CN105218863A - 一种硅基阻燃剂 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅基阻燃剂,所述硅基阻燃剂包含复配比例为450~550:1~5:1~3:1~2:0.2~1的硅酸钠、氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵,所述硅酸钠为模数1.4~1.8的硅酸钠。本发明的硅基阻燃剂经过复配后,具有高效阻燃、无毒、防熔滴、抑烟等效果,且提高了硅酸钠阻燃剂的表面活性,有利于阻燃剂在基体中的分散,提高了材料的加工性能和力学性能。

Description

一种硅基阻燃剂
技术领域
本发明涉及阻燃剂技术领域,尤其涉及用于纤维织物的阻燃剂,具体涉及一种硅基阻燃剂。
背景技术
随着社会的发展和生活水平的提高,纺织品的使用范围和消费量不断增加。因纺织品着火引起的火灾也不断增加,造成生命及财产损失。所以,提高纺织品的阻燃性能十分必要。
织物阻燃剂需要满足以下要求:(1)能同时抑制有焰和无焰燃烧;(2)使用量较少,阻燃效果好;(3)阻燃性能持久,具有耐洗性;(4)阻燃剂对人体没有伤害,织物整理后可直接与人体接触;(5)受热或燃烧的产物低毒,对环境友好;(6)织物的物理机械性能和外观基本不受影响;(7)使用简单方便,价格低廉。但是,目前商业中的阻燃剂都达不到上述的所有要求。
纤维织物用的阻燃剂主要有卤系(包括溴系和氯系)、磷系、氮系和硅系。含卤素阻燃剂阻燃效果显著,但由于卤系阻燃剂对环境的破坏,其应用受到限制。而仅含单一组分的磷系、氮系和硅系阻燃剂阻燃性能并不理想,难以满足应用的需求。
含硅、磷、氮的阻燃剂,高效、低毒、环境友好。当含硅、磷、氮的阻燃剂使用时,高温下,氮受热分解后放出不燃性气体,起到稀释可燃气体和带走大量热的作用,从而降低聚合物的表面温度,抑制燃烧。磷由于其凝固相阻燃机理及部分气相阻燃机理,在阻燃过程中不仅能降低材料的热释放速率,提高阻燃效果,还会分解成焦磷酸或多磷酸,促进成炭。而硅可增加这些炭层的稳定性,并且有一定的抑烟作用。由此可见,含硅、磷、氮的无机阻燃剂具有重要的应用价值。
无卤阻燃剂克服了许多传统阻燃剂存在的缺点,但在实际应用中还存在着与聚合物相容性差的问题,这会对复合材料的物理机械性能带来不利影响,限制了复合材料的使用范围。
尤其是,硅基阻燃剂作为无机阻燃剂具有较强的极性与亲水性,同非极性聚合物材料相容性差,界面难以形成良好的结合和粘接,导致基材的力学性能、加工性能受到损害,也极大限制了基材的应用范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是:针对现有技术存在的不足,提供一种硅基阻燃剂,该阻燃剂不仅与聚合物具有良好的相容性,而且在具有更好的阻燃效果的同时兼具有冷却、抑烟、稀释气体、防熔滴等效果。
为解决上述技术问题,本发明的技术方案是:
一种硅基阻燃剂,所述硅基阻燃剂包含复配比例为450~550:1~5:1~3:1~2:0.2~1的硅酸钠、氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵。
作为一种优选的技术方案,所述硅酸钠为模数1.4~1.8的硅酸钠。
作为一种优选的技术方案,所述硅基阻燃剂包含复配比例为3:3:1:0.6的硅酸钠、氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵。
作为一种改进的技术方案,所述硅酸钠为经过表面改性后的硅酸钠,所述表面改性用的表面改性剂为氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物中的任一种。
作为一种优选的技术方案,所述表面改性用的表面改性剂为N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
作为一种优选的技术方案,所述表面改性剂的添加量为所述硅酸钠的0.5~5wt%。
由于采用了上述技术方案,本发明的有益效果是:
本发明的硅基阻燃剂,由硅酸钠、氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵按一定比例复配而成,基质燃烧时,二氧化硅在体系表面形成无定型硅保护层,具有阻燃、耐温等特点,有效地提高了高分子聚合物的热稳定性;阻燃剂中的磷能促进碳层的形成,硅酸钠因分解而生成SiO2层,与偏硼酸钠加热形成的玻璃状涂层一起覆盖在纤维表面,形成致密的保护层,以防止纤维裂解的可燃性气体向外扩散,所以炭渣表面几乎没有气泡,保护层也成功地阻止了氧气的进入,让基质不易燃烧,阻止碳层的氧化;氢氧化铝吸热分解降低了纤维基体的温度,改善了其热稳定性,使炭渣保持了纤维燃烧前的结构形态,从而达到阻燃效果。从而使本发明的硅基阻燃剂具有高效阻燃、无毒、防熔滴、抑烟等效果。
本发明的硅基阻燃剂中的硅酸钠为经过表面改性后的硅酸钠,使用表面改性剂氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷或者双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物进行表面改性之后,提高了硅酸钠阻燃剂的表面活性,使其表面产生新的物理、化学功能,有利于阻燃剂在基体中的分散,提高材料的加工性能和力学性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是不同纤维织物遇明火后的燃烧效果对比图;
图中,左侧织物为添加了本发明的硅基阻燃剂的阻燃粘胶纤维织物;中间织物为对比阻燃粘胶纤维织物;右侧织物为常规粘胶纤维织物。
图2是普通纤维燃烧后的炭渣扫描电镜图;
图3是添加了本发明的硅基阻燃剂的阻燃纤维燃烧后的炭渣扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
图1,左侧织物为添加了本发明的硅基阻燃剂的粘胶纤维织物,中间对比阻燃粘胶纤维织物,是添加了无机磷系阻燃剂的粘胶纤维织物,右图为未使用阻燃剂的常规粘胶纤维织物。从图1中可以看出,在整个燃烧过程中(从上排第一张图片开始至右边第三幅图片,再从下排开始至右边第三幅图片,是整个燃烧过程的六张代表性图片),普通粘胶纤维织物遇明火后立即被点燃,在较短时间内快速燃烧完全;对比阻燃粘胶纤维织物遇明火后微燃,但有熔滴现象;添加了本发明的硅基阻燃剂的阻燃粘胶纤维织物遇火难燃,且无烟、无熔滴现象。
由此可以看出,本发明的硅基阻燃剂与普通阻燃剂相比具有冷却、抑烟、稀释气体、防熔滴等效果,实现了该硅基阻燃剂在阻燃织物中的有效阻燃。
从图2和图3中可以看出,未经阻燃处理的纤维织物燃烧的炭渣较为疏松,炭渣之间出现大面积的裂缝和泡孔,燃烧过程破坏了纤维原有的结构形态。而在纤维织物添加本发明的硅基阻燃剂后,阻燃剂中的磷能促进碳层的形成,硅酸钠因分解而生成SiO2层,与偏硼酸钠加热形成的玻璃状涂层一起覆盖在纤维表面,形成致密的保护层,以防止纤维裂解的可燃性气体向外扩散,所以炭渣表面几乎没有气泡,保护层也成功地阻止了氧气的进入,让基质不易燃烧,阻止碳层的氧化。氢氧化铝吸热分解降低了纤维基体的温度,改善了其热稳定性,使炭渣保持了纤维燃烧前的结构形态,从而达到阻燃效果。
实施例1
使用模数1.4的硅酸钠,与氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵按照48:2:1:1:0.3的复配比例复配得到硅基阻燃剂。
实施例2
使用模数1.8的硅酸钠,与氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵按照500:3:3:1:0.6的复配比例复配得到硅基阻燃剂。
实施例3
使用模数1.8的硅酸钠,先进行表面改性,与氨丙基三乙氧基硅烷混合均匀,氨丙基三乙氧基硅烷的使用量为所述硅酸钠的1.5wt%,然后与氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵按照500:3.5:1.5:1:1的复配比例复配得到硅基阻燃剂。
实施例4
使用模数1.4的硅酸钠,先进行表面改性,与表面改性剂N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷混合均匀,表面改性剂N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷的使用量为所述硅酸钠的1wt%,然后与氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵按照500:3:3:1:0.6的复配比例复配得到硅基阻燃剂。
实施例5
使用模数1.6的硅酸钠,先进行表面改性,与表面改性剂N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷混合均匀,表面改性剂氨N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷的使用量为所述硅酸钠的2wt%,然后与氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵按照520:4:3:2:0.8的复配比例复配得到硅基阻燃剂。
实施例6
使用模数1.4的硅酸钠,先进行表面改性,与表面改性剂双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物混合均匀,表面改性剂双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物的使用量为所述硅酸钠的3wt%,然后与氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵按照460:2:1:1:0.5的复配比例复配得到硅基阻燃剂。
实施例1-6的硅基阻燃剂的物理机械性能,以及将实施例1-6的硅基阻燃剂分别添加到粘胶纤维织物中,做燃烧实验的阻燃性能指标情况见表1。
表1

Claims (6)

1.一种硅基阻燃剂,其特征在于:所述硅基阻燃剂包含复配比例为450~550:1~5:1~3:1~2:0.2~1的硅酸钠、氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵。
2.如权利要求1所述的硅基阻燃剂,其特征在于:所述硅酸钠为模数为1.4~1.8的硅酸钠。
3.如权利要求1所述的硅基阻燃剂,其特征在于:所述硅基阻燃剂包含复配比例为500:3:3:1:0.6的硅酸钠、氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵。
4.如权利要求1、2或3所述的硅基阻燃剂,其特征在于:所述硅酸钠为经过表面改性后的硅酸钠,所述表面改性用的表面改性剂为氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物中的任一种。
5.如权利要求4所述的硅基阻燃剂,其特征在于:所述表面改性用的表面改性剂为N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
6.如权利要求4所述的硅基阻燃剂,其特征在于:所述表面改性剂的添加量为所述硅酸钠的0.5~5wt%。
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