[发明专利]一种环境友好型阻燃尼龙6纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明的环境友好型阻燃尼龙6纳米复合材料是一种汽车、电子、家庭装修用的新型的阻燃型纳米复合材料，更确切地说，本发明的环境友好型阻燃尼龙6纳米复合材料可以应用于汽车、电子、装饰等大量需要阻燃尼龙6材料的行业。

背景技术

尼龙6是一种广泛应用于汽车、电子、装饰等行业的工程塑料。由于其特殊的化学结构，纯尼龙6在燃烧过程中可以产生大量的熔滴带走热量和物质，因而其本身在燃烧过程中具备一定的自熄性能。但是这种自熄作用在尼龙6复合材料中并未出现，并且在增强型的尼龙6复合材料中熔滴自熄机理会由于‘烛芯效应’对阻燃丧失作用。在生活中我们主要使用的是增强型的尼龙6复合材料，因此对其阻燃就成为了一个挑战。

尼龙6材料的阻燃通常采用以下三个方式来实现：(1)在聚合物中加入阻燃剂；(2)在高分子链上或者聚合物表面接枝上阻燃剂基团；(3)与阻燃剂单体发生共聚合反应。目前技术最成熟、商业化应用最广的是第一种方法。

尼龙6材料的阻燃剂通常为卤素阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、金属氧化物、金属氢氧化物、纳米阻燃剂等。各种阻燃剂可以联合使用形成协同阻燃体系。考虑到各种填料的热稳定性、与基体相容性、加工稳定性、毒性、腐蚀性、颜色等因素，我们真正能够添加到尼龙6材料中发挥阻燃作用的阻燃剂是非常有限的，其中最早开始进行商业化应用的是卤素阻燃剂。卤素阻燃剂由于其较高的阻燃效率、比较低的用量能够尽可能地降低对材料本身的机械性能损害、能和其他类型的阻燃剂进行广泛的协同阻燃等优点得到了大量的应用。最早使用的卤系阻燃剂是含氯阻燃剂，比如二(六氯环戊二烯)环辛烷，商品名为Dechlorane 515或Dechlorane Plus。该含氯阻燃剂和ZnO、Sb₂O₃、Fe₂O₃、Fe₃O₄、硼酸锌等金属氧化物或金属盐类阻燃剂中的一种或两种协同阻燃，可以使尼龙6材料的LOI显著提高，在适宜的配比下也可以使尼龙6材料达到垂直燃烧的V-0等级。卤素阻燃剂中另外一个大量应用的是含溴阻燃剂，比如十溴联苯醚、八溴联苯醚、FR-1025等。这类阻燃剂主要在凝聚相发挥阻燃作用，可以和Sb₂O₃等金属氧化物阻燃剂协同对尼龙6材料产生比较明显的阻燃作用。

卤素阻燃剂虽然应用最早、机理研究最完善、商业化产品最多，但是其明显增加了尼龙6材料的产烟量，尤其是HCN、CO等有毒气体的含量。相对于含氯阻燃剂来说，含溴阻燃剂使有毒气体增加的更多。卤素阻燃剂在燃烧的过程中产生的大量腐蚀性气体对临近的其他材料造成严重的腐蚀，对环境也会造成严重的破坏。并且相对于阻燃其他类型的聚合物的高效，卤素阻燃剂对尼龙6材料的阻燃效果不是很明显。鉴于以上这些缺陷，卤系阻燃剂已逐步被其他类型的阻燃剂取代。尤其是在欧美国家，卤系阻燃剂已经被立法限制或取缔使用。

除了在实验室有大量的研究之外，含磷阻燃剂商业化应用品种比较少。目前具有工业规模应用的磷系阻燃剂主要是红磷。在尼龙6材料中加入10wt％的红磷就可以明显的提高材料的极限氧指数，并且在玻璃纤维增强的条件下可以达到非滴落型的垂直燃烧V-0等级。纯尼龙6如果含有0.25wt％～0.6wt％的红磷就可以在空气中自熄。工业上红磷常常和CuO、CdO、ZnO等金属氧化物协同作用。这些金属氧化物可以有效的将燃烧过程中产生的膦转化为含磷的酸，从而对尼龙6材料起到酸化成碳的作用。另外，红磷也可以和卤素阻燃剂协同阻燃。当阻燃剂中磷和卤素的物质的量的之比为1∶1的时候该协同体系可以对垂直燃烧的等级起到一个明显的提升作用，但是对极限氧指数的影响不是很大。和卤素协同阻燃的过程中，红磷在氧气存在的条件下与HCl气体反应产生PCl₃，这是一种有毒气体。红磷和V₂O₃或钒酸盐如钒酸钙和钒酸钡等也具有特别有效的协同阻燃效果，这是因为在高温下形成的磷酸钒能够对尼龙6基体催化成炭，形成一种有序的炭层。但是红磷本身具有颜色，并且在阻燃过程中和水反应要产生膦等有毒气体，这些均对红磷的使用产生了限制。