一种用于聚合物的阻燃剂组合物和其制备方法与应用以及由其组成的阻燃聚合物模塑组合物

摘要

本发明公开了一种用于聚合物的阻燃剂组合物，其中包括：A：90wt%~99.99wt%的具有式I所示结构的二烷基次膦酸盐：I其中，R1，R2相同或不同，为H、C1-C6烷基或C6-C18芳基；M为Mg、Ca、Al、Zn、Fe；m为2~3；B：0.01wt%~10wt%的正十二烷。本发明还公开了上述用于聚合物的阻燃剂混合物的制备方法与应用以及由其组成的阻燃聚合物模塑组合物。本发明制备得到的含有特定范围含量正十二烷的二烷基次膦酸盐，作为用于聚合物的阻燃剂组合物，该阻燃剂组合物应用于聚合物中，可大幅提高聚合物的灼热丝性能，阻燃聚合物模塑组合物GWIT可以满足GWIT≥800℃/0.8mm；且与聚合物相容性好，高温高湿条件下，该阻燃剂组合物不易从阻燃聚合物模塑组合物中迁移析出，大大优化了阻燃聚合物模塑组合物表面性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于聚合物的阻燃剂组合物，具体涉及一种含有正十二烷的用于聚合物的阻燃剂组合物和其制备方法与应用以及由其组成的阻燃聚合物模塑组合物。

背景技术

热塑性塑料，因其优异的电性能和加工性能广泛应用于电子电器、汽车、建筑等行业，为了满足行业的阻燃要求和环保要求，通常往热塑性塑料中加入无卤阻燃剂来满足材料的上述要求。

二烷基次膦酸盐作为一种高效无卤阻燃剂，具有堆积密度高，阻燃剂用量小，机械性能好，色泽佳，烟密度低，CTI（相比漏电起痕指数）值高的特点，广泛应用于聚酰胺、聚酯、不饱和树脂、环氧树脂、聚氨酯等热塑性和热固性塑料中。

专利DE4430932公开了一种用二烷基次膦酸与氢氧化铝或氢氧化钙制备得到二烷基次膦铝和二烷基膦磷酸钙的方法，并公开了它们在聚酯模塑组合物中作为阻燃剂的应用。

美国专利US0014875A1报道了在30%玻纤增强的聚酰胺中添加30%的二乙基次膦酸铝，0.8mm厚的样条即可满足UL94V-0阻燃级别。王玉忠等在30%GFPA6中添加25%的二丁基次膦酸铝，材料极限氧指数可达34.0。E.Gallo等在二乙基次膦酸铝中加入3%左右的纳米金属氧化物，可阻燃PBT材料的阻燃级别由V-1提高至V-0。

随着无人看管电子电器的广泛应用，为了降低火灾的风险，IEC60335-1对于无人看管的电器中使用的材料和部件提出了更高的阻燃要求。根据标准，家用电器特别是无人监管型家用电器，对额定电流超过0.2A的连接部件或位于这些连接部件3mm以内距离的电绝缘材料部件应具有优越的灼热丝特性。在此标准中，灼热丝可燃性指数（Glow-wireFlammabilityIndex，简称GWFI）应该达到850℃以上，而灼热丝引燃温度（Glow-wireIgnitionTemperature，简称GWIT）应该达到775℃以上。目前，对于具有UL94V-0级别的无卤热塑性材料很难满足GWIT大于775℃这一要求。

目前，溴系阻燃玻纤增强的PBT在厚度为0.3mm及以下和厚度为3.0mm及以上时，GWIT可以取得较理想的结果（GWIT达到750℃或775℃），但在厚度为1.0mm～2.0mm时，GWIT一般只能达到700℃或725℃。

中国专利CN101565536A中提出在阻燃增强PBT中加入高GWIT协效树脂和无机填料可以提高GWIT，但其力学性能普遍较低，限制了其应用空间。中国专利CN102250450A中采用溴系阻燃剂及热氧阻隔剂，通过合适的配比，获得了高GWIT的阻燃增强聚酯，且其力学性能与普通阻燃增强聚酯相比并无明显差别。但溴系阻燃增强聚酯材料在燃烧过程中会释放出大量有毒有害物质，无法满足当前日益严格的环保要求。

中国专利CN104072981A在以OP1312阻燃的玻纤增强聚酰胺中加入3~9份硅含量为30%~60%的锡硅酸，材料GWIT可满足GWIT>800℃/2mm，但产品冲击强度低。

为了解决上述问题，有必要开发一种可提高热塑性聚合物灼热丝性能的无卤阻燃剂，该阻燃剂需同时满足对聚合物力学性能影响小的要求。

本发明通过研究，意外的发现当在二烷基次膦酸盐加入一定量的正十二烷时，可以大幅度提高产品的阻燃性能及灼热丝性能（GWIT）。同时，惊奇的发现添加有该阻燃剂组合物的阻燃聚合物模塑组合物，表面性能优异，在高温高湿环境下该阻燃剂组合物不易从阻燃聚合物模塑组合物表面迁移析出。

技术内容

本发明的首要目的在于提供一种用于聚合物的阻燃剂组合物，该阻燃剂组合物应用于聚合物时，可以大幅度提高产品的灼热丝性能（GWIT）和表面性能。

本发明的另一目的是提供上述用于聚合物的阻燃剂组合物的制备方法。

本发明的再一目的是提供上述用于聚合物的阻燃剂组合物的用途。

本发明的再一目的是提供包含上述用于聚合物的阻燃剂组合物的阻燃聚合物模塑组合物。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种用于聚合物的阻燃剂组合物，按重量百分比计，包括：

组分A：90wt%~99.99wt%的具有式I所示结构二烷基次膦酸盐：

I

其中，R¹，R²相同或不同，为H、C1-C6烷基或C6-C18芳基；

M为Mg、Ca、Al、Zn、Fe；

m为2~3；

组分B：0.01wt%~10wt%的正十二烷。

优选地，一种用于聚合物的阻燃剂组合物，按重量百分比计，包括：

组分A：95wt%~99.95wt%的具有式I所示结构二烷基次膦酸盐：

I

其中，R¹，R²相同或不同，为H、C1-C6烷基或C6-C18芳基；

M为Mg、Ca、Al、Zn、Fe；

m为2~3；

组分B：0.05wt%~5wt%的正十二烷。

更优选地，一种用于聚合物的阻燃剂组合物，按重量百分比计，包括：

组分A：99wt%~99.9wt%的具有式I所示结构二烷基次膦酸盐：

I

其中，R¹，R²相同或不同，为H、C1-C6烷基或C6-C18芳基；

M为Mg、Ca、Al、Zn、Fe；

m为2~3；

组分B：0.1wt%~1wt%的正十二烷。

优选地，所述R¹和R²相同或不同，为乙基、丙基、丁基或环己基；所述M为Mg、Al、Zn。

优选地，所述二烷基次膦酸盐为二乙基次膦酸铝、二丙基次膦酸铝、二丁基次膦酸铝、二环己基次膦酸铝、二乙基次膦酸镁或二乙基次膦酸锌中的一种或几种；更优选为二乙基次膦酸铝。

其中，所述用于聚合物的阻燃剂组合物的粒径为2μm~50μm；优选为15μm~40μm。

其中，所述用于聚合物的阻燃剂组合物的含水率为0.01wt%~10wt%，优选为0.1wt%~1wt%。

其中，所述用于聚合物的阻燃剂组合物的堆积密度为50g/L~850g/L，优选为200g/L~650g/L。

其中，所述用于聚合物的阻燃剂组合物在水、有机溶剂或水和有机溶剂混合物中的溶解度为0.005wt%~9.99wt%。

其中，所述聚合物为聚酯、聚酰胺、聚苯醚中的一种或几种；优选为聚酯、聚酰胺中的一种或几种。

上述用于聚合物的阻燃剂组合物的制备方法，将组分A与组分B按照配比在高混机中混合均匀，得到用于聚合物的阻燃剂混合物。

上述用于聚合物的阻燃剂组合物作为阻燃剂的用途。

一种包含上述述的用于聚合物的阻燃剂组合物的阻燃聚合物模塑组合物，按重量份计，包括如下组分：包含5份~25份的用于聚合物的阻燃剂组合物，40份~75份的聚合物或其混合物；其中，用于聚合物的阻燃剂组合物包括：

组分A：90wt%~99.99wt%的具有式I所示结构二烷基次膦酸盐：

I

其中，R¹，R²相同或不同，为H、C1-C6烷基或C6-C18芳基；

M为Mg、Ca、Al、Zn、Fe；

m为2~3；

组分B：0.01wt%~10wt%的正十二烷。

优选地，所述R¹和R²相同或不同，为乙基、丙基、丁基或环己基；所述M为Mg、Al、Zn。

优选地，所述二烷基次膦酸盐为二乙基次膦酸铝、二丙基次膦酸铝、二丁基次膦酸铝、二环己基次膦酸铝、二乙基次膦酸镁或二乙基次膦酸锌中的一种或几种；更优选为二乙基次膦酸铝。

其中，所述用于聚合物的阻燃剂组合物的粒径为2μm~50μm；优选为15μm~40μm。

其中，所述聚合物为聚酯、聚酰胺、聚苯醚中的一种或几种；优选为聚酯、聚酰胺中的一种或几种。

上述阻燃聚合物模塑组合物，还包括0~30重量份的填料和0~5重量份的加工助剂。

本发明的填料是通常用来强化或填充聚合物的物质，也可使用两种或更多无机填料和/或增强剂的混合物。填料可以包括以下的一种或多种：玻璃纤维、玻璃鳞片、高岭土、粘土、滑石粉、硅灰石、碳酸钙、二氧化硅、碳纤维、钛酸钾等。

所述加工助剂可以是不干扰前述希望性质但是提高其它有益性质的额外组分，如抗氧化剂、润滑剂、脱模剂、成核剂、色剂、光稳定剂。

本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：

1）本发明制备得到的含有特定范围含量正十二烷的二烷基次膦酸盐，作为用于聚合物的阻燃剂组合物，该阻燃剂组合物应用于聚合物中，可大幅提高聚合物的灼热丝性能，阻燃聚合物模塑组合物GWIT可以满足GWIT≥800℃/0.8mm。

2）本发明制备得到的含有特定范围含量正十二烷的二烷基次膦酸盐，作为用于聚合物的阻燃剂组合物，该阻燃剂组合物应用于聚合物中，与聚合物相容性好，高温高湿条件下，该阻燃剂组合物不易从阻燃聚合物模塑组合物中迁移析出，大大优化了阻燃聚合物模塑组合物的表面性能。

3）本发明的用于聚合物的阻燃剂组合物，制备工艺简单，生产成本低，便于大规模生产。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明，以下实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受下述实施例的限制。

现对实施例和对比例中所选用的原材料做如下说明，但不限于这些材料：

PBT：PBT1100-211M（台湾长春集团）

PA66：PA66EP-158（华峰集团）

PA6：PA6M2000（广东新会美达锦纶股份有限公司）

玻璃纤维1：ECS13-4.5-534（巨石集团）

玻璃纤维2：ECS301-HP（重庆国际复合材料有限公司）；

抗氧剂：1010,（金海雅宝）抗氧剂：168（金海雅宝）

润滑剂：GLYCOLUBE-P（南京友好助剂化工有限公司）

脱模剂：硅酮母粒（DowCorning）

成核剂：沙林（DUPONT）

光稳定剂：770（CibaSpecialtyChemicals）

本发明检测阻燃剂组合物正十二烷含量的方法为GC-MS。

本发明用于阻燃剂组合物的粒径测试方法如下：

利用激光粒度仪测试分散在液相中的阻燃剂组合物的粒径分布。具体操作为：根据阻燃剂组合物的粒径大小，取0.05g~1.0g样品于烧杯中，加酒精和水的混合溶液搅拌分散，倒入激光粒度仪中，约1min后，即可测得阻燃剂组合物的粒径分布。本发明所述阻燃剂组合物的粒径大小以激光粒度仪测得的D（50）作为评价依据。

本发明所述阻燃剂组合物堆积密度测试方法参照GB20316.2-《堆积密度的测定》测定。

本发明所述阻燃剂组合物含水率的测试方法参照GBT6284-2006-《化工产品中水分测定的通用方法干燥减量法》测定。

本发明所述阻燃剂组合物溶解度的测试方法为平衡法。具体操作为：25℃，将阻燃剂组合物加入溶液中，恒温搅拌一定时间，静置后分析上层溶液的组成作为该温度下的溶解度；所述溶液是指在水、有机溶剂或水和有机溶剂混合物。

本发明所述阻燃剂组合物GWIT的测试方法参照GB/T5169.11-1997。

本发明评价阻燃聚合物模塑组合物表面性能的方法是通过测定阻燃聚合物模塑组合物制件在高温高湿环境下表面析出物的含量，具体测试方法为：注塑2mm色板，放于95℃，95%恒温恒湿箱24h后，放置于环境温度为（23±2）℃，相对湿度为45%-55%的标准实验室，调节48h后用色差仪测量色板处理前后的L值变化ΔL。ΔL越大，粉体析出越严重。

本发明中30%玻纤增强PBT模塑组合物的ΔL值为0.01~0.40。

本发明中30%玻纤增强PA66模塑组合物的ΔL值为0.50~1.00。

本发明中25%玻纤增强PA6/PA66模塑组合物的ΔL值为0.45~0.85。

本发明中非玻纤增强PA6模塑组合物的ΔL值为0.40~0.90。

燃烧性能：UL94塑料燃烧性能测试；

针对来自每种混合物的试验试样使用厚度1.5mm的试验试样测定UL94燃烧等级。以下为UL94规定的燃烧等级：

V-0：样条离开火焰后，持续燃烧时间不长于10s，5根样条共计10次点燃时的持续燃烧时间总和不超过50s，无熔滴滴落，火焰无蔓延至夹具现象，试样在点燃结束之后的余辉燃烧时间不长于30s。

V-1：样条离开火焰后，持续燃烧时间不长于30s，5根样条共计10次点燃时的持续燃烧时间总和不超过250s，试样在点燃结束之后的余辉燃烧时间不长于60s，其它标准如同V-0。

V-2：样条离开火焰后，持续燃烧过程中，出现熔滴，且熔滴会引燃脱脂棉指示物，其它标准同V-1。

不可分类（ncl）：不满足燃烧等级V-2。

组分A1的制备：

将2120.0g（20mol）次磷酸钠、1320.0g（10mol）50wt%次磷酸、27.2g（0.3%mol次磷酸根离子）1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷和3000g水，加入高压釜中，抽空，用氮气置换3次，抽空，再通过减压器充入乙烯并控制压力为2.0MPa，加热至87℃，恒温5h，加热至95℃，再5h内连续补加54.4g（0.6%mol次磷酸离子离子）1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷，升温至100℃，保温1h，冷却放空，得到二乙基次膦酸钠和二乙基次膦酸混合溶液8303.0g，相当于乙烯吸收量为1779.9g（理论量的105.95%）。

³¹P-NMR分析：

二乙基次膦酸mol含量：96.7%

乙基丁基次膦酸mol含量：1.4%

乙基次膦酸mol含量：0.9%

其他mol含量：1.0%

取二乙基次膦酸钠和二乙基次膦酸混合溶液830.3g，加入1600g水，用30%氢氧化钠溶液中和至中性，加热至90℃，1.5h内滴加由333g（0.5mol）十八水合硫酸铝和777g水配成的十八水合硫酸铝溶液，90℃保温1h，过滤，并用3000mL水洗涤3次，得到的滤饼130℃烘干至恒重，得到二乙基次膦酸铝：373.6g，得率：95.8%。

正十二烷含量：未检出。

组分A2的制备：

按对比例1的方法制得取二乙基次膦酸钠和二乙基次膦酸混合溶液，取二乙基次膦酸钠和二乙基次膦酸混合溶液830.3g，加入1600g水，用30%氢氧化钠溶液中和至中性，加热至90℃，1.5h内滴加由369.0g（1.5mol）七水合硫酸镁和861g水配成的七水合硫酸镁溶液，90℃保温1h，过滤，并用3000mL水洗涤3次，得到的滤饼130℃烘干至恒重，得到二乙基次膦酸镁：360.3g，得率：90.3%。

正十二烷含量：未检出。

组分A3的制备：

按对比例1的方法制得取二乙基次膦酸钠和二乙基次膦酸混合溶液，取二乙基次膦酸钠和二乙基次膦酸混合溶液830.3g，加入1600g水，用30%氢氧化钠溶液中和至中性，加热至90℃，1.5h内滴加由430.5g（1.5mol）七水合硫酸锌和1004.5g水配成的七水合硫酸锌溶液，90℃保温1h，过滤，并用3000mL水洗涤3次，得到的滤饼130℃烘干至恒重，得到二乙基次膦酸锌：427.3g，得率：92.2%。

正十二烷含量：未检出。

组分A4的制备：

将2120.0g（20mol）次磷酸钠、1320.0g（10mol）50%次磷酸、27.2g（0.3%mol次磷酸根离子）1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷和3000g水，加入高压釜中，抽空，用氮气置换3次，抽空，再通过减压器充入丙烯并控制压力为1.5MPa，加热至87℃，恒温6h，加热至95℃，再5h内连续补加54.4g（0.6%mol次磷酸根离子）1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷，升温至100℃，保温1h，冷却放空，得到二丙基次膦酸钠和二丙基次膦酸混合溶液9146.4g，相当于丙烯吸收量为2623.3（理论量的103.10%）。

³¹P-NMR分析：

二丙基次膦酸mol含量：95.0%

丙基次膦酸mol含量：3.2%

其他mol含量：1.8%

取二丙基次膦酸钠和二丙基次膦酸混合溶液914.6g，加入1750g水，用30%氢氧化钠溶液中和至中性，加热至90℃，在1.5h内滴加由333.0g（0.5mol）十八水合硫酸铝和777g水配成的十八水合硫酸铝溶液，90℃保温1h，过滤，并用3000mL水洗涤3次，得到的滤饼130℃烘干至恒重，得到二丙基次膦酸铝：443.7g，得率：93.6%。

正十二烷含量：未检出。

组分A5的制备：

将2120.0g（20mol）次磷酸钠、1320.0g（10mol）50%次膦酸、27.2g（0.3%mol次磷酸根离子）1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷和3000g水，加入高压釜中，抽空，用氮气置换3次，抽空，再通过减压器充入丁烯并控制压力为1.0MPa，

加热至87℃，恒温5h，加热至95℃，再5h内连续补加54.4g（0.6%mol次磷酸根离子）1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷，升温至100℃，保温1h，冷却放空，得到二丁基次膦酸钠和二丁基次膦酸混合溶液8298.1g，相当于丁烯吸收量为1775.0g（理论量的105.65%）。

³¹P-NMR分析：

二丁基次膦酸mol含量：95.4%

丁基次膦酸mol含量：2.9%

其他mol含量：1.7%

取二丁基次膦酸钠和二丁基次膦酸混合溶液829.8g，加入1600g水，用30%氢氧化钠溶液中和至中性，加热至90℃，在1.5h内滴加333.0g（0.5mol）十八水合硫酸铝和777g水配成的十八水合硫酸铝溶液，90℃保温1h，过滤，并用3000mL水洗涤3次，得到的滤饼130℃烘干至恒重，得到二丁基次膦酸铝：518.4g，得率：92.9%。

正十二烷含量：未检出。

组分A6的制备：

将2120.0g（20mol）次磷酸钠、1320.0g（10mol）50%次磷酸、5412g（66mol）环己烯、27.2g（0.3%mol次磷酸离子）1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷和3000g水，加入高压釜中，抽空，用氮气置换3次，抽空，加热至87℃，恒温5h，加热至95℃，再5h内连续补加54.4g（0.6%mol次磷酸根离子）1,1-二叔丁基过氧化-3,3,5-三甲基环己烷，升温至100℃，保温1h，冷却放空，得到二环己基次膦酸钠和二环己基次膦酸混合溶液11933.6g。

³¹P-NMR分析：

二环己基次膦酸mol含量：93.8%

环己基基次膦酸mol含量：3.4%

其他mol含量：2.8%

取二环己基次膦酸钠和二环己基次膦酸混合溶液1193.4g，加入1600g水，用30%氢氧化钠溶液中和至中性，加热至90℃，在1.5h内滴加333.0g（0.5mol）十八水合硫酸铝和777g水配成的十八水合硫酸铝溶液，90℃保温1h，过滤，并用3000mL水洗涤3次，得到的滤饼130℃烘干至恒重，得到二环己基次膦酸铝：554.1g，得率：77.6%。

正十二烷含量：未检出。

对比例1~2和实施例1~10

按表1所式的重量百分比，称取二烷基次膦酸盐和正十二烷在高混机中混合均匀，制得粒径为2μm~50μm，优选为15μm~40μm的阻燃剂组合物。

表1对比例1~2（D1-D2）及实施例1~10（B1-B10）阻燃剂组合物各组分质量百分比

实施例11~35

按表2中的重量百分比称取高聚合物、阻燃剂组合物、加工助剂在高速搅拌混料机中混合均匀后送入双螺杆挤出机中；玻璃纤维通过双螺杆挤出机的侧喂系统加入，经双螺杆挤出机熔融挤出，在水浴中冷却、造粒，即得阻燃高聚合物组合物；并测定其UL-94阻燃等级、GWIT以及色差ΔL，具体测试数据列于表2中。

表2实施例11-23中各组成的具体配比（wt%）及其测试结果

续表2实施例24-35中各组成的具体配比（wt%）及其测试结果

从上表2可知，本发明所述含有特定范围含量正十二烷的阻燃剂组合物，相比于非本发明范围内的阻燃剂组合物，所得阻燃聚合物灼热丝性能好，表面性能优异，在高温高湿条件下阻燃剂组合物不易从聚合物模塑组合物中迁移析出。