CN102643655A - 一种制备介孔二氧化硅/聚磷酸铵复合阻燃剂的方法 - Google Patents

Abstract

一种制备介孔二氧化硅/聚磷酸铵复合阻燃剂的方法，包括以下步骤：将85%磷酸与尿素按一定比例加入到反应器内，混合，低温下反应一段时间，得透明溶液；然后加入适量的介孔二氧化硅，充分浸泡，过滤分离，用无水乙醇淋洗，自然干燥；将得到的粉末送入箱式炉，高温发泡，聚合固化一段时间，粉碎过筛，即得到介孔二氧化硅/聚磷酸铵复合阻燃剂。本发明制备的复合阻燃剂为纳米颗粒，分散性好，聚磷酸铵在二氧化硅载体内“原位”生成，耐湿性好，不易迁移，具有优异的协同阻燃和抑烟作用，可以广泛应用于各种材料的阻燃。

Description

一种制备介孔二氧化硅/聚磷酸铵复合阻燃剂的方法

技术领域

本发明涉及制备一种新型的介孔二氧化硅/聚磷酸铵纳米复合阻燃剂的方法，具体为一种制备介孔二氧化硅/聚磷酸铵复合阻燃剂的方法。

背景技术

火灾是世界各国人民所面临的一个共同的灾难性问题，它给人类社会造成了巨大的生命和财产损失。随着人们生活水平的逐步改善，建筑和室内装饰用高分子材料、木质材料消耗量逐年上升。然而，高分子材料和木质材料均属易燃、可燃材料，容易导致火灾蔓延，在燃烧时释放出大量热能加剧了火灾危害程度，释放出的大量烟雾毒气造成人员中毒伤亡。因而，对高分子材料、木质材料等进行阻燃抑烟处理，关系到生命和财产安全的需要。

含磷阻燃剂一般分为无机和有机磷阻燃剂。其中无机磷系阻燃剂一般来说阻燃效果好，来源广泛，价格便宜。但它们的缺陷是吸湿性大，易流失，装饰性差。聚磷酸铵（APP）对环境危害小、价格低廉、阻燃效率高，深受人们的青睐。但是，APP作为无机阻燃剂存在以下缺点：（1）吸潮性强、易结块，不适合用于高温及潮湿的环境中；（2）与木质材料的相容性较差，容易迁移到基材的表面，影响木材的装饰和视觉效果；（3）在水或酸碱作用下会发生解聚反应，易溶于水而流失；（4）在阻燃的同时，也会催化产生大量的烟雾和毒气。因而，对无机磷系阻燃剂进行表面改性、微胶囊包覆、超细化和抑烟处理是近年的热点之一。

近年来，硅及其化合物在阻燃技术中的应用受到了广泛的关注，这是因为硅系阻燃剂除了可以有效改善阻燃性能之外，还符合当前的“绿色阻燃”趋势，减少了对环境的危害。在实际阻燃技术中，很少使用单一品种的阻燃剂，而是采用数种阻燃剂或阻燃增效剂以达到协同阻燃效果，减少阻燃剂的用量。研究发现，硅化合物与许多阻燃剂具有协同作用。例如，硅和磷两种阻燃元素能表现出良好的阻燃协同效应，高温条件下磷能促使炭的生成，硅能增加炭层的热稳定性，从而产生更好的阻燃效果。

介孔二氧化硅具有高的比表面积和孔容、有序的孔道结构、良好的热稳定性。这些性质决定了其不仅具有高的吸附和负载功能，而且燃烧过程中可以保持骨架稳定，起到保护炭层和抑烟的作用。

发明内容

本发明所解决的技术问题在于提供一种制备介孔二氧化硅/聚磷酸铵复合阻燃剂的方法，以解决上述背景技术中的缺点。

本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：

一种制备介孔二氧化硅/聚磷酸铵复合阻燃剂的方法，包括以下步骤：

第一步：将85%磷酸与尿素按一定比例加入到反应器内，混合，低温下反应一段时间，得透明溶液；

第二步：然后加入适量的介孔二氧化硅，充分浸泡，过滤分离，用无水乙醇淋洗，自然干燥；

第三步：将得到的粉末送入箱式炉，高温发泡，聚合固化一段时间，粉碎过筛，即得到介孔二氧化硅/聚磷酸铵复合阻燃剂。

有益效果

本发明的优点是聚磷酸铵在纳米介孔二氧化硅的孔道内“原位”生成，起到一个类似“包覆”的作用，能够有效的改善聚磷酸铵的分散性差、易流失、易迁移到材料表面等缺陷，同时可以提高复合阻燃剂的热稳定性。

本发明的优点是硅、磷和氮三种阻燃元素能表现出良好的阻燃协同效应，高温条件下磷和氮能促使炭的生成，硅能增加炭层的热稳定性，这有助于阻燃体系形成Si-O-C键和Si-C键的保护炭层，从而产生更好的阻燃效果。

本发明的优点是介孔二氧化硅具有高的比表面积和孔容、有序的孔道结构、良好的热稳定性。这些性质决定了其不仅具有高的吸附和负载功能，而且燃烧过程中可以保持骨架稳定，起到保护炭层和抑烟的作用。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例1

将8.4 g 十二烷基三甲基溴化铵溶于630ml甲醇和1500ml水混合溶液中，加入15ml 1M的NaOH溶液，搅拌均匀。然后，逐滴加入12.4g 正硅酸乙酯，在室温下反应8h，转移到聚四氟乙烯瓶中90℃下密封陈化24h，过滤得到白色粉末、真空干燥，所得产物为纳米介孔二氧化硅。

将85%的磷酸和尿素按1:1.6摩尔比依次加入三口烧瓶中，搅拌，缓慢升温至80℃，反应30min溶液变澄清，然后加入质量比为35%的介孔二氧化硅，搅拌4h，趁热过滤，用无水乙醇淋洗三次，晾干，将该粉末送入箱式反应炉，220℃下聚合固化2h，冷却后粉碎过筛，即得到介孔二氧化硅/聚磷酸铵复合阻燃剂。

实施例2

将8.4 g 十二烷基三甲基溴化铵溶于630ml甲醇和1500ml水混合溶液中，加入15ml 1M的NaOH溶液，搅拌均匀。然后，逐滴加入12.4g 正硅酸乙酯，在室温下反应8h，转移到聚四氟乙烯瓶中90℃下密封陈化24h，过滤得到白色粉末、真空干燥，所得产物为纳米介孔二氧化硅。

将85%的磷酸和尿素按1:1.8摩尔比依次加入三口烧瓶中，搅拌，缓慢升温至80℃，反应20 min溶液变澄清，然后加入质量比为30%的介孔二氧化硅，搅拌6h，趁热过滤，用无水乙醇淋洗三次，晾干，将该粉末送入箱式反应炉，230℃下聚合固化1h，冷却后粉碎过筛，即得到介孔二氧化硅/聚磷酸铵复合阻燃剂。

实施例3

将8.4 g 十二烷基三甲基溴化铵溶于630ml甲醇和1500ml水混合溶液中，加入15ml 1M的NaOH溶液，搅拌均匀。然后，逐滴加入12.4g 正硅酸乙酯，在室温下反应8h，转移到聚四氟乙烯瓶中90℃下密封陈化24h，过滤得到白色粉末、真空干燥，所得产物为纳米介孔二氧化硅。

将85%的磷酸和尿素按1:2.0摩尔比依次加入三口烧瓶中，搅拌，缓慢升温至80℃，反应10 min溶液变澄清，然后加入质量比为25 %的介孔二氧化硅，搅拌8h，趁热过滤，用无水乙醇淋洗三次，晾干，将该粉末送入箱式反应炉，240℃下聚合固化1h，冷却后粉碎过筛，即得到介孔二氧化硅/聚磷酸铵复合阻燃剂。

实施例4

称取2.0g实施例2制备的介孔二氧化硅/聚磷酸铵复合阻燃剂和20g干燥杨木粉，在玛瑙研钵中充分研磨，采用Stanton Redcroft锥形量热仪进行CONE实验。为了使实验温度接近火灾实际温度，本实验采用热辐射功率为50kW/m²，相应的温度约为760℃，实验参数由仪器自动记录或计算。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种制备介孔二氧化硅/聚磷酸铵复合阻燃剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：将85%磷酸与尿素按一定比例加入到反应器内，混合，低温下反应一段时间，得透明溶液；

第二步：然后加入适量的介孔二氧化硅，充分浸泡，过滤分离，用无水乙醇淋洗，自然干燥；

第三步：将得到的粉末送入箱式炉，高温发泡，聚合固化一段时间，粉碎过筛，即得到介孔二氧化硅/聚磷酸铵复合阻燃剂。