[發明專利]一種有機金屬膦酸化合物ZnCPN在協效阻燃劑方面的應用

在審

• 申請號: 201510725757.1
• 申請日: 2015-10-30
• 公開（公告）號: CN105175778A
• 公開（公告）日: 2015-12-23
• 發明（設計）人: 李國棟;王剛;姚有為
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: C08K5/5317
• 分類號: C08K5/5317;C08L77/02;C08L77/06
• 代理公司: 長春吉大專利代理有限責任公司 22201
• 代理人: 王淑秋;王恩遠

技術領域

本發明屬于協效阻燃劑技術領域，具體涉及一種有機金屬膦酸化合物([Zn(t-C₄H₄PO₃)(C₅N₂H₆)]₄)在協效阻燃劑方面的應用。

背景技術

聚酰胺是一種重要的工程塑料，具有比強度高，耐腐蝕等優點，廣泛應用于建筑、汽車和電子電氣等工程領域。隨著高分子材料改性技術的發展，聚酰胺類工程塑料不僅在強度方面達到金屬材料的性能指標，在耐高溫、抗疲勞強度、尺寸穩定性等方面也接近金屬材料。正是因為聚酰胺類塑料具有上述優點，使其可以逐步取代金屬材料，以降低生產成本，提高性能。盡管如此，由于聚酰胺類塑料具有易燃性，并且燃燒時會釋放大量的有毒煙霧和氣體，大量使用時存在比較嚴重的安全隱患，因此，提高其阻燃性能成為一項重要研究任務。

人們針對聚酰胺類塑料的阻燃改性開展了較多的研究，傳統的方法是在聚酰胺基材里面加入阻燃劑以提高材料的抗火災性能。目前，在市售的所有阻燃劑中，鹵系阻燃劑的阻燃效率較高，而且對材料的力學性能影響較小，但不能滿足環保要求，因此，鹵系阻燃劑已受到許多國家特別是歐盟各國的抵制。膨脹型阻燃劑如聚磷酸胺(APP)阻燃效率不高，抗遷移性不好，而且會嚴重影響材料的力學性能。紅磷(RP)的阻燃效率較高，但采用紅磷作阻燃劑時，存在易燃和產生磷化氫等問題，并且會加深制品的顏色。作為含磷阻燃劑中最受關注的二乙基次膦酸鋁(AlPi)和聚磷酸三聚氰胺(MPP)，同樣存在一些缺點使其應用受到限制。MPP的阻燃效率較低，當添加量為25wt.％時，方能使尼龍的垂直燃燒等級達到V-0級，并且對基材的力學性能有較大的影響。AlPi的阻燃效率較高，且對基材力學性能惡化較小，但由于其成本高昂，因此，其應用也受到限制。鑒于市場上現有阻燃劑都或多或少存在各種缺點，如阻燃效率不高、嚴重影響材料力學性能、生煙量大等，因此，開發新型高效、環保且較少惡化力學性能的阻燃劑或協效阻燃劑成為未來的發展主流。

由于新型阻燃劑的市場化推廣比較難，因此，研發新型協效阻燃劑就成為當前阻燃行業的一大熱點。通過在原有阻燃體系中加入協效阻燃劑來提高整個阻燃體系的阻燃效率。在新型協效阻燃劑方面，蒙脫土、硼酸鋅和海泡石等受到廣泛關注。其中，蒙脫土，特別是納米有機改性蒙脫土，在和AlPi、MPP、APP等阻燃劑復配時，能降低基材的峰值熱釋放速率(PHRR)50％左右，并且能稍微提高阻燃材料的力學性能。硼酸鋅在和AlPi和MPP形成三元協效體系時，能夠提高凝聚相屏蔽作用，提高阻燃效率。海泡石作為高效協效劑，在與AlPi協效時，能提高AlPi的阻燃效率。然而，這些協效阻燃劑普遍會影響基材的力學性能，并且成本較高。

在阻燃性能測試中，垂直燃燒和極限氧指數測試是最重要的兩項測試。垂直燃燒是一種測定材料UL94阻燃等級的一種方法。其具體測試方法是將垂直燃燒儀藍色本生燈火焰高度調為20mm，將測試樣條垂直放置，樣條下端距火焰底部10mm，持續點火10s后，移除火焰，測量火焰移除后的燃燒時間，每根樣條測試兩次。若移除火焰后的燃燒過程中樣條自熄且無熔滴現象，則若每根樣條每次移除火焰后的自熄時間小于10s且五根樣條10次測試總的自熄時間小于50s，則樣條達到UL94V-0級別；若有樣條的自熄時間大于10s且每根樣條每次移除火焰后的自熄時間均小于30s，五根樣條10次測試總的自熄時間小于250s，則樣條達到UL94V-1級別；UL94V-2級別的判定標準除在測試過程中允許樣條熔滴且熔滴不能點燃下方300mm出放置的干燥棉花層外，其余標準與UL94V-1一致。在三種阻燃級別的判定中，樣條每次測試都不能燃燒到樣條頂端具體測試方法詳見ASTMD3801。

極限氧指數(LOI)值測定是指測出維持樣條穩定燃燒的最低氧氣濃度，在極限氧指數測試儀中通過不斷調整氧氣濃度并觀察樣條的燃燒情況。如樣條上端燃燒時間超過3min，或燃燒高度超過50mm，則判定為氧氣濃度偏高，反之，則偏低。反復調整氧氣濃度，直至最終找出維持樣條穩定燃燒的最低氧氣濃度為止。具體測試方法詳見ISO4589-1984。

此外，拉伸強度和缺口沖擊強度的具體測試方法詳見ISO527和ISO179。

發明內容

本發明的目的是通過引入協效阻燃劑，提高現有磷系或磷-氮系阻燃劑的阻燃效率，在解決現有聚酰胺類材料的易燃性問題的同時，能夠克服市場現有阻燃劑影響基體材料力學性能的缺點，達到提高阻燃性能、提高力學性能和節能環保三重要求。