[发明专利]阻燃剂聚合物组合物

说明书

技术领域

本发明涉及阻燃剂聚合物组合物以及由其制备的制品。

背景技术

为了降低易燃性(或提高阻燃性)，已多种添加剂使聚合物改性。这些添加剂包括含有卤化烷基团以及其他卤化有机化合物的亚磷酸盐、磷酸盐、硫代磷酸酯。使用这么多种添加剂时，必须以相当高的重量百分比加入它们，从而可能对所得制品的物理和/或光学性质产生不利影响。作为防滴以及阻燃剂，聚四氟乙烯被加入多种聚合物，但对由其制得的模制制品的透明度以及透明性产生不利影响。可以添加玻璃纤维，但该添加对聚合物基质以及光学性质产生不利影响。在许多应用中，聚合物组合物通过添加颜料的方法掩饰较低的光学性质，因而成为不透明的。

最近对用于聚合物应用的新型阻燃剂的需求持续增长。尽管现有产品以低成本提供阻燃性是有效的，但由于这些产品被认为是环境持久的、生物可积累材料，因此已经开始担心它们对健康以及环境的危害。在一些欧洲国家，已提议禁止使用卤化的以及包含重金属的阻燃剂。

发明内容

在一个方面，本发明涉及包含选自由热塑性聚合物、热固性聚合物、弹性体以及它们的混合物组成的组的有机聚合物的聚合物组合物，含有分散在其中的数量足以使聚合物成为阻燃的或自熄的表面改性的粒子相。表面改性剂是双官能、有机、含磷的添加剂。

在另一方面，本发明提供包含表面改性的纳米粒子以及一种或多种可聚合的单体的可聚合组合物。当聚合时，所得聚合物具有较低的易燃性。在一些实施例中，所得聚合物是自熄的。

本发明的聚合物和可聚合组合物可用于成型制品，例如那些利用浇注、模制或挤出方法生产的制品的制备。其中包括汽车部件、电动马达外壳、器具、例如监视器壳体的计算机设备、飞机零件、玻璃替代品、光学以及前照灯透镜。因为添加剂(表面改性的粒子相)的可添加量足以降低制品易燃性且对光学性质无有害影响，所以该组合物尤其可用于期望透明性或透明度，但迄今为止一直在使用不透明的聚碳酸酯的应用中。

本发明解决了在本领域中提供阻燃的或(优选地)将不支持燃烧的聚合物组合物的问题。表面改性的纳米粒子易于与聚合物复合和减少或消除与传统的如多溴化联苯的阻燃添加剂关联的暴露风险。另外，表面改性的纳米粒子添加剂通常对于所得的聚合物的机械或光学性质无不利影响。另外，表面改性的纳米粒子的存在减少或抑制燃烧期间的滴落，稳定制品的形状并在燃烧产品渗气时平抑泡沫形成。

所述纳米粒子相可以包含二氧化硅、二氧化钛、氧化铝、氧化锆、氧化钒、二氧化铈、氧化铁、氧化锑、氧化锡、铝/二氧化硅以及它们的组合，并且平均粒度小于100纳米。

术语“表面改性的纳米粒子”指包含附接或涂覆在粒子表面的功能基团和含磷侧团的粒子。所述表面改性剂改变粒子性质并可以涂覆在纳米粒子上，或与纳米粒子共价或离子键合。

术语“粒度”和“粒度”指粒子的平均横截面尺寸。如果所述粒子以聚集体形式出现，术语“粒度”和“粒度”就指聚集体的平均横截面尺寸。

术语“热固性”和“热塑性”采用它们在聚合物化学学科中的标准含义。“热固性”树脂指曾经暴露于足以使树脂因为活性物质的化学交联反应不能流动的能量源(如热和/或辐射)的固化树脂。术语“热固性”指未固化的热固性树脂。“热塑性”树脂指当受热时能够软化或流动并在冷却时再次硬结的树脂。

“阻燃剂”指根据已认可的例如Horizontal Burn或HangingStrip的测试方法中一种的测量，通过某种改性降低的基本易燃性的特性。

“自熄性”指没有外部热源的加入就无法维持材料燃烧。在本发明中，火焰在10秒钟内，优选在5秒钟内熄灭。

具体实施方式

聚合物组合物包括利用含磷表面改性剂改性的表面的无机纳米粒子。表面改性剂是双官能有机化合物，具有至少一个与无机纳米粒子的表面键合、配合或连接的官能团，和至少一个含磷的官能团，包括磷氧基团、磷氮基团和磷卤基团。所谓“表面改性的”指将表面改性剂涂覆、或共价或离子键合至纳米粒子。无机纳米粒子的粒度小于100纳米，它们位于聚合物基质中。所述表面改性的纳米粒子优选是分散在整个聚合物中的单个的、无缔合(即，非聚集)的纳米粒子并优选彼此不是不可逆缔合的。术语“缔合”或“结合”包括例如共价键合、氢键键合、静电吸引、伦敦力、以及疏水交互作用。

不受理论的束缚，有机磷化合物可以通过形成保护性液体或焦炭间隔用作阻燃剂，该间隔使最少的聚合物降解产品流逸到火焰，和/或用作使热传递最小化的绝热层。连接了有机磷表面改性剂的无机纳米粒子可以起散热器的作用，进一步阻止燃烧。