专利名称：抑烟阻燃组合物的制作方法
技术领域：
本发明是关于一种抑烟阻燃组合物，尤指一种添加于聚氯乙烯(PVC,polyvinyl chloride)并可有效抑制聚氯乙烯燃烧时的发烟量、提高耐燃特性的抑烟阻燃组合物。
聚氯乙烯为一种人工合成热塑性聚合物，具有高延展性、极大的宽容塑性(Commodity thermoplastics)加工良好、介电性、耐潮耐候、本身具难燃特性、价格便宜…等优点。故应用的范围极广，上至电线电缆的绝缘包覆、下至水管、家具人造皮、门、窗、发泡隔间墙、雨衣、玩具、地板、合成纸…等，皆有它的应用。
然而，由于聚氯乙烯含氯量高达56％以上，燃烧时会释放出高浓度的有毒浓烟，于火灭发生时，不但阻碍了逃生者的视线，有毒气体更是直接致人于死。其次聚氯乙烯本身虽具有难燃性，但用它来生产发泡材、电线电缆或是沙发胶皮…等，生产厂家为了满足应用及加工的需求，常需添加增塑剂、稳定剂或发泡剂等助剂，使得聚氯乙烯材料失去固有的难燃特性而变得可燃，且最特别的是，燃烧时产生大量的有毒浓烟。
目前国内、外有关学者、专家对于解决上述聚氯乙烯燃烧时所产生的问题，采用多种方法。例如莫尔(Moore F.W.1991,Journal of VinylTechnology,13(3),Sep.)提出将硼酸锌与共添加剂(如磷酸酯、溴化酸酯)掺混入聚氯乙烯材料中，以达到抑降聚氯乙烯燃烧时的发烟量并提高阻燃性；麦马雷尔(McMurrer,M.,1991,9,Plastics Compounding)提出应用硼酸锌与钼酸铵共同混练添加到聚氯乙烯中，有效降低发烟达50％；卡蒂(Carty,P.1995,8(4),Engineering Plastics,)论及锡酸盐、盐基性氧化铁及钼酸铵可有效抑制聚氯乙烯材料燃烧时的发烟量；贝戈莱等(R.G.Baggaley 1997,Vol.21,Fire and Materials)利用羟基锡盐及氢氧化铝与氢氧化镁作为聚氯乙烯材料的抑烟剂并提升其限氧指数(LOI)达45.8。另在各国专利方面，如劳生(1976,US 3957723,Lawson)提出以Al(OH)3与ZnO相辅相成以抑降聚氯乙烯燃烧时的发烟量；Uniroyal公司(1984,US 4464502)则发表以ZnO与MgO相乘功效，以抑制聚氯乙烯燃烧时的发烟量；日本专利(1997 JP 9-227747)以磷化合物及膨胀石墨作为聚氯乙烯材料的阻燃抑烟剂；美国专利(1997,US 5906679)，日产化学以ZnO/Sb2O5互熔体加入聚氯乙烯材料中，达到抑烟效果；最近，阿尔坎公司(1999年US 5891571,Alcan Inc.)利用八钼酸铵、锡酸锌与三氧化二锑混练加入聚氯乙烯中，以有效抑制聚氯乙烯的发烟量。
综观上述各种聚氯乙烯抑烟、阻燃配方组成，我们可发现(1)添加Al(OH)3、Mg(OH)2等无机水合物，需大量添加(一般添加量为50-150phr,phr=每百份树脂或橡胶中的份数)才能显现出抑烟、防火功能。如此大量的添加，不仅增加制造过程的困难度，且聚氯乙烯性能易受破坏，往往无法满足商业上的需求。
(2)添加硼酸锌系，减降烟量效果有限，且防火效果不佳。
(3)添加锡酸盐、钼酸铵等无机物价格昂贵，若添加量少则抑烟效果不明显，若添加量＞5phr则抑烟功能并不等量递增(最大约为50％减降量)。
(4)添加氧化锌/氧化锑系，会提升聚氯乙烯的难燃性，但无法有效抑降发烟量，且会有燃烧时排放锑酸气的问题。
(5)添加磷酸盐与膨胀石墨系，防火功能明显，但发烟量的减降有限。
(6)以羟基锡盐被覆氢氧化铝或氢氧化镁，抑烟效果尚佳，但防火性需添加40phr以上才有显著效果。
综合以上，先前技术的缺点或为添加量大，影响性能；或为价格昂贵、抑烟效果小于50％，不能满足商业化的需求。
因此，极需研制一种新型抑烟的阻燃组成物，其能添加于聚氯乙烯材料内以达到抑烟且高阻燃性的目的，且可在少量添加(3-25phr)即可达到抑制聚氯乙烯燃烧发烟量50％以上的效果。
本发明人基于上述原因，本着积极发明的精神，构思一种可以解决上述问题的“抑烟阻燃组合物”，几经研究实验终完成了这项发明。
本发明的主要目的是提供一种抑烟阻燃组合物，能有效抑制聚氯乙烯材料燃烧时的发烟量，并提升聚氯乙烯材料的限氧指数(Limit OxygenIndex)。
本发明的抑烟阻燃组合物包括(A)锡盐粉末及钼盐粉末混合物的主体粉末，以及(B)锡氧化物粉末或铝氢氧化物粉末或锌硼氧化物粉末或锑氧化物粉末或其任何两种以上的混合物的辅体粉末。
由于本发明组成新颖，能提供产业上利用，且确有增进功效，故依法申请发明专利。
较佳具体实施例的详细说明本发明的阻燃抑烟组合物是包括(A)锡盐粉末及钼盐粉末混合物的主体粉末，以及(B)锡氧化物粉末或铝氢氧化物粉末或锌硼氧化物粉末或锑氧化物粉末或其任何两种以上的混合物的辅体粉末。其中(A)主体粉末及(B)辅体粉末的含量比可为1∶1-5(重量比)较佳可为1∶2.5-3.5(重量比)。本发明(A)主体粉末中的锡盐及钼盐之比率较佳为1∶0.2-5.0。本发明的阻燃抑烟组合物主体粉末中的锡盐较佳为锡酸钠、锡酸锌、锡酸镁或其任何两种以上锡盐的混合物。而本发明的阻燃抑烟组合物主体粉末中的钼盐，较佳可为三氧化钼、钼酸锌、钼酸铵或其任何两种以上钼盐的混合物。本发明的主体粉末平均粒径较佳为0.1至50μm。而本发明抑烟阻燃组合物中的锡盐含量较佳为含5％至20％，其锡盐平均粒径较佳为0.1至50μm，最佳为0.1至5μm。本发明抑烟阻燃组合物中的钼盐含量较佳为含2％至20％，其钼盐粉末平均粒径较佳为0.1至50μm，量佳为0.1至5μm。本发明抑烟阻燃组合物的辅体粉末若为锡氧化物，则较佳为SnO2、SnO或其混合物，最佳平均粒径为小于6μm的SnO2。本发明抑烟阻燃组合物的辅体粉末若为锑氧化物，则较佳为Sb2O3、Sb2O5或其混合物，最佳平均粒径为小于5μm的Sb2O5粉末。本发明抑烟阻燃组合物的辅体粉末若为锌氧化物，则较佳平均粒径为小于5μm的ZnO粉末。本发明抑烟阻燃组合物的辅体粉末若为铝氢氧化物，则较佳平均粒径为小于3μm的Al(OH)3粉末。本发明抑烟阻燃组合物的辅体粉末若为锌硼氧化物，则较佳平均粒径为小于2μm的含水硼酸锌粉末。
本发明的抑烟阻燃组合物是用以添加入到聚氯乙烯材料中，以使添加后的聚氯乙烯材料达到抑烟高阻燃性的效果。本发明的抑烟组合物加入聚氯乙烯中的用量，是以3至35phr的添加量加入纯聚氯乙烯材料(含软硬质)，其可有效抑制聚氯乙烯材料燃烧时的发烟量并提升其阻燃性。而加入到聚氯乙烯中的用量，较佳为5至25phr添加量加入到纯聚氯乙烯材料中(含软硬质)。
为能使本技术领域的人员更了解本发明的技术内容，特举较佳具体将各实施例制得的软、硬质聚氯乙烯材料都先以限氧指数(LOI)测量仪测量各种聚氯乙烯试样的LOI值，再以锥型量热计(ConeCalorimeter)或NBS测量各项的总发烟量(TSR,Total Smoke Release)。
实施例1(不含无机填充料的软质聚氯乙烯)将聚氯乙烯、邻苯二甲酸二辛酯(DOP增塑剂)、氧化蜡、稳定剂、加工助剂(如Ingawax)及抑烟阻燃剂(A-F)*依照如表一的成分用量重量比，利用捏合机及热压机将其均匀混合并压制成几种不同组成的抑烟聚氯乙烯组成物试件。
表一
*A-F的成分说明参见表二不含无机填充料的软质聚氯乙烯的限氧指数及总发烟量值如表二所示
表二
实施例2(含无机填充料的聚氯乙烯)将聚氯乙烯、邻苯二甲酸二辛酯(增塑剂)、氯化蜡、Ba/Zn稳定剂、加工助剂(如Ingawax)及抑烟、阻燃剂(G-K)*及CaCO3依照如表三的成分用量重量比，利用捏合机及热压机将其均匀混合并压制成几种不同组成的抑烟聚氯乙烯组成物试件。
表三
*G-K的成分说明参见表四表四
实施例3将聚氯乙烯、耐冲击改良剂、硬酯酸钙、环氧化大豆油、锡系稳定剂及不同比例的抑烟阻燃剂，利用捏合机及热压机将具均匀混合并压制成几种不同组成的抑烟聚氯乙烯组成物试件。
表五
其中抑烟、阻燃剂为Sn2O3+Al(OH)3+SnO2+MoO3+Na2SnO3其五者间的重量比为Sb2O3∶Al(OH)3∶SnO2∶MoO3∶Na2SnO3=8∶3∶4∶3∶2
表六
由表二、表四及表六中可知，本发明各实施例的组成的抑烟阻燃组合物，经测试后，限氧指数均明显提升且总发烟量大幅下降。
综上所述，本发明无论就目的、手段及功效，在各方面显示其完全不同于习知技术的特征，为“抑烟阻燃组合物”的一大突破。惟应注意的是，上述诸多实施例仅为了便于说明而举例，本发明所主张的权利要求范围自应以申请的权利要求范围所述为准。而非仅限于上述实施例。
权利要求
1．一种抑烟阻燃组合物，其特征在于包含有(A)1重量份的锡盐粉末及钼盐粉末混合物的主体粉末，以及(B)1至5重量份的至少一种选自由锡氧化物粉末、铝氢氧化物粉末、锌硼氧化物粉末及锑氧化物粉末所组成的群组的辅体粉末。
2．如权利要求1所述的抑烟阻燃组合物，其特征在于其中主体粉末与辅体粉末的重量比例为1∶2.5-3.5。
3．如权利要求1所述的抑烟阻燃组合物，其特征在于包含有5％至20％重量份的锡盐，其中锡盐为至少一种选自由锡酸钠、锡酸锌及锡酸镁组成的群组。
4．如权利要求1所述的抑烟阻燃组合物，其特征在于包含有2％至20％重量份的钼盐，其中钼盐为至少一种选自由三氧化钼、钼酸锌及钼酸铵组成的群组。
5．如权利要求1所述的抑烟阻燃组合物，其特征在于其中主体粉末的平均粒径介于0.1μm至50μm之间。
6．如权利要求1所述的抑烟阻燃组合物，其特征在于其中锡氧化物为至少一种选自由SnO2及SnO组成的群组，且平均粒径小于6μm。
7．如权利要求1所述的抑烟阻燃组合物，其特征在于其中锑氧化物为至少一种选自由Sb2O3及Sb2O5组成的群组，且平均粒径小于5μm。
8．如权利要求1所述的抑烟阻燃组合物，其特征在于其中锌氧化物为ZnO，且平均粒径小于5μm。
9．如权利要求1所述的抑烟阻燃组合物，其特征在于其中锌硼氧化物为含水硼酸锌，且平均粒径小于2μm。
10．如权利要求1所述的抑烟阻燃组合物，其特征在于其中铝氢氧化物为Al(OH)3，且平均粒径小于3μm。
11．如权利要求1所述的抑烟阻燃组合物，其特征在于其用量是以3至35phr的添加量添加至聚氯乙烯材料中。
12．如权利要求11所述的抑烟阻燃组合物，其特征在于其添加至聚氯乙烯中的添加量为5至25phr。
全文摘要
在聚氯乙烯材料中,掺混入锡、钼、锑、铝、锌、硼等盐类或其氧化物形成的组合物,可大幅抑降该材料在燃烧时的发烟量。其中,组合物是以锡盐(尤指锡酸钠或锡酸锌或锡酸镁)加上钼盐(尤指三氧化钼或钼酸铵或钼酸锌)的混合粉末为主体,辅以锡氧化物、铝氢氧化物、锑氧化物、锌氧化物或锌硼氧化物等一种或多种最具抑烟功效;锡盐加上钼盐的混合重量与锡氧化物或锑氧化物或铝氢氧化物等一种或多种混合的重量,其比例为1∶2.5－3.5时,具有最佳抑烟阻燃功效。
文档编号C08K3/22GK1307071SQ00100709
公开日2001年8月8日 申请日期2000年2月1日 优先权日2000年2月1日
发明者周宪聪, 陶弘辉 申请人:国碳科技股份有限公司