CN102516603A - 微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法。首先将磷系阻燃剂和无机阻燃剂按一定比例混合,制得微胶囊化的无卤阻燃剂,其次对成炭剂进行表面改性,然后将微胶囊化无卤阻燃剂、含磷有机阻燃剂和表面改性的成炭剂按一定比例中混合,可得微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系。该体系实现了分布式的梯度阻燃,使得聚合物材料的阻燃性能大大提高,并且有效地解决了阻燃剂与聚合物之间相容性较差这一缺陷,显著降低无卤阻燃剂在高温潮湿的条件下从聚合物基体中的迁移,有利于阻燃高分子材料的长期保存。方法具有工艺简单,操作方便,对环境友好,成本较低,阻燃效果好,应用领域广泛的特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合材料,尤其是阻燃性能优异的微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法。
背景技术
进入21世纪高聚物材料已经进入了我们的生活,在电力、交通、建筑、军工许多领域都有着广泛应用。但是,绝大多数高聚物都是易燃品,只要遇到火源,都会在空气中被点燃,继而燃烧,其熔融滴落物还可以引燃其他可燃物。它们在燃烧过程中产生的热量大,温度高,易生成燃烧不完全的黑烟,并释放出有毒的腐蚀性气体,给消防和救生工做带来困难。随着世界安全防火标准日益严格,全球阻燃剂市场需求一直呈增长趋势,新型高效环保的聚合物阻燃剂开发和应用将是一个长期的任务。阻燃剂的发展趋势是在提高阻燃性能的同时,更加注重环保与生态安全。因此,提高聚合物的阻燃性已成为今后发展的必燃趋势。
目前,现有阻燃剂和阻燃技术上存在一些不足,主要表现为以下几方面:卤系阻燃剂虽然有阻燃效果好,阻燃剂用量小,与被阻燃物的相容性好等优点,但是卤系阻燃剂会在燃烧过程中产生对人体有害的卤素单质和卤化氢等气体,对大气的污染严重;无卤阻燃剂具有环境友好等优点,但是无卤阻燃剂起到与卤系阻燃剂同等阻燃效果时所采用的阻燃剂用量大,并且无卤阻燃剂与被阻燃物的相容性差,容易在存储或运输过程从被阻燃物中析出,而导致阻燃性能下降;单一的阻燃剂已不能完全满足现今聚合物阻燃的要求,多种阻燃剂协同作用是提高无卤阻燃剂性能的有效途径。
发明内容
本发明的目的就在于针对上述现有技术的不足,提供了一种微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法。
梯度,是指在燃烧的各个时期,阻燃剂中包含的各种组分发挥不同阻燃效果,从而达到依据不同阻燃机理实现分段阻燃的目的。
体系,是指具有不同梯度阻燃效果的阻燃剂。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法,包括以下顺序和步骤:
——无卤阻燃剂的微胶囊化:
a、将磷系阻燃剂和无机阻燃剂按质量比为1-2∶1的比例进行混合,制得无卤阻燃剂,取无卤阻燃剂2.5~3.5克均匀分散在70~80ml惰性溶剂中,然后转移到带有机械性搅拌和冷凝管的四口瓶中,搅拌速度为300~350转/分并加热到55-60℃,逐滴滴入含有0.1~0.5克囊壁材料A的惰性溶剂溶液10~20ml,待滴加结束后,再向体系中逐渐加入0.03~0.07克囊壁材料B,持续反应5~7小时后,停止加热与搅拌。
b、真空吸滤,用惰性溶剂洗涤两次,然后再用微热的蒸馏水冲洗两次,收集滤饼,置于50℃的恒温真空干燥箱中干燥12~15小时,最终得到微胶囊化的无卤阻燃剂;
——成炭剂的表面改性:
c、将1~1.5克成炭剂置于带有机械性搅拌和冷凝管的三口瓶中,加入50ml惰性溶剂,预先搅拌5~10分钟,搅拌速度为250~280转/分,升温至75℃,然后逐滴加入含有0.1~0.35克改性剂的惰性溶液10ml,滴加结束后,保持75℃继续反应5~6小时,停止加热和搅拌。
d、真空吸滤,先用惰性溶剂冲洗2次,然后用蒸馏水洗涤2次,将产物置于常温下干燥2~3天,研磨至200目,得到了表面改性的成炭剂;
——微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备
将质量分数为50~70%的微胶囊化无卤阻燃剂、10~40%含磷有机阻燃剂和10~20%的表面改性的成炭剂在混合机中混合10分钟,得到流动性粉末,即为微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系。
所述的磷系阻燃剂为聚磷酸铵、磷酸铵、磷酸三苯酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯或磷酸三异辛酯中的任意一种。
所述的囊壁材料A为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯、六甲撑二异氰酸酯或聚氨酯预聚体中的任一种;囊壁材料B为三聚氰胺、氰尿酸三聚氰胺、正磷酸三聚氰胺、双氰胺、硼酸三聚氰胺或焦磷酸二三聚氰胺中的任一种。
所述的惰性溶剂为丙酮、氯仿、苯、甲苯或二甲苯中的任意一种。
所述的成炭剂为季戊四醇,双季戊四醇,酚醛树脂,三羟甲基丙烷中的任意一种。
所述的无机阻燃剂为氢氧化镁,氢氧化铝,氢氧化铁中的任意一种。
所述的改性剂为硬脂酸,油酸,亚油酸,亚麻酸中的任意一种。
有益效果:采用微胶囊化技术,将磷系阻燃剂和氢氧化物阻燃剂同时进行微胶囊化包覆得到疏水性的产物,同时利用水和溶剂洗涤除去游离的囊壁材料,得到分散均匀并且具有流动性的无卤阻燃剂粉末。避免了无机粒子与聚合物之间相容性较差这一缺陷,显著降低了无卤阻燃剂在高温潮湿的条件下从聚合物基体中的迁移,有利于阻燃高分子材料的长期有效保存。成炭剂使炭层形成致密的孔状结构,有利于更好地隔绝火焰和能量并能,提高了无卤阻燃剂的阻燃性能。
采用微胶囊化和表面改性的方法制备梯度阻燃体系,具有工艺简单,操作方便,对环境友好,成本较低,阻燃效果好,应用领域广泛。
微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的阻燃过程:
在高分子材料降解或燃烧过程中,在燃烧初期,主要是磷系无卤阻燃剂首先发挥其气相阻燃机理和吸热降温这作用,释放出氨气和水用以隔绝空气中的氧气进入并吸收燃烧热量,减缓了聚合物基体的分解速率;在燃烧中期,主要是氢氧化物受热分解阶段发生剧烈的脱水反应,吸收大量的热,降低燃烧的温度,并且形成稳定的晶体产物起到物理阻隔的作用,同时无卤阻燃剂形成的聚酸物质可以在后期有助于聚合物的不完全降解而形成炭层阻止燃烧。含磷的有机阻燃剂在火焰中裂解产生PO·,HPO·等自由基可使火焰区的氢自由基浓度降低,使火焰传播的速率可控,有利于延缓聚合物的进一步分解,提高聚合物热稳定性;在燃烧后期,氢氧化物500℃分解吸热形成三氧化二铝屏蔽层,起到物理阻隔的作用,在聚酸的催化作用下,改性的成炭剂促进聚合物形成碳层,而且产生的含磷化合物保留在炭层中,使炭层更加致密,从而有效地阻止聚合物基体的进一步燃烧,也能防止氧气的进入。因此,微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系能够有效地提高了聚合物材料的阻燃性能,并且对于材料在燃烧过程中所产生的有毒有害的气体和烟雾也有一定程度的抑制作用,最终实现分布式的梯度阻燃。
具体实施方式
下面结合实施例作进一步的详细说明:
实施例1:
——无卤阻燃剂微胶囊化:
a、将聚磷酸铵2.0克和1.0克氢氧化铝均匀混合后,分散在80ml氯仿中,然后转移到带有机械性搅拌和冷凝管的四口瓶中,搅拌速度为300转/分并加热到55℃,逐滴滴入含有0.1克甲苯二异氰酸酯的30ml氯仿溶液,待滴加结束后,再向体系中逐渐加入0.05克三聚氰胺,持续反应7小时后,停止加热与搅拌。
b、真空吸滤,用氯仿洗涤两次,然后再用微热的蒸馏水冲洗两次,收集滤饼,置于50℃的恒温真空干燥箱中干燥12小时,最终得到微胶囊化的无卤阻燃剂。计算微胶囊化的效率。
——季戊四醇的表面改性:
a、将1.5克季戊四醇置于带有机械性搅拌和冷凝管的三口瓶中,加入50ml二甲苯,预先搅拌10分钟,搅拌速度为250转/分,升温至75℃,然后逐滴加入0.35克硬脂酸的10ml二甲苯溶液,滴加持续约30分钟,滴加结束后,保持75℃继续反应6小时,停止加热和搅拌。
b、真空吸滤,先用二甲苯冲洗2次,然后用蒸馏水洗涤2次,将产物置于常温下干燥2天,研磨至200目,得到了表面修饰的季戊四醇。计算改性效率(改
——微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法
将质量分数为50g的微胶囊化聚磷酸铵和氢氧化铝、质量分数为30g酸三乙酯和质量分数为20g的表面改性的季戊四醇在混合机中混合10分钟,得到流动性粉末,即为微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系。
实施例2:
——无卤阻燃剂微胶囊化:
a、将1.5克磷酸铵和1.5克氢氧化铝均匀混合后,分散在80ml氯仿中,然后转移到带有机械性搅拌和冷凝管的四口瓶中,搅拌速度为300转/分并加热到55℃,逐滴滴入含有0.1克甲苯二异氰酸酯的40ml氯仿溶液,待滴加结束后,再向体系中逐渐加入0.06克三聚氰胺,持续反应7小时后,停止加热与搅拌。
b、真空吸滤,用氯仿洗涤两次,然后再用微热的蒸馏水冲洗两次,收集滤饼,置于50℃的恒温真空干燥箱中干燥12小时,最终得到微胶囊化的无卤阻燃剂。计算微胶囊化的效率。
——季戊四醇的表面改性:
a、将1.5克季戊四醇置于带有机械性搅拌和冷凝管的三口瓶中,加入50ml二甲苯,预先搅拌10分钟,搅拌速度为250转/分,升温至75℃,然后逐滴加入0.35克硬脂酸的10ml二甲苯溶液,滴加持续约30分钟,滴加结束后,保持75℃继续反应6小时,停止加热和搅拌。
b、真空吸滤,先用二甲苯冲洗2次,然后用蒸馏水洗涤2次,将产物置于常温下干燥2.5天,研磨至200目,得到了表面修饰的成炭剂。计算改性效率(改
——微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法
将质量分数为40g的无卤微胶囊化阻燃剂、质量分数为35g磷酸三乙酯和质量分数为25g的表面改性的季戊四醇在混合机中混合10分钟,得到流动性粉末,即为微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系。
实施例3:
——无卤阻燃剂微胶囊化:
a、将1.5克磷酸铵和1.5克氢氧化镁均匀混合后,分散在80ml氯仿中,然后转移到带有机械性搅拌和冷凝管的四口瓶中,搅拌速度为300转/分并加热到55℃,逐滴滴入含有0.1克二苯基甲烷二异氰酸酯的20ml氯仿溶液,待滴加结束后,再向体系中逐渐加入0.07克三聚氰胺,持续反应7小时后,停止加热与搅拌。
b、真空吸滤,用氯仿洗涤两次,然后再用微热的蒸馏水冲洗两次,收集滤饼,置于50℃的恒温真空干燥箱中干燥12小时,最终得到微胶囊化的无卤阻燃剂。计算微胶囊化的效率。
——季戊四醇的表面改性:
a、将1.5克季戊四醇置于带有机械性搅拌和冷凝管的三口瓶中,加入50ml二甲苯,预先搅拌10分钟,搅拌速度为250转/分,升温至75℃,然后逐滴加入0.35克硬脂酸的10ml二甲苯溶液,滴加持续约30分钟,滴加结束后,保持75℃继续反应6小时,停止加热和搅拌。
b、真空吸滤,先用二甲苯冲洗2次,然后用蒸馏水洗涤2次,将产物置于常温下干燥3天,研磨至200目,得到了表面修饰的季戊四醇。计算改性效率(改
——微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法
将质量分数为60g的微胶囊化无卤阻燃剂、质量分数为20g磷酸三乙酯和质量分数为20g的表面改性的季戊四醇在混合机中混合10分钟,得到流动性粉末,即为微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系。
实施例4:
——无卤阻燃剂微胶囊化:
a、将1.5克磷酸铵和1.5克氢氧化铝均匀混合后,分散在80ml氯仿中,然后转移到带有机械性搅拌和冷凝管的四口瓶中,搅拌速度为300转/分并加热到55℃,逐滴滴入含有0.1克甲苯二异氰酸酯的20ml丙酮溶液,待滴加结束后,再向体系中逐渐加入0.05克三聚氰胺,持续反应7小时后,停止加热与搅拌。
b、真空吸滤,用丙酮洗涤两次,然后再用微热的蒸馏水冲洗两次,收集滤饼,置于50℃的恒温真空干燥箱中干燥12小时,最终得到微胶囊化的无卤阻燃剂。计算微胶囊化的效率。
——季戊四醇的表面改性:
a、将1.5克季戊四醇置于带有机械性搅拌和冷凝管的三口瓶中,加入50ml二甲苯,预先搅拌10分钟,搅拌速度为250转/分,升温至75℃,然后逐滴加入0.35克硬脂酸的10ml二甲苯溶液,滴加持续约30分钟,滴加结束后,保持75℃继续反应6小时,停止加热和搅拌。
b、真空吸滤,先用二甲苯冲洗2次,然后用蒸馏水洗涤2次,将产物置于常温下干燥3天,研磨至200目,得到了表面修饰的季戊四醇。计算改性效率(改
——微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法
将质量分数为60g的的微胶囊化无卤阻燃剂、质量分数为30g磷酸三乙酯和质量分数为10g的表面改性的季戊四醇在混合机中混合10分钟,得到流动性粉末,即为微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系。
实施例5:
——无卤阻燃剂微胶囊化:
a、将1.5克磷酸铵和1.5克氢氧化铝均匀混合后,分散在80ml氯仿中,然后转移到带有机械性搅拌和冷凝管的四口瓶中,搅拌速度为300转/分并加热到55℃,逐滴滴入含有0.1克甲苯二异氰酸酯的20ml氯仿溶液,待滴加结束后,再向体系中逐渐加入0.03克三聚氰胺,持续反应7小时后,停止加热与搅拌。
b、真空吸滤,用氯仿洗涤两次,然后再用微热的蒸馏水冲洗两次,收集滤饼,置于50℃的恒温真空干燥箱中干燥12小时,最终得到微胶囊化的无卤阻燃剂。计算微胶囊化的效率。
——双季戊四醇的表面改性:
a、将1.5克双季戊四醇置于带有机械性搅拌和冷凝管的三口瓶中,加入50ml二甲苯,预先搅拌10分钟,搅拌速度为250转/分,升温至75℃,然后逐滴加入0.35克硬脂酸的10ml二甲苯溶液,滴加持续约30分钟,滴加结束后,保持75℃继续反应6小时,停止加热和搅拌。
b、真空吸滤,先用二甲苯冲洗2次,然后用蒸馏水洗涤2次,将产物置于常温下干燥3天,研磨至200目,得到了表面修饰的双季戊四醇。计算改性效率
——微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法
将质量分数为70g的微胶囊化聚磷酸铵、质量分数为20g磷酸三乙酯和质量分数为10g的表面改性的季戊四醇在混合机中混合10分钟,得到流动性粉末,即为微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系。
Claims (7)
1.微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法,其特征在于,包括以下顺序和步骤:
——无卤阻燃剂的微胶囊化:
a、将磷系阻燃剂和无机阻燃剂按质量比为1-2∶1的比例进行混合,制得无卤阻燃剂,取无卤阻燃剂2.5~3.5克均匀分散在70~80ml惰性溶剂中,然后转移到带有机械性搅拌和冷凝管的四口瓶中,搅拌速度为300~350转/分并加热到55-60℃,逐滴滴入含有0.1~0.5克囊壁材料A的惰性溶剂溶液10~20ml,待滴加结束后,再向体系中逐渐加入0.03~0.07克囊壁材料B,持续反应5~7小时后,停止加热与搅拌。
b、真空吸滤,用惰性溶剂洗涤两次,然后再用微热的蒸馏水冲洗两次,收集滤饼,置于50℃的恒温真空干燥箱中干燥12~15小时,最终得到微胶囊化的无卤阻燃剂;
——成炭剂的表面改性:
c、将1~1.5克成炭剂置于带有机械性搅拌和冷凝管的三口瓶中,加入50ml惰性溶剂,预先搅拌5~10分钟,搅拌速度为250~280转/分,升温至75℃,然后逐滴加入含有0.1~0.35克改性剂的惰性溶液10ml,滴加结束后,保持75℃继续反应5~6小时,停止加热和搅拌。
d、真空吸滤,先用惰性溶剂冲洗2次,然后用蒸馏水洗涤2次,将产物置于常温下干燥2~3天,研磨至200目,得到了表面改性的成炭剂;
——微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备
将质量分数为50~70%的微胶囊化无卤阻燃剂、10~40%含磷有机阻燃剂和10~20%的表面改性的成炭剂在混合机中混合10分钟,得到流动性粉末,即为微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系。
2.按照权利1所述的微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法,其特征在于,所述的磷系阻燃剂为聚磷酸铵、磷酸铵、磷酸三苯酯、磷酸三乙酯、磷酸三丁酯或磷酸三异辛酯中的任意一种。
3.按照权利1所述的微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法,其特征在于,所述的囊壁材料A为甲苯二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、氢化二苯基甲烷二异氰酸酯、六甲撑二异氰酸酯或聚氨酯预聚体中的任一种;囊壁材料B为三聚氰胺、氰尿酸三聚氰胺、正磷酸三聚氰胺、双氰胺、硼酸三聚氰胺或焦磷酸二三聚氰胺中的任一种。
4.按照权利1所述的微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法,其特征在于,所述的惰性溶剂为丙酮、氯仿、苯、甲苯或二甲苯中的任意一种。
5.按照权利1所述的微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法,其特征在于,所述的成炭剂为季戊四醇,双季戊四醇,酚醛树脂,三羟甲基丙烷中的任意一种。
6.按照权利1所述的微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法,其特征在于,所述的无机阻燃剂为氢氧化镁,氢氧化铝,氢氧化铁中的任意一种。
7.按照权利1所述的微胶囊化梯度无卤阻燃剂体系的制备方法,其特征在于,所述的改性剂为硬脂酸,油酸,亚油酸,亚麻酸中的任意一种。
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