CN107446317B - 一种poss改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物及其制备方法 - Google Patents

一种poss改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物及其制备方法，属于阻燃技术领域。本发明以乙烯基酯树脂为原料，磺酸钾POSS、梯型POSS和含磷POSS之一或其中任意两者的组合或三者的组合作为阻燃剂，以过氧化甲乙酮等做固化剂，以异辛酸钴等做促进剂，最终得到了一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物。本发明的乙烯基树脂组合物，其阻燃性强，热稳定性好，POSS与乙烯基酯树脂的相容性好，而且本身不含卤素，能同时达到阻燃、低毒和抑烟的效果，混合可达到分子水平，制备方法简单，适合大量生产。

Description

一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物及其制备 方法
技术领域
本发明涉及一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物及其制备方法，属于阻燃技术领域。
背景技术
乙烯基酯树脂是由环氧树脂与含双键的不饱和一元羧酸加成聚合的产物，其工艺性能与不饱和聚酯树脂相似，化学结构又与环氧树脂相近，因而可称为结合聚酯树脂和环氧树脂两者长处而产生的一种新型树脂，乙烯基酯树脂作为不饱和聚酯树脂的一种，以其具有优良的力学性能、耐高温性能、耐化学腐蚀性能以及快速固化、粘度小易于流动等优点，己广泛应用于玻璃钢耐腐蚀制品及化工耐腐蚀工程。目前乙烯基酯树脂阻燃的研究方向是无卤阻燃，在含卤素的情况下，材料在高温下发烟量大且释放出来的烟雾、气体中的有毒成分将腐蚀环境物体,使人窒息,造成更多更大的二次灾害,因此其应用范围受到越来越多的限制。
多面体低聚硅倍半氧烷(POSS)单体是一类以Si-O为骨架，联接成的有机无机杂化分子，其典型分子式为(RSiO1.5)n(n＝8)，化合物种类多样，但目前部分POSS存在与基材相容性不好，影响基材力学性能的现象。
发明内容
本发明的目的是为了提高乙烯基酯树脂阻燃性能，同时解决传统阻燃剂阻燃乙烯基酯树脂燃烧过程中烟密度和烟毒性大的问题，以及传统阻燃剂与乙烯基酯树脂相容性不好，树脂粘度大的问题，提供一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物及其制备方法，使乙烯基树脂达到阻燃、低烟、低毒性能。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物，包括乙烯基酯树脂、固化剂、促进剂和阻燃剂。
情况一：
以含POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物的总质量计，各组份的质量百分含量为：
乙烯基酯树脂 60％～94％
固化剂 1％～20％
阻燃剂 5％～30％
情况二：
以含POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物的总质量计，各组份的质量百分含量为：
Figure BDA0001353744090000021
所述的乙烯基酯树脂为双酚A环氧乙烯基酯树脂或酚醛环氧乙烯基酯树脂。
所述的固化剂为过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化苯甲酰、过苯甲酸叔丁酯或异丙苯过氧化氢中的一种或几种。
所述的促进剂是异辛酸钴、环烷酸钴、二甲基苯胺、二乙基苯胺或二甲基对甲基苯胺中的一种或几种。
所述的阻燃剂是磺酸钾POSS、梯型POSS和含磷POSS之一或其中任意两者的组合或三者的组合，由于它们各自的结构特点和反应活性，可以很容易的使POSS化合物与乙烯基酯树脂达到分子级水平结合，具体阻燃剂结构和特点如下：
(1)磺酸钾POSS：磺酸钾POSS是一种具有良好催化成炭作用的含金属POSS化合物，会显著降低乙烯基酯树脂的烟气释放量及烟毒性，磺酸钾POSS结构式如式(1)所示：
Figure BDA0001353744090000031
(2)梯型POSS：梯型POSS分子外部的苯基基团以及梯型POSS化合物所具有羟基基团可以使其很容易与乙烯基酯树脂达到分子水平结合，残炭高，同时可降低烟释放量，梯型POSS结构式如式(2)所示：
Figure BDA0001353744090000032
(3)含磷POSS：含磷POSS化合物具有硅、磷两种阻燃元素，可以发挥高效的分子内协同阻燃效果，同时可通过化学反应与乙烯基树脂达到分子级水平结合，含磷POSS结构式如式(3)所示：
Figure BDA0001353744090000033
一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物的制备方法，具体制备步骤为：
步骤一、将乙烯基酯树脂和阻燃剂搅拌均匀，得到乙烯基酯树脂体系；
步骤二、向步骤一所得的乙烯基酯树脂体系中加入固化剂，混合均匀，得到树脂体系；
步骤三、向步骤一所得的树脂体系中加入促进剂搅拌均匀，得到乙烯基酯固化体系；
步骤四、将步骤三所得的乙烯基酯固化体系固化直至反应完全后得到POSS改性阻燃、低烟、低毒乙烯基酯树脂组合物。
在步骤四固化前对步骤三所得的乙烯基酯固化体系抽真空处理；
所述抽真空的真空度达到-0.01～-0.09MPa；
步骤一所述的搅拌温度为25～100℃；
步骤二所述混合温度为25～60℃；
步骤三所述的搅拌温度为25～60℃；
步骤四所述固化温度为25～100℃；
有益效果
本发明采用POSS作为阻燃剂，其阻燃性强，热稳定性好，与乙烯基酯树脂相容性好，而且本身不含卤素，能同时达到阻燃、低毒和抑烟的效果，混合可达到分子水平，制备方法简单，适合大量生产。
具体实施方式
以下结合具体的实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于实施例所涉及的范围。
实施例1
一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物包括双酚A环氧乙烯基酯树脂、固化剂过氧化甲乙酮、促进剂异辛酸钴和阻燃剂磺酸钾POSS、梯型POSS以及含磷POSS的混合物，各组份的质量百分比如下：
Figure BDA0001353744090000041
Figure BDA0001353744090000051
一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物的制备方法，具体制备步骤为：
1)将154g双酚A环氧乙烯基酯树脂、10g磺酸钾POSS、15g梯型POSS和15g含磷POSS的混合物加入混合釜中，25℃下搅拌，直至混合均匀；
2)将1)中的双酚A环氧乙烯基酯树脂混合液温度控制在25℃，加入6g固化剂过氧化甲乙酮，然后搅拌至固化剂与树脂体系混合均匀；
3)将2)中的双酚A环氧乙烯基酯树脂混合液抽真空处理，待真空度达到-0.06MPa左右时，保持5min；
4)将3)中的双酚A环氧乙烯基酯树脂混合液倒出，在室温(25℃)条件下固化24小时，然后在100℃条件下固化6h，得到一种含POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物。
实施例2
一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物包括双酚A环氧乙烯基酯树脂、固化剂过氧化甲乙酮、促进剂异辛酸钴和阻燃剂磺酸钾POSS、梯型POSS以及含磷POSS的混合物，各组份的质量百分比如下：
Figure BDA0001353744090000052
一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物的制备方法，具体制备步骤为：
1)将153g双酚A环氧乙烯基酯树脂、10g磺酸钾POSS、15g梯型POSS和15g含磷POSS的混合物加入混合釜中，25℃下搅拌，直至混合均匀；
2)将1)中的双酚A环氧乙烯基酯树脂混合液温度控制在25℃，加入6g固化剂过氧化甲乙酮，然后搅拌至固化剂与树脂体系混合均匀；
3)将2)中的树脂体系温度控制在25℃左右，加入1g固化促进剂异辛酸钴，然后搅拌至固化促进剂在树脂体系中混合均匀；
4)将3)中的双酚A环氧乙烯基酯树脂混合液抽真空处理，待真空度达到-0.05MPa左右时，保持5min；
5)将4)中的双酚A环氧乙烯基酯树脂混合液倒出，在室温(25℃)条件下固化24小时，然后在100℃条件下固化6h，得到一种含POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物。
实施例3
一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物包括酚醛环氧乙烯基酯树脂、固化剂过氧化环乙酮、促进剂环烷酸钴和阻燃剂磺酸钾POSS、梯型POSS以及含磷POSS的混合物，各组份的质量百分比如下：
Figure BDA0001353744090000061
一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物的制备方法，具体制备步骤为：
1)将169g酚醛环氧乙烯基酯树脂、9g磺酸钾POSS、7g梯型POSS和6g含磷POSS的混合物加入混合釜中，25℃下搅拌，直至体系混合均匀；
2)将1)中的酚醛环氧乙烯基酯树脂混合液温度调至25℃，加入8g固化剂过氧化环乙酮，然后搅拌至固化剂混合均匀；
3)将2)中的树脂体系温度控制在25℃左右，加入1g固化促进剂环烷酸钴，然后搅拌至固化促进剂在树脂体系中混合均匀；
4)将3)中的酚醛环氧乙烯基酯树脂混合液抽真空处理，待真空度达到-0.06MPa左右时，保持5min；
5)将4)中的酚醛环氧乙烯基酯树脂混合液倒出，在室温(25℃)条件下固化24小时，然后在100℃条件下固化6h，得到一种含POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物。
实施例4
一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物包括酚醛环氧乙烯基酯树脂、固化剂过氧化苯甲酰、促进剂二甲基苯胺和阻燃剂磺酸钾POSS，各组份的质量百分比如下：
Figure BDA0001353744090000071
一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物的制备方法，具体制备步骤为：
1)将170g酚醛环氧乙烯基酯树脂、20g磺酸钾POSS加入混合釜中，80℃下搅拌，直至体系混合均匀；
2)将1)中的酚醛环氧乙烯基酯树脂混合液温度降至25℃左右，以保证固化剂与酚醛环氧乙烯基酯树脂混合液有充足的预处理时间，然后再加入8g固化剂过氧化苯甲酰，搅拌至固化剂混合均匀；
3)将2)中的树脂体系温度保持在25℃左右，加入2g固化促进剂二甲基苯胺，搅拌至固化促进剂在树脂体系中混合均匀；
4)将3)中的酚醛环氧乙烯基酯树脂混合液抽真空处理，待真空度达到-0.09MPa左右时，保持5min；
5)将4)中的酚醛环氧乙烯基酯树脂混合液倒出，在70℃条件下固化6h，然后在95℃条件下固化10h，得到一种含POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物。
实施例5
一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物包括双酚A环氧乙烯基酯树脂、固化剂过苯甲酸叔丁酯、促进剂异辛酸钴、阻燃剂磺酸钾POSS和梯型POSS的混合物，各组份的质量百分比如下：
Figure BDA0001353744090000081
一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物的制备方法，具体制备步骤为：
1)将154g双酚A环氧乙烯基酯树脂、18g磺酸钾POSS和18g梯型POSS的混合物加入混合釜中，70℃下搅拌，直至体系混合均匀；
2)将1)中的双酚A环氧乙烯基酯树脂混合液温度降至25℃左右，以保证固化剂与酚醛环氧乙烯基酯树脂混合液有充足的预处理时间，然后再加入8g固化剂过苯甲酸叔丁酯，搅拌至固化剂混合均匀；
3)将2)中的树脂体系温度保持在25℃左右，加入2g固化促进剂异辛酸钴，搅拌至固化促进剂在树脂体系中混合均匀；
4)将3)中的双酚A环氧乙烯基酯树脂混合液抽真空处理，待真空度达到-0.06MPa左右时，保持3min；
5)将4)中的双酚A环氧乙烯基酯树脂混合液倒出，在60℃条件下固化4h，然后在100℃条件下固化8h，得到一种含POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物。
实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5所制备的组合物按照标准尺寸浇筑到模具中制备成测试所需样条。
氧指数测试按照GB/T 8924标准测试，试样尺寸为130mm×6.5mm×3mm；燃烧热值测试按照ISO 1716-2010标准测试；材料高温热解物毒性测试按照GJB 3881-1999标准；树脂浇铸体弯曲性能测试按照GB/T 2570-1995标准测试，试样尺寸为100mm×15mm×4mm；
纯乙烯基酯树脂和各实施例组合物性能测试结果如表1所示：
表1.纯乙烯基酯树脂和各实施例组合物性能测试结果
Figure BDA0001353744090000091
本发明利用磺酸钾POSS、梯型POSS和含磷POSS的高阻燃性、高热稳定性、无卤及良好的相容性，对乙烯基酯树脂进行功能改性，得到乙烯基酯树脂的氧指数从19.0％提升至32.2％；高温热解毒性从中等毒性降低至低等毒性。另外，还能将燃烧热值降至纯乙烯基酯树脂的1/3以下，同时保证材料的弯曲强度。本发明所述的POSS改性乙烯基酯树脂组合物具有良好的阻燃、低毒和抑烟效果，制备方法简单，适合大量生产。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例，用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物，其特征在于：包括乙烯基酯树脂、固化剂、促进剂和阻燃剂；以含POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物的总质量计，各组份的质量百分含量为：
乙烯基酯树脂60％～94％
固化剂1％～20％
阻燃剂5％～30％；
所述的阻燃剂是磺酸钾POSS、梯型POSS和含磷POSS之一或其中任意两者的组合或三者的组合；
所述磺酸钾POSS：磺酸钾POSS是一种具有良好催化成炭作用的含金属POSS化合物，会显著降低乙烯基酯树脂的烟气释放量及烟毒性，磺酸钾POSS结构式如式(1)所示：
Figure FDA0002455032780000011
梯型POSS：梯型POSS分子外部的苯基基团以及梯型POSS化合物所具有羟基基团可以使其很容易与乙烯基酯树脂达到分子水平结合，残炭高，同时可降低烟释放量，梯型POSS结构式如式(2)所示：
Figure FDA0002455032780000012
n：1,2,3或4；
含磷POSS：含磷POSS化合物具有硅、磷两种阻燃元素，可以发挥高效的分子内协同阻燃效果，同时可通过化学反应与乙烯基树脂达到分子级水平结合，含磷POSS结构式如式(3)所示：
Figure FDA0002455032780000021
2.一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物，其特征在于：以含POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物的总质量计，各组份的质量百分含量为：
乙烯基酯树脂60％～93％
固化剂1％～20％
促进剂0.1％～2％
阻燃剂5％～30％；
所述的阻燃剂是磺酸钾POSS、梯型POSS和含磷POSS之一或其中任意两者的组合或三者的组合；所述磺酸钾POSS：
磺酸钾POSS是一种具有良好催化成炭作用的含金属POSS化合物，会显著降低乙烯基酯树脂的烟气释放量及烟毒性，磺酸钾POSS结构式如式(1)所示：
Figure FDA0002455032780000022
梯型POSS：梯型POSS分子外部的苯基基团以及梯型POSS化合物所具有羟基基团可以使其很容易与乙烯基酯树脂达到分子水平结合，残炭高，同时可降低烟释放量，梯型POSS结构式如式(2)所示：
Figure FDA0002455032780000031
n：1,2,3或4；
含磷POSS：含磷POSS化合物具有硅、磷两种阻燃元素，可以发挥高效的分子内协同阻燃效果，同时可通过化学反应与乙烯基树脂达到分子级水平结合，含磷POSS结构式如式(3)所示：
Figure FDA0002455032780000032
3.如权利要求1或2所述的一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物，其特征在于：所述的乙烯基酯树脂为双酚A环氧乙烯基酯树脂或酚醛环氧乙烯基酯树脂；所述的固化剂为过氧化甲乙酮、过氧化环己酮、过氧化苯甲酰、过苯甲酸叔丁酯或异丙苯过氧化氢中的一种或几种。
4.如权利要求2所述的一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物，其特征在于：所述的促进剂是异辛酸钴、环烷酸钴、二甲基苯胺、二乙基苯胺或二甲基对甲基苯胺中的一种或几种。
5.一种如权利要求2所述的POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物的制备方法，其特征在于：具体制备步骤为：
步骤一、将乙烯基酯树脂和阻燃剂搅拌均匀，得到乙烯基酯树脂体系；
步骤二、向步骤一所得的乙烯基酯树脂体系中加入固化剂，混合均匀，得到树脂体系；
步骤三、向步骤二所得的树脂体系中加入促进剂搅拌均匀，得到乙烯基酯固化体系；
步骤四、将步骤三所得的乙烯基酯固化体系固化直至反应完全后得到POSS改性阻燃、低烟、低毒乙烯基酯树脂组合物。
6.如权利要求5所述的一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物的制备方法，其特征在于：在步骤四固化前对步骤三所得的乙烯基酯固化体系抽真空处理。
7.如权利要求6所述的一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物的制备方法，其特征在于：所述抽真空的真空度达到-0.01～-0.09MPa。
8.如权利要求5所述的一种POSS改性阻燃低烟低毒乙烯基酯树脂组合物的制备方法，其特征在于：步骤一所述的搅拌温度为25～100℃；步骤二所述混合温度为25～60℃；步骤三所述的搅拌温度为25～60℃；步骤四所述固化温度为25～100℃。
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