一種石煤復合型pvc阻燃劑、阻燃材料及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種石煤復合型PVC阻燃劑，是由對石煤經(jīng)過煅燒活化并研磨后所得的復配劑與三氧化二銻復配而成，經(jīng)活化處理后的石煤與三氧化二銻的質量比為1∶2～5。本發(fā)明的石煤復合型PVC阻燃材料，由石煤復合型PVC阻燃劑以及PVC樹脂、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑制備而成；所述PVC阻燃材料含有如下質量份數(shù)的組分：阻燃劑：6～11份，PVC樹脂：100份，增塑劑：30份，穩(wěn)定劑：4份，潤滑劑：0.6份。本發(fā)明阻燃劑在應用到阻燃材料中時，燃燒時發(fā)煙量、產(chǎn)生的有毒氣體或腐蝕性氣體較少，屬環(huán)境友好型產(chǎn)品；本發(fā)明阻燃劑、阻燃材料的阻燃效率高，熱穩(wěn)定性高，在應用到阻燃材料中，對材料進行加工時阻燃劑本身不會輕易分解。
【專利說明】
一種石煤復合型PVC阻燃劑、阻燃材料及其制備方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及阻燃劑技術領域，更具體的涉及一種石煤復合型PVC阻燃劑、阻燃材料 及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 目前應用于PVC的阻燃劑主要有鹵-銻協(xié)同阻燃劑、磷酸酯類阻燃劑、無機阻燃劑 等。其中，鹵-銻協(xié)同阻燃劑中的銻化合物主要是三氧化二銻，單獨使用三氧化二銻在增強 阻燃效果的同時也增加了生煙量，且價格較高。
[0003] 現(xiàn)有技術中，有人利用硼酸鋅部分替代三氧化二銻，取得了一定的阻燃消煙效果。 石西昌、Lattimer，R.P.、涂洪斌、林安良等人發(fā)現(xiàn)，無機物中過渡金屬氧化物和其它一些金 屬氧化物如氧化鋅、氧化銅、氧化亞銅、氧化鐵、五氧化二釩、二氧化鈦、氧化鈷、氧化鉬、二 氧化錳等都對PVC具有阻燃和消煙作用，主要作用表現(xiàn)為使PVC降解時較早脫離HC1，從而與 過渡金屬元素反應生成較強的路易斯酸，催化PVC的交聯(lián)成碳，減少可燃性氣體和芳香族產(chǎn) 物的揮發(fā)，降低可燃性達到阻燃消煙的目的。但是在實際生產(chǎn)中這些金屬氧化物的成本較 高。因此，找到一種既廉價又與Sb 203、氧化鋅等成分相似、具有阻燃消煙性能的新型添加劑 意義重大。
[0004] 另一方面，自然資源短缺和固體廢物污染環(huán)境的雙重壓力，威脅著人類的生存和 生活。對固體廢物的綜合利用，是節(jié)約資源、防止污染的有效途徑和最佳辦法?，F(xiàn)在，許多國 家正致力于固體廢物資源化的實踐與研究。我國固體廢物資源化程度低，一般不到20%，而 其余的80%作為廢物排放造成環(huán)境污染。因此，綜合利用固體廢物，實現(xiàn)資源化和無害化， 越來越引起人們的重視。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種石煤復合型PVC阻燃劑，旨在解決現(xiàn)有技術中單獨使 用三氧化二銻作為PVC的阻燃劑價格較高且阻燃處理后的PVC發(fā)煙量較大的問題。
[0006] 本發(fā)明的另一目的是提供一種石煤復合型PVC阻燃材料及其制備方法。
[0007] 本發(fā)明是這樣來實現(xiàn)的，一種石煤復合型PVC阻燃劑，所述阻燃劑是由對石煤經(jīng)過 煅燒活化并研磨后所得的復配劑與三氧化二銻復配而成，經(jīng)活化處理后的石煤與三氧化二 銻的質量比為1:2~5。
[0008] 本發(fā)明的特點還在于，所述復配劑是將石煤于700~800°C下煅燒4~6h時間，然后 將活化燒結料通過球磨機研磨，再用細孔篩篩出粒度小于200目的粉末。
[0009] 本發(fā)明采用的另一技術方案是，一種石煤復合型PVC阻燃材料，由權上述的石煤復 合型PVC阻燃劑以及PVC樹脂、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑制備而成;所述PVC阻燃材料含有如下 質量份數(shù)的組分:阻燃劑:6~11份，PVC樹脂：100份，增塑劑:30份，穩(wěn)定劑:4份，潤滑劑:0.6 份。
[0010] 本發(fā)明的特點還在于，所述增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯，所述潤滑劑為硬脂酸鈣， 所述穩(wěn)定劑為三鹽基硫酸鉛和二鹽基亞磷酸鉛按質量比1:1所得的混合物。
[0011] 上述石煤復合型PVC阻燃材料的制備方法，按照PVC阻燃材料的組分配比準備原 料，然后將PVC樹脂與增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、阻燃劑共混，混合均勻后，用混煉機在160Γ ~165°C下混煉10~20min，然后移入平板硫化機上在165°C~170°C，lOMPa~12MPa壓力下 熱壓5~8min，取出后自然冷卻，即得。
[0012] 相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下有益效果：
[0013] 1、本發(fā)明提供的阻燃劑在應用到阻燃材料中時，燃燒時候的發(fā)煙量、產(chǎn)生的有毒 氣體或腐蝕性氣體較少，屬于環(huán)境友好型產(chǎn)品；
[0014] 2、本發(fā)明的阻燃劑、阻燃材料的阻燃效率高，熱穩(wěn)定性高，在應用到阻燃材料中， 對材料進行加工時阻燃劑本身不會輕易分解；
[0015] 3、本發(fā)明原料來源充足、價格低廉、制造工藝簡單；
[0016] 4、本發(fā)明對石煤進行了合理利用，減輕了環(huán)境污染。
【附圖說明】
[0017] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以 根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018] 圖1為純PVC材料與石煤復合型PVC阻燃材料熱釋放速率圖；
[0019] 圖2為純PVC材料與石煤復合型PVC阻燃材料熱釋放總量圖；
[0020] 圖3為純PVC材料與石煤復合型PVC阻燃材料的一氧化碳(C0)釋放結果圖。
【具體實施方式】
[0021] 為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對 本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并 不用于限定本發(fā)明。
[0022] 首先說明的是，本發(fā)明實施例所用到的部分原料如下：
[0023] PVC樹脂 工業(yè)級 北京化工二廠 鄰苯二甲酸二辛酯(DOP) 工業(yè)級 上海東方化工廠 三鹽基硫酸鉛 工業(yè)級 北京益利精細化學品有限公司 二鹽基亞磷酸鉛 工業(yè)級 北京益利精細化學品有限公司
[0024] 硬脂酸鈣 工業(yè)級 北京益利精細化學品有限公司 三氧化二銻 工業(yè)級 北京益利精細化學品有限公司
[0025] 本發(fā)明實施例所用的試驗儀器如下：
[0026]
[0027] 實施例
[0028] 〈石煤復合型PVC阻燃劑的制造〉
[0029] 實施例1
[0030] 選取工業(yè)固廢-石煤，于800°C下煅燒4h進行活化處理，得活化燒結料，然后將所得 活化燒結料通過球磨機研磨，再用細孔篩篩出粒度小于200目的粉末，將所得粉末與三氧化 二銻按照質量比1:2混合均勻，即得本發(fā)明石煤復合型PVC阻燃劑。
[0031] 實施例2
[0032]選取工業(yè)固廢-石煤，于700°C下煅燒6h進行活化處理，得活化燒結料，然后將所得 活化燒結料通過球磨機研磨，再用細孔篩篩出粒度小于200目的粉末，將所得粉末與三氧化 二銻按照質量比1:3混合均勻，即得本發(fā)明石煤復合型PVC阻燃劑。
[0033] 實施例3
[0034]選取工業(yè)固廢-石煤，于750°C下煅燒5h進行活化處理，得活化燒結料，然后將所得 活化燒結料通過球磨機研磨，再用細孔篩篩出粒度小于200目的粉末，將所得粉末與三氧化 二銻按照質量比1:3混合均勻，即得本發(fā)明石煤復合型PVC阻燃劑。
[0035] 實施例4
[0036]選取工業(yè)固廢-石煤，于780 °C下煅燒4.5h進行活化處理，得活化燒結料，然后將所 得活化燒結料通過球磨機研磨，再用細孔篩篩出粒度小于200目的粉末，將所得粉末與三氧 化二銻按照質量比1:4混合均勻，即得本發(fā)明石煤復合型PVC阻燃劑。
[0037]〈石煤復合型PVC阻燃材料的制造〉
[0038] 實施例5
[0039] -種石煤復合型PVC阻燃材料，由實施例1所得阻燃劑以及PVC樹脂、增塑劑、穩(wěn)定 劑、潤滑劑制備而成;其中的增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯，潤滑劑為硬脂酸鈣，穩(wěn)定劑為三 鹽基硫酸鉛和二鹽基亞磷酸鉛按質量比1:1所得的混合物。
[0040] 制備方法:按照PVC阻燃材料的組分稱取如下質量份數(shù)的組分:阻燃劑：11份，PVC 樹脂：100份，增塑劑:30份，穩(wěn)定劑:4份，潤滑劑:0.6份，然后將PVC樹脂與增塑劑、穩(wěn)定劑、 潤滑劑、阻燃劑共混，混合均勻后，用混煉機在160°C下混煉20min，然后移入平板硫化機上 在165°C，12MPa壓力下熱壓6min，取出后自然冷卻，即得。所用混煉機為開放式煉塑機，型號 SK-160，由江蘇明珠試驗機械有限公司生產(chǎn)。
[0041 ] 實施例6
[0042] 一種石煤復合型PVC阻燃材料，由實施例2所得阻燃劑以及PVC樹脂、增塑劑、穩(wěn)定 劑、潤滑劑制備而成;其中的增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯，潤滑劑為硬脂酸鈣，穩(wěn)定劑為三 鹽基硫酸鉛和二鹽基亞磷酸鉛按質量比1:1所得的混合物。
[0043] 制備方法:按照PVC阻燃材料的組分稱取如下質量份數(shù)的組分:阻燃劑:6份，PVC樹 脂：100份，增塑劑:30份，穩(wěn)定劑:4份，潤滑劑:0.6份，然后將PVC樹脂與增塑劑、穩(wěn)定劑、潤 滑劑、阻燃劑共混，混合均勻后，用混煉機在165°C下混煉15min，然后移入平板硫化機上在 170°C，10MPa壓力下熱壓5min，取出后自然冷卻，即得。所用混煉機為開放式煉塑機，型號 SK-160，由江蘇明珠試驗機械有限公司生產(chǎn)。
[0044] 實施例7
[0045] -種石煤復合型PVC阻燃材料，由實施例3所得阻燃劑以及PVC樹脂、增塑劑、穩(wěn)定 劑、潤滑劑制備而成;其中的增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯，潤滑劑為硬脂酸鈣，穩(wěn)定劑為三 鹽基硫酸鉛和二鹽基亞磷酸鉛按質量比1:1所得的混合物。
[0046] 制備方法:按照PVC阻燃材料的組分稱取如下質量份數(shù)的組分:阻燃劑:8份，PVC樹 脂：100份，增塑劑:30份，穩(wěn)定劑:4份，潤滑劑:0.6份，然后將PVC樹脂與增塑劑、穩(wěn)定劑、潤 滑劑、阻燃劑共混，混合均勻后，用混煉機在165°C下混煉lOmin，然后移入平板硫化機上在 168°C，llMPa壓力下熱壓7min，取出后自然冷卻，即得。所用混煉機為開放式煉塑機，型號 SK-160，由江蘇明珠試驗機械有限公司生產(chǎn)。
[0047] 實施例8
[0048] 一種石煤復合型PVC阻燃材料，由實施例4所得阻燃劑以及PVC樹脂、增塑劑、穩(wěn)定 劑、潤滑劑制備而成;其中的增塑劑為鄰苯二甲酸二辛酯，潤滑劑為硬脂酸鈣，穩(wěn)定劑為三 鹽基硫酸鉛和二鹽基亞磷酸鉛按質量比1:1所得的混合物。
[0049] 制備方法:按照PVC阻燃材料的組分稱取如下質量份數(shù)的組分:阻燃劑:9份，PVC樹 脂：100份，增塑劑:30份，穩(wěn)定劑:4份，潤滑劑:0.6份，然后將PVC樹脂與增塑劑、穩(wěn)定劑、潤 滑劑、阻燃劑共170°C，10MPa壓力下熱壓8min，取出后自然冷卻，即得。所用混煉機為開放式 煉塑機，型號SK-160，由江蘇明珠試驗機械有限公司生產(chǎn)。
[0050] 為了對本發(fā)明制備的石煤復合型PVC阻燃材料進行性能測試，可利用萬能制樣機 制成尺寸為100mmX10mmX3mm及25mmX25mmX3mm的樣品。分別進行氧指數(shù)、煙密度、力學 性能進行考察。
[0051] 氧指數(shù)是指在氮氣和氧氣混合氣體中，維持樣品燃燒所需的最小氧氣百分數(shù)，其 數(shù)值越大，阻燃性能越好。它是評價各種材料相對燃燒性的一種方法，這一方法操作簡單， 重現(xiàn)行好，是各個國家普遍采用的一種方法。目前較新的標準是美國材料實驗學會2000年 制定的ASTMD2863-2000標準。本實驗按照這一標準進行。測試樣品尺寸為lOOmmXIOmmX 3mm 〇
[0052] 煙密度是指將實驗樣品在規(guī)定的試驗條件下發(fā)煙量的量度，它是用透過煙的光強 度衰減量來描述的。煙密度越大的材料，對火災時疏散人員和滅火越為不利。儀器由密閉試 驗箱、光度計測量系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、點火器、試驗盒、支架、測溫儀表以及煙密度測試軟件組 成；電路采用單片機開發(fā)，技術含量高、性能穩(wěn)定。此儀器適合于所有的塑料，也可適用于其 他材料的評估(如橡膠、紡織品覆蓋物、涂漆面、木材和其他材料），被塑料行業(yè)、固體材料行 業(yè)之生產(chǎn)工廠以及科研試驗單位廣泛使用。測試樣品尺寸為25_X25_X3mm。
[0053] 力學性能測試中，拉伸強度按GB1040-79標準制成標準樣條，在微機控制電子萬能 試驗機上進行拉伸實驗，拉伸速度為l〇mm/min。
[0054] 對本發(fā)明制備的石煤復合型PVC阻燃材料進行氧指數(shù)、煙密度、力學性能的測定， 同時與純PVC材料進行對比，測定結果如表1所示：
[0055] 表1純PVC與石煤復合型PVC阻燃材料力學性能及阻燃消煙性能對比
[0056]
[0058]以上結果表明，本發(fā)明的石煤復合型PVC阻燃材料的阻燃性能良好，其氧指數(shù)較純 PVC得到了顯著提高，而且能夠起到很好的抑煙作用，從其拉伸性能數(shù)據(jù)表明，本發(fā)明的石 煤復合型PVC阻燃材料不僅沒有因為三氧化二銻的加入降低拉伸強度和斷裂伸長率，反而 使材料的力學性能得到一定程度的提高。由此可見，本發(fā)明的石煤復合型PVC阻燃材料在保 證了材料具有良好力學性能的同時，獲得了較好的阻燃性能。
[0059] 錐形量熱儀CONE可模擬多種火情強度，提供多種燃燒參數(shù)，參數(shù)測定值受外界影 響小，與大型實驗結果相關性好，近年來更是廣泛使用。目前，已被廣泛用于電線電纜、塑 料、建材、航空材料及木材等領域中材料的燃燒性能測試評估，以及各種阻燃材料燃燒性能 與阻燃機理的研究。為了更好的評價本發(fā)明石煤復合型PVC阻燃材料的燃燒性和阻燃性，本 發(fā)明利用錐形量熱儀(Cone Ca 1 orimeter，簡稱CONE)來研究材料燃燒過程中的性能。具體 的可從本發(fā)明石煤復合型PVC阻燃材料在燃燒過程的熱釋放速率、熱釋放總量及C0的含量 (%)來評價。
[0060] 熱釋放速率HRR(KW/m2):指單位面積樣品釋放熱量的速率。CONE的測試可給出材 料燃燒過程中HRR隨時間變化的曲線。HRR曲線的最高點是熱釋放速率峰值pkHRR。HRR和 pkHRR越大，材料表面熱裂解加快從而加速火焰?zhèn)鞑?，則火災危險性越大。
[0061 ]熱釋放總量THR(MJ/m2):是樣品從開始燃燒到結束試驗單位面積材料所釋放的熱 量，THR越大，火災危險性越大。
[0062] C0的含量（％ ):是試樣燃燒所產(chǎn)生氣體中C0的含量，反映生成煙氣毒性的大小。
[0063] 本發(fā)明利用錐形量熱儀CONE來從不同角度研究本發(fā)明石煤復合型PVC阻燃材料及 純PVC材料材料燃燒過程中的燃燒性和阻燃性。具體的，對本發(fā)明石煤復合型PVC阻燃材料 及純PVC材料在燃燒過程的熱釋放速率、熱釋放總量及C0的含量（％)進行測定，本發(fā)明石煤 復合型PVC阻燃材料及純PVC材料的熱釋放速率實驗結果如圖1所示，本發(fā)明石煤復合型PVC 阻燃材料及純PVC材料的熱釋放總量實驗結果圖2所示，本發(fā)明石煤復合型PVC阻燃材料及 純PVC材料的燃燒過程中C0的含量（％ )測定結果如圖3所示。
[0064] 從圖1和圖2可以看出，本發(fā)明的石煤復合型PVC阻燃材料相對于純PVC材料，使得 材料的熱釋放速率及熱釋放總量大大降低，有效的降低了 PVC引起火災的危險性。而且從圖 1可以看出，本發(fā)明石煤復合型PVC阻燃材料的熱釋放峰值出現(xiàn)時間較純PVC發(fā)生很大程度 的后移，放熱峰出現(xiàn)時間延長有利于材料燃燒時的熱擴散，抑制溫度的升高，降低熱解速 度，從而減緩材料的燃燒，是阻燃的又一重要因素。從圖3可以看出，燃燒過程中，本發(fā)明石 煤復合型PVC阻燃材料的C0含量要遠低于純PVC材料，說明本發(fā)明石煤復合型PVC阻燃材料 可使燃燒過程中C0在煙氣中的比例較純PVC材料降低，從而使煙氣的毒性大幅降低。
[0065] 綜上所述，本發(fā)明不僅能取得良好的阻燃消煙效果，而且降低了阻燃劑的成本，同 時也為石煤的綜合利用開辟了一個新的領域。
[0066] 盡管已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，但本領域內的技術人員一旦得知了基本創(chuàng)造 性概念，則可對這些實施例作出另外的變更和修改。所以，所附權利要求意欲解釋為包括優(yōu) 選實施例以及落入本發(fā)明范圍的所有變更和修改。
[0067] 顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍 之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
【主權項】
1. 一種石煤復合型PVC阻燃劑，其特征在于，所述阻燃劑是由對石煤經(jīng)過煅燒活化并研 磨后所得的復配劑與三氧化二銻復配而成，經(jīng)活化處理后的石煤與三氧化二銻的質量比為 1:2 ~5〇2. 如權利要求1所述的一種石煤復合型PVC阻燃劑，其特征在于，所述復配劑是將石煤 于700~800°C下煅燒4~6h，然后將活化燒結料通過球磨機研磨，再用細孔篩篩出粒度小于 200目的粉末。3. -種石煤復合型PVC阻燃材料，其特征在于，由權利要求1所述的阻燃劑以及PVC樹 月旨、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑制備而成;所述PVC阻燃材料含有如下質量份數(shù)的組分:阻燃劑： 6~11份，PVC樹脂:100份，增塑劑:30份，穩(wěn)定劑:4份，潤滑劑:0.6份。4. 如權利要求3所述的一種石煤復合型PVC阻燃材料，其特征在于，所述增塑劑為鄰苯 二甲酸二辛酯，所述潤滑劑為硬脂酸鈣，所述穩(wěn)定劑為三鹽基硫酸鉛和二鹽基亞磷酸鉛按 質量比1:1所得的混合物。5. 如權利要求3或4所述的石煤復合型PVC阻燃材料的制備方法，其特征在于，按照PVC 阻燃材料的組分配比準備原料，然后將PVC樹脂與增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、阻燃劑共混，混 合均勻后，用混煉機在160 °C~165 °C下混煉10~20min，然后移入平板硫化機上在165°C~ 170°C，10MPa~12MPa壓力下熱壓5~8min，取出后自然冷卻，即得。
【文檔編號】C08L27/06GK106009362SQ201610310871
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月5日
【發(fā)明人】高明, 程根銀, 王玉懷
【申請人】華北科技學院