[发明专利]一种复合黏土矿物高分子材料成炭剂及其在无卤阻燃高分子材料中的应用

说明书

本发明公开了一种复合黏土矿物高分子材料成炭剂。本发明的成炭剂将黏土矿物与1,2‑乙烯基二膦酸和/或2‑二叔丁基磷‑2’‑(N,N‑二甲氨基)联苯复配，能显著增强现有黏土矿物对高分子材料燃料时的成炭效果。黏土矿物以凹凸棒石为主，与蒙脱土、白云石及海泡石复配后，产生了明显的协同增效作用。与现有无机成炭剂相比，本发明的成炭剂不仅可以显著提高高分子材料的成炭率，还可显著改善烟密度、峰值热释放速率及机械强度等性能，且成本低，是一种优良的制备高性能、低成本无卤阻燃高分子材料的多功能阻燃成炭助剂。

技术领域

本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种用于制备无卤阻燃高分子材料的成炭剂。

背景技术

高分子材料普遍具有易燃烧的特点，而且燃烧过程中容易发生熔滴低落，产生大量的烟气。为了解决高分子材料的这种缺点，拓展其使用范围，高分子材料在使用的过程中需要进行阻燃处理，提高氧指数，降低烟密度。在目前报道的方法中，高分子复合材料中添加成炭剂，不仅能够提高复合材料的氧指数，更重要的是能够提高材料的水平垂直燃烧等级，降低烟密度。因此，高分子材料成炭剂已经成为复合材料助剂的研究热点。成炭剂包含有机成炭剂和无机成炭剂，有机成炭剂主要是含碳量高的多羟基化合物，如淀粉、PER和它的二聚物、三聚物以及含有羟基的有机树脂等；无机成炭剂主要是各种黏土矿物，主要机理是促进成炭，使碳层变的连续，增强碳层强度和致密性。常用的无机成炭剂有各种黏土矿物，如凹凸棒石（又名坡缕石、硅镁土）、蒙脱土、高岭土、膨润土、白云石、蛭石，硅灰石、埃洛石、海泡石、三水铝石、伊利石及绿泥石等，氧化石墨烯，石墨烯，膨胀石墨，次磷酸铝，磷酸锆，三聚氰胺磷酸盐，滑石粉，半焦，硅微粉及云母等。

凹凸棒石黏土作为阻燃协效剂或者成炭剂的报道较多，《有机化坡缕石黏土—膨胀型阻燃聚丙烯复合材料的制备及性能研究》[D].黄莉.西北师范大学.2015.一文中，将有机化坡缕石黏土（OPGS）应用到膨胀型阻燃聚丙烯复合材料中，发现OPGS在该复合材料中具有协效作用。同时研究了OPGS在经典膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯复合材料中和在集酸源、碳源和气源于一体的新型膨胀型阻燃剂阻燃聚丙烯复合材料中的协效阻燃性能。该论文虽然探讨了凹凸棒石作为阻燃协效剂的作用，单独凹凸棒石促进复合材料成炭研究较少。中国专利CN 201910985690.3公开了一种凹凸棒石/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和作为高分子材料助剂的用途，主要由硅烷偶联剂改性的凹凸棒石与含磷化合物改性的氧化石墨烯反应得到。与现有凹凸棒、氧化石墨烯作为高分子材料助剂相比，该发明凹凸棒石/氧化石墨烯复合材料可作为高分子材料多功能助剂，能够很好地提高高分子材料的各种性能，使高分子材料具有更高的力学性能和阻燃性，燃烧时具有更低的烟密度和毒性，虽然该专利中提到了凹凸棒石复合粉体对阻燃材料性能有提高，但是氧化石墨烯价格加高，实际使用中受到成本等因素的限制。