[发明专利]阻燃组合物

说明书

技术领域

本发明涉及阻燃组合物。具体来说，本发明为基材或载体颗粒与结合到基材的阻燃聚合物的组合。

背景技术

聚合物复合材料广泛运用在许多应用中，包括汽车、房屋建筑、电子和消费类产品。聚合物复合材料在某些应用中的一个常见要求是其必须为阻燃的。为了防止聚合物燃烧，必须停止燃烧循环的蔓延。

存在多种以化学和物理方式在汽相和凝相中阻止火焰的策略。当聚合物分解时，存在多种聚合物分解以形成高能自由基的途径。在汽相中，可以通过使用非可燃气体稀释火焰的物理方式，或者封端高能自由基的化学方式来阻止燃烧循环。在凝相中，通常使用以下两种方法来阻止燃烧：(i)焦炭的形成，此方法可以在火焰面和聚合物燃料之间添加保护层，以及(ii)使用分解以稀释火焰的无机填料来稀释固体燃料。

目前市场上使用最广泛的阻燃剂是卤化阻燃添加剂。卤化阻燃剂通过作为自由基捕获剂（通过在汽相中封端高能自由基来催化性阻止火焰）快速作用来有效阻滞火焰。这样可以有效阻止燃烧循环并熄灭火焰。但是，卤化阻燃剂可能会散发出有害气体，并且对环境造成负面影响。因此，已经探索出了其他在高分子化合物中熄灭火焰的方法。

传统阻燃添加剂为各种有机和无机化合物，这些化合物与可市购得到的聚合物掺合，以在聚合物内赋予阻燃性质。传统添加剂可以采用汽相或凝相方法来阻滞火焰。在聚合物组合物中添加传统阻燃材料可能对组合物的物理特性产生不利影响，最终使得该组合物不适宜其目标用途。由于其分子结构，高填充阻燃聚合物的物理特性与竞争性材料相比往往处于劣势。这种材料往往无法达到所需的强度和冲击特性。一旦形成多组分组合物，其它阻燃组合物的分子结构可能会限制后续处理。

发明内容

本文公开的组合物为具有阻燃聚合物的基材，其中所述阻燃聚合物化学结合到至少部分基材。该制品适合作为高分子复合材料中的添加剂。这种阻燃聚合物能够在高分子复合材料中阻滞火焰。在某些实施方案中，使用至少部分外表面涂布了阻燃聚合物的基材，既可提供非常有效的阻燃性能，相比传统阻燃添加剂，又能降低加入量。据信，该制品作为阻燃材料的有效性是提高的质量/表面积比（将阻燃材料涂布到基材上的结果）的因素之一。就此而言，该质量的阻燃剂比相同质量的单一阻燃剂颗粒有更大的暴露面。此外，采用具有阻燃聚合物的基材的聚合物复合材料还拥有令人满意的机械性质，其中所述阻燃聚合物化学结合到至少部分基材。

在特定实施方案中，如下形成组合物：在多官能偶联剂和基材的存在下，将单体与阻燃剂成分聚合以形成化学结合到基材的阻燃聚合物。在一个实施方案中，聚合物是交联的。此外，在另一个实施方案中，单体可能包含一种磷化合物作为阻燃剂成分。该组合物于是可以用作聚合物基体中的阻燃添加剂。

阻燃组合物能够阻滞或阻止火焰在聚合物材料中蔓延。例如，特定实施方案在UL94测试程序下会显示V0或V2测试结果。至少部分涂有阻燃聚合物的基材，非常适合与聚合物材料形成复合材料。在特定实施方案中，使用熔融加工技术来形成复合材料。本复合材料适用于制造建筑、电子、消费品和汽车工业中的制品。

出于本发明的目的，本申请中使用的下列术语定义如下：

“化学结合”表示几种作用力中的任何一种，包括离子键、共价键以及金属键（将原子或离子结合在一起）。

“复合材料”表示聚合物材料和添加剂或填料（例如在本公开中阐述的阻燃颗粒）的混合物。

“交联的”表示将聚合物链连接在一起的共价键或离子键。

“阻燃组合物”表示可以降低、阻滞或阻止材料燃烧趋势的组合物。

“可熔融加工的组合物”是指通常在高温下，通过传统的聚合物加工技术（例如挤出或注塑）被熔融加工的制剂。

“熔融加工技术”是指挤出、注塑、吹塑、滚塑或分批混合。

上述发明内容并非旨在描述每个公开的实施方案或本发明的每个实施。后续的详细说明更有针对性地举例说明了示例性实施方案。

发明详述

通过将阻燃聚合物化学结合到至少部分基材而形成阻燃组合物。该组合物适合用作聚合物基体中的阻燃添加剂。

基材可以是任何能够接受阻燃聚合物材料的材料。一方面，基材可以是火山灰、微球、玻璃纤维、硅酸盐、金属氧化物、矿物质或者粘土。在一个实施方案中，基材是最大100微米的颗粒。在另一个实施方案中，所选基材的尺寸介于50纳米至5微米之间。