酚酞基阻燃用成炭剂组合物及其制备方法与在尼龙66中的应用

摘要

本发明公开了一种酚酞基阻燃用成炭剂组合物及其制备方法与在尼龙66中的应用，属于高分子材料技术领域。该组合物由如下质量百分比的各组分组成：甲基丁基次膦酸铝：60～90％、酚酞：5～20％、硬脂酸锌：5～20％。将一定比例的组合物添加至尼龙66树脂中用于制备尼龙复合材料，有利于提高材料的整体性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具备阻燃功能的组合物，属于高分子材料技术领域，具体地涉及一种酚酞基阻燃用成炭剂组合物及其制备方法与在尼龙66中的应用。

背景技术

尼龙66(PA66)是一类重要的工程塑料，其具有优异的抗冲击性能、良好的耐磨性能、较低的摩擦系数和耐化学性能等优点，而被广泛应用于汽车、国防、电子电器等领域。但是因为其本身的阻燃性较差而限制了其应用，所以开发和研究具有阻燃性能的尼龙66材料一直备受研究者们的关注。

目前关于尼龙的阻燃研究的阻燃体系主要有两种，一种是含卤阻燃体系，虽然其阻燃效率高，但是这种含卤阻燃体系的应用会带来安全和环保的隐患。另一种是无卤阻燃体系，应用较为广泛的则是红磷和三聚氰胺类，红磷因其颜色和储存的缺陷问题严重影响了其在尼龙材料中的应用，而三聚氰胺类阻燃体系虽然具有较好的阻燃效率，但是当应用于尼龙66中时，热稳定性较差，且使用时含量较高，极大的影响尼龙材料的物理性能。

因此，开发和研究适用于尼龙66材料的阻燃或阻燃组合物仍然很有必要。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种酚酞基阻燃用成炭剂组合物及其制备方法与在尼龙66中的应用。该组合物具备耐高温、成炭性好、与尼龙66树脂基体相容性好、对基体材料的力学性能影响小等优点，且制得的复合材料具有优异的阻燃性能和机械性能，阻燃性能可达到UL94 V-0级。

为实现上述目的，本发明公开了一种酚酞基阻燃用成炭剂组合物，它由如下质量百分比的各组分组成：

甲基丁基次膦酸铝 60～90％

酚酞 5～20％

硬脂酸锌 5～20％；

所述酚酞置于马弗炉中控制温度为300℃煅烧2h。

进一步地，所述甲基丁基次膦酸铝的平均粒径为40.362μm。

进一步地，它由如下质量百分比的各组分组成：

甲基丁基次膦酸铝 73.3％

酚酞 20％

硬脂酸锌 6.7％。

其中，酚酞本身具有高热分解和高残炭率的特点，增加了阻燃材料在凝聚相阻燃方面的效果，酚酞与甲基丁基次膦酸铝盐配合使用有利于更好发挥阻燃剂性能。

本发明的目的之二是提供一种上述酚酞基阻燃用成炭剂组合物的制备方法，它包括将配方比的各组分混匀后球磨20～40min。

本发明的目的之三是提供一种上述组合物用于制备的尼龙66复合材料，所述尼龙复合材料包含如下质量百分比的各原料：

尼龙66树脂 75～95％

组合物 5～25％。

进一步地，所述尼龙66复合材料包含如下质量百分比的各原料：

尼龙66树脂 85％

组合物 15％。

由上可知，组合物的添加量少，对尼龙材料机械性能的影响较小。

本发明的目的之四是提供一种上述尼龙66复合材料的制备方法，它包括如下步骤：

1)将配方比的尼龙66树脂和组合物混匀，得到混合基料；

2)将步骤1)得到的混合基料加入到同向双螺杆挤出机中进行加工；

3)将步骤2)得到的粒料通过注塑成型机进行成型加工。

进一步地，所述步骤2)中，加工温度为290～300℃，同向双螺杆挤出机转速设置为160～220r/min。

进一步地，所述步骤3)中，注塑机成型加工温度为290～300℃。

本发明的第五个目的是公开了上述尼龙66复合材料在电子器件中的应用。

本发明的有益效果主要体现在如下几个方面：

1、本发明提供了一种酚酞基阻燃用成炭剂组合物，其具备耐高温、成炭性好、与尼龙66树脂基体相容性好、对基体材料的力学性能影响小等特点。

2、本发明提供了一种尼龙复合材料，通过将一定比例的酚酞基阻燃用成炭剂组合物添加到尼龙66中，实验探究发现酚酞作为成炭剂的碳源、与甲基丁基次膦酸铝阻燃剂所起作用的酸源协同作用，在尼龙66基体降解前和降解过程中均促进了尼龙66基体交联作用，在燃烧过程中有利于加速炭层的形成和稳定，且形成的致密炭层，起到隔绝外部与隔氧的作用，进而最终提高了尼龙66的阻燃性能。

附图说明

图1为酚酞的热分解曲线。

图2为阻燃剂甲基丁基次膦酸铝盐的热分解曲线。

具体实施方式

为了更好地解释本发明，以下结合具体实施例进一步阐明本发明的主要内容，但本发明的内容不仅仅局限于以下实施例。

实施例1

本实施例公开了一种尼龙66复合材料的制备方法，它包括如下步骤：

1)先将酚酞置于马弗炉中控制温度为300℃煅烧2h。

2)将质量比为11:1:3的甲基丁基次膦酸铝、酚酞、硬脂酸锌各预备料混匀，使用球磨机进行球磨30分钟，得到酚酞基阻燃用成炭剂组合物；

3)将15g步骤1)得到的酚酞基阻燃用成炭剂组合物与85g尼龙66树脂充分混合后得到混合基料；将混合基料加入到同向双螺杆挤出机中进行加工；温度为290℃，转速设置为160～220r/min。

3)将步骤2)得到的粒料通过注塑成型机进行成型加工制得复合材料，其中，注塑成型机温度为290℃。

实施例2

本实施例公开了一种尼龙66复合材料的制备方法，其与上述实施例1不同之处在于甲基丁基次膦酸铝：酚酞：硬脂酸锌＝11:2:2，其余条件均保持一致。

实施例3

本实施例公开了一种尼龙66复合材料的制备方法，其与上述实施例1不同之处在于甲基丁基次膦酸铝：酚酞：硬脂酸锌＝11:3:1，其余条件均保持一致。

实施例4

本实施例公开了一种尼龙66复合材料的制备方法，其与上述实施例1不同之处在于步骤2)中将混合基料加入到同向双螺杆挤出机中进行加工；温度为300℃；

步骤3)中，注塑成型机温度为300℃。

对比例1

将纯的尼龙66树脂用注塑成型机进行成型加工，其它与实施例1保持相同。

对比例2

称取二乙基次膦酸铝阻燃剂10g和尼龙66树脂90g，充分混合后得到混合基料。

将上述混合基料在同向双螺杆挤出机中进行挤出造粒，温度范围为290～300℃，转速设置为160～220r/min。

将上述得到的粒料在注塑成型机进行成型得到尼龙66阻燃复合材料，注塑成型机温度范围为290～300℃。

对比例3

本对比例与对比例2的不同之处在于添加二乙基次膦酸铝阻燃剂15g和尼龙66树脂85g，其余条件保持一致。

对比例4

本对比例与对比例2的不同之处在于添加二乙基次膦酸铝阻燃剂20g和尼龙66树脂80g，其余条件保持一致。

对比例5

本实施例公开了一种尼龙复合材料的制备方法，其与上述实施例3不同之处在，将酚酞基阻燃用成炭剂组合物中甲基丁基次膦酸铝阻燃剂替换为二乙基次膦酸铝阻燃剂。

对比例6

本实施例公开了一种尼龙复合材料的制备方法，其与上述实施例3不同之处在，将酚酞基阻燃用成炭剂组合物中甲基丁基次膦酸铝阻燃剂替换为二乙基次膦酸锌阻燃剂。

材料的应用与测试：

将上述实施例及对比例制得的样品采用万能试验机测试其拉伸性能(按照GB/T2568-1995进行测试，拉伸速率为5mm/min)；采用南京江宁分析仪器厂生产的CZF-3型水平垂直燃烧测试仪测试其燃烧性能(测试标准选用中国的国家标准GB/T2408)；采用南京江宁分析仪器厂生产的JF-3型氧指数仪测试其LOI值(测试标准选用中国的国家标准GB/T2406)；采用德国耐驰公司的TG209-F3型热重分析仪测试其热性能(试验气氛采用氮气气氛，载气流量为100ml/min，升温速率为20℃/min，测试范围为：40～700℃)得到表1；

表1实施例及对比例制得复合材料的性能列表

对比表1中的数据，可发现纯的尼龙66树脂的LOI仅有23％且不能通过UL-94垂直燃烧测试。单独添加二乙基次膦酸铝盐阻燃剂(对比例2、3、4)时，制备的尼龙66材料的阻燃性能有所提升，但同时其拉伸强度也降低了。无论采用二乙基次膦酸铝盐或二乙基次膦酸锌替换组合物中甲基丁基次膦酸铝，则力学性能与阻燃性能均不能好于本申请。

而添加了本发明提供的酚酞基阻燃用成炭剂组合物作为阻燃剂(实施例1、2、3)来制备的尼龙66复合材料，其阻燃性能有较大提升且整体表现优于二乙基次膦酸铝盐阻燃剂制备的尼龙66复合材料，同时对尼龙66树脂的拉伸性能的影响也较小。

本发明提供的酚酞基阻燃用成炭剂组合物引入酚酞和甲基丁基次膦酸铝盐阻燃剂配合使用，酚酞本身具有高热分解和高残炭率的特点，增加了阻燃材料在凝聚相阻燃方面的效果，该组合物具有耐高温、成炭性好、与尼龙66树脂基体相容性好、对基体材料的力学性能影响小等特点。而且该酚酞基阻燃用成炭剂组合物制备工艺简单且可工艺化制备。应用该组合物制备的尼龙66复合材料具有优异的阻燃性能和机械性能，阻燃性能可达到UL94 V-0级。故该尼龙66复合材料在电子器件领域具备较好应用前景。

结合说明书附图1可知，酚酞的初始热分解温度在320℃左右，且其在700℃时的残炭高达37％。

结合图2可知，甲基丁基次膦酸铝的初始热分解温度在350℃左右，且其在700℃时的残炭高达39％。

以上实施例仅为最佳举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。除上述实施例外，本发明还有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。