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无卤阻燃防霉尼龙材料及其制备方法和应用

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     1.一种无卤阻燃防霉尼龙材料,包括尼龙基体树脂、防霉剂、阻燃剂以及可以选择使用...

  

无卤阻燃防霉尼龙材料及其制备方法和应用

  1.一种无卤阻燃防霉尼龙材料,包括尼龙基体树脂、防霉剂、阻燃剂以及可以选择使用

  或不使用的助剂,其特征在于:所述防霉剂为ZIF‑8,并且所述无卤阻燃防霉尼龙材料中

  2.根据权利要求1所述的无卤阻燃防霉尼龙材料,其特征在于:所述无卤阻燃防霉尼龙

  3.根据权利要求1所述的无卤阻燃防霉尼龙材料,其特征在于:所述阻燃剂包括三聚氰

  4.根据权利要求1所述的无卤阻燃防霉尼龙材料,其特征在于,所述ZIF‑8是通过将锌

  5.根据权利要求1所述的无卤阻燃防霉尼龙材料,其特征在于:所述助剂包括抗氧剂、

  6.如权利要求1‑5中任一项所述无卤阻燃防霉尼龙材料的制备方法,其特征在于,包

  括:将尼龙基体树脂、防霉剂、阻燃剂以及可以选择使用或不使用的助剂均匀混合后,再升

  7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,所述防霉剂的制备方法包括:

  将Zn源溶于甲醇形成第一溶液,其中Zn源与Kaiyun甲醇的摩尔比为1∶100~300,Zn源包括锌

  将2‑甲基咪唑溶于甲醇形成第二溶液,其中2‑甲基咪唑与甲醇的摩尔比为4∶100~

  将体积比为1∶1的第一溶液和第二溶液迅速混合,并在室温下以不低于1000转/min的

  8.权利要求1‑5中任一项所述无卤阻燃防霉尼龙材料在制备具有防霉阻燃功能的尼龙

  9.根据要求8所述的用途,其特征在于:所述尼龙制品对于霉菌的防霉等级优于1级,所

  10.权利要求1‑5中任一项所述无卤阻燃防霉尼龙材料在制备电子电气设备中的用途。

  尼龙(聚酰胺,PA)作为一种工程塑料,因其具有较高力学性能、优异的耐高、低温

  性能,良好的耐化学品性能和易成型等特点,被广泛应用于汽车、电子电气等领域。但尼龙

  在燃烧过程中会产生大量有焰熔滴现象,容易引发二次燃烧,故在尼龙材料使用中需要对

  如溴锑复合阻燃聚酰胺具有优异的阻燃性能,同时保持良好的加工性能和机械性能,但其

  也存在在燃烧时产生大量烟尘以及腐蚀性有害气体等不足,从而限制了其应用。特别是随

  着欧盟相关ROHS以及WEEE指令的发布,无卤化阻燃是未来发展趋势。在无卤阻燃剂中,磷氮

  体系无卤阻燃剂的综合性能可与传统溴锑阻燃剂相媲关,但受限于其高昂的价格,当前还

  三聚氰胺氰尿酸盐(MCA)作为一种高氮含量的无卤阻燃剂,具有高分解温度、低

  烟、无毒以及价格便宜等优点,已经成为了当前无卤阻燃剂的首选。但MCA作为填充型阻燃

  剂,与尼龙的相容性差,如果大比例添加容易降低尼龙材料的力学性能。同时在尼龙材料长

  时间使役过程中,特别是在高温高湿环境下,MCA极易迁移至尼龙材料表面,造成尼龙制品

  的力学性能进一步下降。同时,由于其富氮特性,在高温高湿环境下极易引起尼龙材料霉

  括:将尼龙基体树脂、防霉剂、阻燃剂以及可以选择使用或不使用的助剂均匀混合后,再升

  (1)本申请的无卤阻燃防霉尼龙材料具有优异的防霉、阻燃性能。其中添加的防霉

  剂ZIF‑8本身具有优异的防霉性能,与尼龙树脂具有良好的相容性,能在尼龙树脂中均匀分

  散且具有良好的稳定性,同时ZIF‑8具有多孔结构特征,能够与阻燃剂协效使用,从而在降

  低阻燃剂添加量的情况下,有效提升尼龙材料的阻燃性能,提高尼龙材料的力学性能,并且

  还能够减少阻燃剂在高温高湿环境下的析出,显著降低诱发尼龙材料霉变的几率,大幅提

  (2)本申请的无卤阻燃防霉尼龙材料的加工工艺简单,仅需通过熔融挤出即可获

  得,同时还可以赋予其良好长效的阻燃与防霉性能,适用于电子电气、高端家电领域的阻

  有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本

  申请中记载的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,

  图2a‑图2b分别是实施例1中无卤阻燃防霉尼龙材料样品对于黑曲霉、绳状青霉的

  图3a‑图3b分别是实施例2中无卤阻燃防霉尼龙材料样品对于黑曲霉、绳状青霉的

  图4a‑图4b分别是实施例3中无卤阻燃防霉尼龙材料样品对于黑曲霉、绳状青霉的

  图5a‑图5b分别是实施例4中无卤阻燃防霉尼龙材料样品对于黑曲霉、绳状青霉的

  图6a‑图6b分别是对比例1中无卤阻燃Kaiyun防霉尼龙材料样品对于黑曲霉、绳状青霉的

  图7a‑图7b分别是对比例2中无卤阻燃防霉尼龙材料样品对于黑曲霉、绳状青霉的

  术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。应该指出,以下

  详细说明都是示例性的,旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明,本说明书使用的

  所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

  本申请的一个实施例提供了ZIF‑8在制备无卤阻燃防霉尼龙材料中的用途。其中,

  在一些实施方式中,所述无卤阻燃防霉尼龙材料中防霉剂的含量在5wt%以下,优

  选为0 .5wt‰~3wt%。若防霉剂添加量过低,则防霉效果较弱,对阻燃性能的增强作用较

  小,反之若添加量过高,则会提升成本,且可能导致尼龙材料综合力学性能受到负面影响。

  在一些实施方式中,所述ZIF‑8是通过将锌盐的甲醇溶液与2‑甲基咪唑的甲醇溶

  在一些实施方式中,所述无卤阻燃防霉尼龙材料中阻燃剂的含量在15wt%以下,

  优选为10wt%~15wt%,此时可以获得较为理想的阻燃效果,且尼龙材料的综合力学性能

  在一些实施方式中,所述助剂包括抗氧剂、润滑剂中的任意一种或多种的组合,且

  在一些实施方式中,所述无卤阻燃防霉尼龙材料包括尼龙基体树脂、防霉剂、阻燃

  本申请中所采用的防霉剂ZIF‑8是一种有机无机复合的金属骨架材料,主要是由

  具有良好防霉效果的咪唑衍生物以及金属锌离子反应形成,其不仅能够规避两者各自的不

  足,还能充分发挥咪唑及其衍生物及金属基防霉剂的优势,并因两者的协同作用产生增强

  的防霉功效。同时,因ZIF‑8属于有机无机复合化合物,其与尼龙树脂具有很好的相容性,能

  够很好的在尼龙基体树脂中实现均匀分散。另外,ZIF‑8自身的多孔结构一方面能够极大的

  提升无卤阻燃防霉尼龙材料的阻隔耐热性能,减少尼龙材料在燃烧过程中发生熔滴现象,

  另一方面能够吸附塑料分解产生的可燃性气体和空气中的氧气,并且ZIF‑8还能够催化塑

  料分解产物完全氧化为二氧化碳,有效降低塑料燃烧尾气中烟雾和毒气的浓度,发挥阻燃

  剂协效剂的功能,在有效降低无卤阻燃剂添加量的情况下,显著提升无卤阻燃防霉尼龙材

  料的阻燃效果,进而在无卤阻燃防霉尼龙材料的使役过程中,极大减少MCA等富氮阻燃剂在

  高温高湿环境下的析出量,抑制霉菌生长,降低诱发尼龙材料霉变的几率,并提升尼龙材料

  的使役稳定性,在无卤阻燃防霉尼龙材料的使用环境中赋予其良好阻燃增效和防霉功效。

  本申请以上实施例提供的无卤阻燃防霉尼龙材料对黑曲霉(A.niger)、绳状青霉

  (P.funiculosum)等典型霉菌的防霉等级优于1级。并且,相比于未添加ZIF‑8的无卤阻燃尼

  龙材料,所述无卤阻燃防霉尼龙材料的综合力学性能(包括断裂强度)至少提高10%~

  树脂中添加防霉剂、阻燃剂及可选择添加或不添加的助剂,并通过熔融共混制得。所述防霉

  剂为ZIF‑8,其添加量为无卤阻燃防霉尼龙材料质量的5%以下,优选为0.5wt%~3wt%。

  括:将尼龙基体树脂、防霉剂、阻燃剂以及可以选择使用或不使用的助剂均匀混合后,再升

  燃防霉尼龙母粒通过注塑或吹塑制得所述无卤阻燃防霉尼龙材料。其中,所述选定温度为

  本申请中所使用的防霉剂ZIF‑8作为一种金属有机骨架材料具有多孔结构,因此

  与尼龙材料熔融共混时,能均匀分布在熔体中,与尼龙材料相容性好,稳定性高,其自身的

  多孔结构能够极大的提升无卤阻燃防霉尼龙材料的阻隔耐热性能,以及能够吸附塑料分解

  产生的可燃性气体和空气中的氧气,这也利于提升无卤阻燃防霉尼龙材料的阻燃性能。本

  申请人还意外发现,当将ZIF‑8以5wt%以下的添加量与尼龙基体树脂、阻燃剂及助剂复合

  (A.niger)、绳状青霉(P.funiculosum)等的防霉等级优于1级,而且还呈现出优异的阻燃剂

  协效剂功能,有助于显著降低阻燃剂的添加量,同时提升无卤阻燃防霉尼龙材料的阻燃性

  能,而且还能减少阻燃剂在高温高湿环境下从无卤阻燃防霉尼龙材料中析出的数量,进一

  步提升防霉效果,以及,还能够有效提高无卤阻燃防霉尼龙材料的力学强度,使其综合力学

  将Zn源溶于甲醇形成第一溶液,其中Zn源与甲醇的摩尔比为1∶100~300,Zn源包

  将2‑甲基咪唑溶于甲醇形成第二溶液,其中2‑甲基咪唑与甲醇的摩尔比为4∶100

  将第一溶液和第二溶液迅速混合,并在室温下搅拌反应,制得所述防霉剂。其中采

  用的搅拌方式可以是磁性转子搅拌或其它常见搅拌方式,搅拌速度优选在1000转/min以

  进一步,所述防霉剂的制备方法还可包括一些后处理步骤,例如,在所述的反应结

  束后,可以将所获的反应混合物在9000r/min左右的条件下离心,离心后的沉淀用甲醇洗涤

  粒工序后,再利用注塑或吹塑等常规加工方式进行加工即可获得所需要的尼龙制品,并赋

  功能的尼龙制品中的用途。所述尼龙制品对于霉菌的防霉等级优于1级,所述霉菌包括黑曲

  其中,所述尼龙制品可以是多种形态的,例如瓶、罐、管、棒、膜等,且不限于此。

  进一步的,这些尼龙制品可以应用于电子电气、高端家电等领域,并充分适应这些

  对本申请的技术方案做进一步详细说明,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施

  例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性

  劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。除非另外说明,下列实

  施例中所用试剂和原料均市售可得,而其中未注明具体条件的试验方法,通常按照常规条

  件,或者按照各制造商所建议的条件。又及,除非另外说明,本申请中所公开的实验方法、检

  测方法、制备方法均采用本技术领域的常规技术。这些技术在现有文献中已有完善说明。

  例如,在如下实施例中,所涉及的防霉剂制备原料、尼龙树脂、加工助剂等均是从

  在1000转/min以上),反应时间为5~360min,反应结束后将形成的乳胶溶液在9000r/min条

  件下离心,离心后的沉淀用甲醇洗涤3次,得到的白色固体即为所述防霉剂。其中,采用不同

  材料同样的生产设备、工艺进行制备。例如,将前述防霉剂与尼龙基体树脂、阻燃剂(MCA)以

  及根据不同使役环境对材料性能要求而添加的其它助剂等成分一次性或依次添加并搅拌、

  混合后,通过熔融挤出造粒后,再通过注塑、吹塑等常规制备方法制备所需要的各种无卤阻

  1,相关测试方法参照GB/T  24128‑2018塑料防霉剂的防霉效果评估测定。实施例1‑10和对

  照例1‑2中各无卤阻燃防霉尼龙材料的组成及加工参数如表2所示,防霉性能、力学性能及

  表3实施例1‑4和对照例1‑2中各无卤阻燃防霉尼龙材料的防霉、阻燃及力学性能

  实施例1~实施例4中各典型样品的防霉性能试样照片分别如图2a‑图2b、图3a‑图

  3b、图4a‑图4b、图5a‑图5b所示。对比例1~对比例2中各典型样品的防霉性能试样照片分别

  例1基本相同,区别在于:采用相同用量的硅铝型分子筛(粒径约10μm~15μm)替代了ZIF‑8。

  对该无卤阻燃防霉尼龙材料的各项性能进行测试,结果显示,其防霉等级在2级左右,弯曲

  强度在105Mpa左右,拉伸强度在61Mpa左右,阻燃等级(垂直燃烧UL94)为V‑0级。

  例1基本相同,区别在于:以相同用量的MIL‑100(Fe)替代了ZIF‑8。对该无卤阻燃防霉尼龙

  材料的各项性能进行测试,结果显示,其防霉等级在1级左右,弯曲强度在104Mpa左右,拉伸

  此外,本案发明人还参照前述实施例,以本说明书述及的其它原料、工艺操作、工

  离本申请的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物

  替代所述实施例的元件。另外,可在不背离本申请的范围的情况下做出许多修改以使特定

  情形或材料适应本申请的教示。因此,本文并不打算将本申请限制于用于执行本申请的所

  揭示特定实施例,而是打算使本申请将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施


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