大。和鹵素協(xié)同阻燃的過程中，紅磷在氧氣存在的條件下與HCl氣體反應(yīng)產(chǎn)生PCl₃，這是一種有毒氣體。紅磷和V₂O₃或釩酸鹽如釩酸鈣和釩酸鋇等也具有特別有效的協(xié)同阻燃效果，這是因?yàn)樵诟邷叵滦纬傻牧姿徕C能夠?qū)δ猃?基體催化成炭，形成一種有序的炭層。但是紅磷本身具有顏色，并且在阻燃過程中和水反應(yīng)要產(chǎn)生膦等有毒氣體，這些均對(duì)紅磷的使用產(chǎn)生了限制。