无卤素液态阻燃剂、粉状阻燃剂及其制造方法和阻燃性发泡体的制造方法

摘要

本发明是有关无卤素的液态阻燃剂、粉末阻燃剂及其制造方法和采用这些阻燃剂制造阻燃性发泡体的制造方法。粉末阻燃剂硫酸铵、硼酸、钨华酸钠、季戊四醇、双氰铵、丙撑二醇所构成，液态阻燃剂在粉末阻燃剂的基础上加水溶解即可。制造阻燃性发泡体时，将粉末状阻燃剂在发泡前加入发泡体材料中，经充分混合后使之发泡即可。或采用在粉末状阻燃剂的水溶液重浸渍的方法。

说明书

技术领域

本发明是有关无卤素的液态阻燃剂、粉末阻燃剂及其制造方法和采用这些阻燃剂制造阻燃性发泡体的制造方法。

背景技术

以前，在工业材料领域中尿烷发泡体被广泛应用，例如在隔热材料、车辆座椅，家具等方面广泛的领域。但是，由于尿烷等发泡体的阻燃性较差，发生燃烧或者由于燃烧而产生火星滴落时就会造成其他材料延烧的情况。

以前，要对尿烷等发泡材料的阻燃化是较为困难的，即使说是做到了阻燃化，其实只能做到一部分，例如汽车座椅的椅套下面就采用尿烷发泡体，当香烟头落到座椅上，这时，即使椅套是阻燃性的，但是由于香烟头的热量而慢慢地烧出一个洞时，就会与底下的尿烷发泡体接触而造成火灾，在延烧时则又会发生有毒气体，有不少引起造成环境问题的产生二恶英的情况。

在建筑材料及家电产品中也有不少使用隔热性能较好的发泡尿烷材料，从节能效果的观点来看，也是希望在这些产品上使用阻燃性发泡材料。现在，虽然已经生产着一种明火离开后在短时间内可停止燃烧或者冒烟，自我消化性的发泡体，但是其缺点是碰到火以后容易熔融或收缩，或是陷没或是开口，更有甚者还会产生毒气，所以上述的这些特性远远不能满足现实的要求，迫切需要开发一种具有更好的阻燃性的发泡材料。

到目前为止，我们所知道的对材料赋予阻燃性的方法只是将物品在阻燃液中浸渍，但是这个方法是需要将物品成形然后再浸渍的分别进行的工序，制作也显得较为麻烦和复杂。因此，希望能有一种既无毒性且可简单地调配而成的具有阻燃性的发泡体。

发明内容

为了达到上述发明目的通过含有特定成分的粉剂状阻燃剂，来达到完成上述标题所示课题的发明。

本发明的一个目的是提供一种阻燃性好、无毒性且可简单调配而有效的粉末状的阻燃剂。

本发明的另一目的是提供一种由上述粉末状的阻燃剂配制的液态阻燃剂。

本发明还有一目的是提供上述粉末状的阻燃剂和液态阻燃剂的制造方法。

本发明再有一目的是提供上述粉末状的阻燃剂和液态阻燃剂来制造阻燃性发泡体的制造方法。

粉末状阻燃剂，由硫酸铵、硼酸、钨华酸钠、季戊四醇、双氰铵、丙撑二醇所构成，其中硫酸铵、硼酸、钨华酸钠、季戊四醇、双氰铵、丙撑二醇之间的质量比为100∶20～40∶20～40∶20～40∶10～20∶0.1～0.5，其中不含氯化铵及磷酸铵。

上述硫酸铵、硼酸、钨华酸钠、季戊四醇、双氰铵、丙撑二醇之间的质量比较为理想为100∶25～35∶25～30∶25～30∶15～20∶0.2～05。

液态阻燃剂，由硫酸铵、硼酸、钨华酸钠、季戊四醇、双氰铵、丙撑二醇、水所构成，其中硫酸铵1.0～30.0wt％，硼酸1.0～20.0wt％，钨华酸钠1.0～10.0wt％，季戊四醇0.5～10.wt％，双氰氨0.5～10.0wt％，丙撑二醇0.01～0.1wt％，水19.9～95.99wt％，不含氯化铵及磷酸铵。

上述液态阻燃剂优选配比为：硫酸铵2.0～25.0wt％，硼酸5.0～15.0wt％，钨华酸钠0.8～8.0wt％，季戊四醇0.7～9.0wt％，双氰氨0.5～6.0wt％，丙撑二醇0.05～0.1wt％，水36.9～90.95wt％。

粉末状阻燃剂的制造方法是将硫酸铵、硼酸、钨华酸钠、季戊四醇、双氰铵、丙撑二醇均匀混合即可。

其粉末状阻燃剂的制造方法也可以是将硫酸铵、硼酸、钨华酸钠、季戊四醇、双氰铵、丙撑二醇均匀混合后，按水与粉末状阻燃剂之间的质量比100∶0.5～40进行混合，使粉末状阻燃剂完全溶解于水中，在85℃以下的温度下通过干燥机进行加热粉末状阻燃剂。水与粉末状阻燃剂之间的较为理想的质量比100∶10～35。  干燥机较为理想的是采用喷射干燥机，进口温度保持在200℃～230℃，出口温度为100℃～150℃，这时粉末的粒径为0.3～20μm。粉末的粒径较为理想的则为0.3～10μm。

液态阻燃剂的制造方法是将硫酸铵、硼酸、钨华酸钠、季戊四醇、双氰铵、丙撑二醇直接溶于水中即可。较为理想是将硫酸铵在0℃～45℃的水中搅拌、混合使之溶解，然后在45℃～55℃的热水中混入季戊四醇，在55℃～60℃的热水中混入双氰氨，再在加热到60℃～70℃时混入钨华酸钠，当加热到70℃～80℃时混入硼酸后进行充分的搅拌；当溶液的温度下降到35℃～45℃时，加入丙撑二醇后进行搅拌。

使用本发明的粉末状阻燃剂制造阻燃性发泡体时，将粉末状阻燃剂在发泡前加入发泡体材料中，经充分混合后使之发泡即可。较为理想的是将粉末状阻燃剂与主剂配合。

上述发泡体材料为尿烷发泡体材料，粉末状阻燃剂为尿烷发泡体材料的整体质量的2～60wt％，较为理想的是以5～30wt％的量与发泡体材料混合。

本发明的阻燃性发泡体的制作方法也可采用在粉末状阻燃剂的水溶液重浸渍的方法。这个方法是将现将粉末状阻燃剂溶解于水，对粉末状阻燃剂的水溶液进行调配，这个方法是将已经成形的发泡体在阻燃剂水溶液中进行浸渍，然后再使之干燥的方法来制作阻燃性发泡体。

本发明的阻燃性发泡体的制作方法也可采用在将调配后任意的发泡体浸渍在水溶液中时，要用手指进行压缩使之吸收，反复几次直至阻燃剂的液体到达发泡体的中心部位；然后再使之干燥就可获得阻燃性发泡体。

具体实施方式

以下，对本发明作更详细的说明。

本发明的粉末状阻燃剂的阻燃成分是由硫酸铵、硼酸、钨华酸钠、季戊四醇、双氰铵、丙撑二醇等所构成。

硫酸铵在常温下为白色结晶，具有易溶于水的特性。硼酸也是在常温下为白色结晶，具有易溶于水的特性。钨华酸钠在常温下为白色结晶，具有易溶于水的特性。季戊四醇在常温下为无色结晶，具有易溶于水的特性。丙撑二醇在常温下为无色粘性液体。

本发明的粉末状阻燃剂相对于硫酸铵100wt而言，含有硼酸20～40wt，较为理想的是25～35wt，钨华酸钠20～40wt、较为理想的是25～30wt，季戊四醇20～40wt，较为理想的是25～30wt，双氰铵10～20wt，较为理想的是15～20wt，丙撑二醇0.1～0.5wt，较为理想的是0.2～05wt的配比所构成，其中不含氯化铵及磷酸铵。

本发明的粉末状阻燃剂稍微有点黄色。但是，丙撑二醇微粘性液体，将它混合后也可成为粉末状阻燃剂是因为丙撑二醇的添加量极少，因此粘附在其他的阻燃性成分的结晶上然后粘附在模具上，因而能够使之维持粉的状态。本发明的粉末状阻燃剂在其各阻燃剂成分范围内，可获得可靠的阻燃性。

本发明的粉末状阻燃剂是采用工业上经常使用的、市场上可购买到的仅由6种成分所构成，并且，将这些成分进行分别混合就可进行调配，所以能够降低其制造成本。

将本发明的粉末状阻燃剂溶解在水中就可制造阻燃性水溶液，让这个水溶液的水分蒸发，然后使之干燥，就可将本发明的6种成分均匀地混合，这样就可得到固态的阻燃剂。可将粉末状阻燃剂以0.5～40wt％较为理想的是溶解浓度为10～35wt％，但也没有特别的限定。关于蒸发或者干燥则在85℃以下的温度下通过干燥机进行加热后，可以迅速地得到固态的阻燃剂。较为理想的是采用喷射干燥机，进口温度保持在200℃～230℃，出口温度为100℃～150℃，这时粉末的粒径为0.3～20μm，较为理想的则为0.3～10μm。

本发明的液态阻燃剂的硫酸铵1.0～30.0wt％。理想状态为2.0～25.0wt％，硼酸1.0～20.0wt％，理想状态为5.0～15.0wt％，钨华酸钠1.0～10.0wt％，理想状态为0.8～8.0wt％，季戊四醇0.5～10.wt％，理想状态为0.7～9.0wt％，双氰氨0.5～10.0wt％，理想状态为0.5～6.0wt％，丙撑二醇0.01～0.1wt％，理想状态为0.05～0.1wt％及水19.9～95.99wt％，理想状态为36.9～90.95wt％等构成。不含氯化铵及磷酸铵。

可将液态阻燃剂的6种成分直接溶解于水，如果按照下述顺序进行调配的话，可获得更高效的阻燃剂水溶液。首先，将硫酸铵在0℃～45℃的水中搅拌、混合使之溶解，然后在45℃～55℃的热水中混入季戊四醇，在55℃～60℃的热水中混入双氰氨，再在加热到60℃～70℃时混入钨华酸钠，当加热到70℃～80℃时混入硼酸后进行充分的搅拌。当溶液的温度下降到35℃～45℃时，加入丙撑二醇后进行搅拌。在进行混合时不需要任何特别的器具，液态阻燃剂的调配非常简单。

液态阻燃剂可直接使用原液，也可以加入2～20倍的蒸馏水进行稀释，根据需要进行调配。

本发明的阻燃性发泡体的制作方法中所使用的发泡体采用的是尿烷或者尿烷以外的塑料发泡体，例如热塑性塑料、热塑性塑料的发泡体等，没有特别的限制。尿烷发泡体从其材料成本，一般作为主剂的多元醇与硬化剂聚异氰盐酸与水或发泡助剂、催化剂混合后就会引起尿烷生成反应或随着发热产生发泡反应等，使之发泡让它成为所需的形状时，可将它注入模具等使之成形。作为多元醇可以例举如聚丙烯二醇、聚乙烯乙二醇、聚乙烯己二酸酯、聚丙烯己二酸酯等。作为聚乙烯己二酸酯可例举TDI，4，4′二苯甲烷异氰酸盐、1，6环己烷二己氰酸盐、IPDI等。尿烷发泡体中1个分子中有2个以上的氢基(-OH基等)的多元醇与1个分子中有2个以上异氰酸盐基(-NCO基等)的多元醇为主原料，因此活性氢基与异氰酸盐基的数量的比率为0.5～1.5，理想的比率为0.8～1.2，以此比率配合即可。成形方法为喷射发泡、注塑成形、层压加工成形等，可在现场一体化加工为产品。

热塑性塑料发泡体的制作方法一般是将聚乙烯或聚苯乙烯、聚氯乙稀等热可塑性塑料进行加热熔融，加入架桥基和硬化剂、可塑剂等之后，调整粘度，使之发泡后进行制造。发泡是采用惰性气体(CO₂或N₂)、分解性发泡剂(4，4-オキシビスBSH或偶氮二酰胺等)、挥发性有机液体(丙烷或丁烷等)，在加压的情况下浸渍在塑料的原料里使之吸收的方法。

热塑性塑料发泡体是使酚醛树脂、尿素树脂、密胺树脂等呈低粘度液态，通过重、缩合后边使之增粘，使之达到适当的粘度，然后将上述的挥发性有机液体作为原料使之溶解发生气体，再将气泡剂与水一起作为原料混合搅拌使之发生气体，使之发泡，使之硬化。

使用本发明的粉末状阻燃剂制造阻燃性发泡体时，将粉末状阻燃剂在发泡前加入发泡体材料中，经充分混合后使之发泡即可。较为理想的是将粉末状阻燃剂与主剂配合。

例如，将市场上有售的聚醚多元醇与作为硬化剂使用的4，4  ′二苯甲烷异氰酸盐，在主剂里添加粉末状阻燃剂后进行搅拌，之后添加硬化剂搅拌后注入模具即可。粉末状添加剂的添加量无特别限定。根据适用的发泡材料，综合考虑阻燃性与发泡体的硬度和缓冲特性，变化添加量即可。例如在使用上述材料时，根据尿烷发泡体材料的整体质量为2～60wt％，较为理想的是以5～30wt％的量与发泡体材料混合。粉末状阻燃剂含量越多，尿烷发泡体越容易硬化，因此在这个范围内调配的话就可获得阻燃性与适当的硬度和缓冲性。本发明的阻燃性发泡体不仅有优良的阻燃性，而且不需要另外再加浸渍等工序，也不需要特别的装置即可通过简单的操作进行调配。因此，只要在现场对发泡材料添加粉末状阻燃剂，使之发泡产生化学反应，直接在实施部位使之成形、硬化，就可达到本发明的阻燃性发泡体的调配。

另一方面，本发明的阻燃性发泡体的制作方法也可采用在粉末状阻燃剂的水溶液重浸渍的方法。这个方法是将现将粉末状阻燃剂溶解于水，对粉末状阻燃剂的水溶液进行调配，这个方法是将已经成形的发泡体在阻燃剂水溶液中进行浸渍，然后再使之干燥的方法来制作阻燃性发泡体。

粉末状阻燃剂的水溶液的较为适当的调制方法是根据粉末状阻燃剂水溶液整体的质量以0.1～40wt％，较为理想的是5～30wt％的量溶解于40℃～60℃的热水中。本发明的粉末状的阻燃剂也可直接溶解于水，可通过与本发明的粉末状阻燃剂相同的调制顺序，将药剂投入后稀释、调配。

另外，在将调配后任意的发泡体浸渍在水溶液中时，要用手指进行压缩使之吸收，反复几次直至阻燃剂的液体到达发泡体的中心部位。然后再使之干燥就可获得阻燃性发泡体。即使使用本发明的液态阻燃剂，用相同的方法也可以制作阻燃性发泡体。

作为粉末状阻燃剂的原料的水溶液，可通过后加工对各种材料赋予阻燃性。例如木材等建筑材料、纸或布等纤维制品、其他合成材料等只要通过浸渍就可制成无毒性的阻燃性材料。使用本发明的液态阻燃剂，采用同样的方法可制造阻燃性材料。

这样，既可不需特别的器具而简单地进行操作，对现成的发泡体赋予阻燃性，因此再建筑现场或制造现场就可制造并使用具有优良的阻燃性的发泡体及木材、纤维、纸等各种建筑材料、电气产品等赋予无卤素毒性的商品，非常方便。

化学方程式

硫酸铵      (NH₄)₂SO₄

硼酸        Na₂(B₄O₅(OH)₄)·8H₂O

钨华酸钠    Na₂WO₄·2H₂O

季戊四醇    C(CH₂OH)4

双氰氨      C2H4N4

丙撑二醇    C3H8O2