CN109438992A - 一种阻燃有机硅泡沫材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻燃有机硅泡沫材料，包括A组分和B组分，其中，A组分主要由以下重量份原料制备而成：乙烯基硅油、含苯基硅油、助发泡剂、阻燃剂、催化剂0、抑制剂；B组分主要由以下重量份原料制备而成：乙烯基硅油、含苯基硅油、含氢硅油、阻燃剂。本发明的制备方法：(1)将乙烯基硅油、含苯基硅油、助发泡剂、阻燃剂、催化剂和抑制剂按照质量配比混合均匀制成A组分；(2)将乙烯基硅油、含苯基硅油、含氢硅油和阻燃剂按照质量配比制成B组分。本发明的有机硅泡沫材料引入高苯基硅油(本征阻燃)与无机阻燃剂(协助阻燃)复配，不含有卤素，无机阻燃剂填充小，能够同时兼顾高强度和环保阻燃的问题。

Description

一种阻燃有机硅泡沫材料及其制备方法

技术领域

本发明属于高分子材料领域，尤其涉及一种阻燃有机硅泡沫材料及其制备方法。

背景技术

有机硅材料是以硅氧键为主体，以有机基团为侧链的高分子材料，除了具有优越的耐高低温、耐老化、耐臭氧、电绝缘性及耐化学反应性能优良的特点之外，还具有质量轻、高弹性、良好的减震降噪性能，使其在航天航空、轨道交通、电子电器原件、各种密封材料等领域得到广泛应用。尤其是在轨道交通领域，随着人们对舒适性、环保、安全性需求的进一步提升，对轨道交通用有机硅泡沫材料的力学性能及环保阻燃性能也提出了更高的要求。比如，欧盟新推出的轨道交通领域防火标准EN45545，不仅规定了材料的平均最大热释放速率，还对烟密度烟毒性等方面做出了严格要求。

如专利USP3923705公开了使用铂或铂化合物以改进聚有机硅氧烷泡沫体的阻燃性，其中聚有机硅氧烷泡沫体是通过有机氢硅氧烷与含羟基硅氧烷反应制备的，这种传统的阻燃方法制成的泡沫材料阻燃性能较差。专利CN00803323.4A涉及一种通过添加硅灰石及其他无机矿物并在燃烧时形成坚硬焦化物以达到阻燃效果的聚硅氧烷泡沫体，其是通过添加大量的无机矿物，虽然阻燃性能有所提高，但是高填充的无机填料会降低泡沫的力学性能，影响在实际产品中的应用。专利CN107141806A涉及一种通过加入溴化改性硅油达到阻燃的有机硅泡沫材料，卤素的加入能够提高泡沫的阻燃性能，但是在燃烧过程中，含卤素的泡沫会产生大量烟雾，并且释放较多有毒气体，对人类身体健康造成危害。由此可见，目前高填充的无机阻燃剂会降低材料的力学性能，而有卤阻燃带来的不环保问题，因此，有机硅泡沫材料很难兼顾高强度和环保阻燃的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种能够兼顾有机硅泡沫材料高强度和环保阻燃的问题的有机硅泡沫材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种阻燃有机硅泡沫材料，包括A组分和B组分，其中，所述A组分主要由以下重量份原料制备而成：

所述B组分主要由以下重量份原料制备而成：

上述的阻燃有机硅泡沫材料，优选的，所述乙烯基硅油为每个分子中至少含有两个乙烯基的聚二甲基硅氧烷，乙烯基质量分数在0.01％～5％，在25℃下的粘度为10～1000000mPa*s。

上述的阻燃有机硅泡沫材料，优选的，所述乙烯基硅油的粘度为500～500000mPa*s。

上述的阻燃有机硅泡沫材料，优选的，所述含苯基硅油为含羟基的苯基硅油、含乙烯基的苯基硅油中的一种或者多种，其苯基含量为5％～30％。苯基含量低，则泡沫材料耐辐射及阻燃性能不佳，苯基含量过高，则泡沫材料加工性能及力学性能会变差。

上述的阻燃有机硅泡沫材料，优选的，所述含苯基硅油中的苯基含量为10％～20％。

上述的阻燃有机硅泡沫材料，优选的，所述含氢硅油中氢的质量分数为0.1％～1.5％。含氢量过低会导致交联点不够，固化程度不够，泡沫发软无强度，且会使产氢气不够而导致发泡量小密度过大；含氢量过高会导致交联程度过大，泡沫过硬发脆，失去弹性。

上述的阻燃有机硅泡沫材料，优选的，所述助发泡剂为乙醇、乙二醇、丙醇、丁二醇中的一种或多种；所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或者多种。

上述的阻燃有机硅泡沫材料，优选的，所述催化剂为氯铂酸；所述抑制剂为1-炔基环己醇。

本发明有机硅泡沫配方中引入参与反应的含苯基硅油，通过反应将苯基引入泡沫本体，属于本征阻燃，阻燃效率高，带苯基硅橡胶对比不含苯基硅橡胶具有更好的耐热、耐辐照及阻燃性能，高苯基复配氢氧化铝或氢氧化镁等无机阻燃剂，可以得到一个较好的阻燃效果，尤其表现在平均最大热释放速率MARHE及烟密度烟毒性方面性能较好；同时，本发明高含苯基硅油的加入，可以使无机阻燃剂添加量大大减少，从而使得有机硅泡沫在环保阻燃同时仍具备高强度力学性能。

作为一个总的发明构思，本发明还提供一种上述的有机硅泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)将乙烯基硅油、含苯基硅油、助发泡剂、阻燃剂、催化剂和抑制剂按照质量配比混合均匀制成A组分；

(2)将乙烯基硅油、含苯基硅油、含氢硅油和阻燃剂按照质量配比制成B组分。

上述的制备方法，优选的，有机硅泡沫材料是以双组分进行封装的，在使用时将A、B组分混合均匀，然后将混合料置入模具型腔内，进行升温发泡、热处理，即得到有机硅泡沫复合材料。

上述的制备方法，优选的，所述发泡温度为100℃～120℃，发泡时间为10min～30min；热处理温度为150℃～160℃，热处理时间为4h～6h。在100℃～120℃发泡，是考虑到一个合适的发泡和固化时间，且在这个温度发泡和固化速度相匹配，制备的泡沫泡孔比较均匀，形态较好，在这一阶段泡沫基本成型，发泡固化基本完成；而更高温度的二段热处理可以使泡沫完全固化，提高泡沫材料的综合性能。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明的有机硅泡沫材料引入高苯基硅油(本征阻燃)与无机阻燃剂(协助阻燃)复配，不含有卤素，无机阻燃剂填充小，能够同时兼顾高强度和环保阻燃的问题。

(2)本发明有机硅泡沫材料拉伸性能良好，其拉伸强度＞400kPa，断裂伸长率＞110％；阻燃性能优异，其平均最大热释放速率MARHE＜60kw/m²；烟密度Ds max<80；烟毒性CITg<0.1。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合较佳的实施例对本文发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。

除非另有特别说明，本发明中用到的各种原材料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

以下实施例和对比例中的阻燃有机硅泡沫材料的拉伸强度、拉断伸长率按照ASTMD412-2015a标准进行测试；平均最大热释放速率、烟密度、烟毒性按照EN45545标准进行测试。

实施例1：

一种本发明的阻燃有机硅泡沫材料，包括A组分和B组分，其中，A组分主要由以下重量份原料制备而成：粘度为100Pa.s，乙烯基质量分数为0.02％的乙烯基硅油55g、粘度为1000mPa.s，乙烯基质量分数为4％的乙烯基硅油15g、苯基含量为15％的含羟基苯基硅油20g、乙二醇2g、氢氧化铝8g、氯铂酸0.2g、1-炔基环己醇0.02g；B组分主要由以下重量份原料制备而成：粘度为100Pa.s，乙烯基质量分数为0.02％的乙烯基硅油50g，苯基含量为15％的含羟基苯基硅油20g，含氢量为0.75％的含氢硅油25g，氢氧化铝5g。

本实施例的阻燃有机硅泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取粘度为100Pa.s，乙烯基质量分数为0.02％的乙烯基硅油55g、粘度为1000mPa.s，乙烯基质量分数为4％的乙烯基硅油15g、苯基含量为15％的含羟基苯基硅油20g、乙二醇2g、氢氧化铝8g、氯铂酸0.2g、1-炔基环己醇0.02g，通过机械搅拌充分混匀得到A组分；

(2)取粘度为100Pa.s，乙烯基质量分数为0.02％的乙烯基硅油50g、苯基含量为15％的羟基含苯基硅油20g、含氢量为0.75％的含氢硅油25g、氢氧化铝5g，通过机械搅拌充分混匀得到B组分；

(3)以1:1的比例将A、B组分机械搅拌均匀，于100℃下发泡固化15min再在160℃下处理4h得到阻燃有机硅泡沫样品1。

样品1性能测试结果，拉伸强度475kPa，断裂伸长率120％，其平均最大热释放速率MARHE为51kw/m₂，烟密度Ds max为65，烟毒性CITg为0.0435。

实施例2：

一种本发明的阻燃有机硅泡沫材料，包括A组分和B组分，其中，A组分主要由以下重量份原料制备而成：粘度为50Pa.s，乙烯基质量分数为0.04％的乙烯基硅油50g、粘度1500mPa.s，乙烯基质量分数为3％的乙烯基硅油15g、苯基含量为20％的含羟基苯基硅油23g、乙二醇2g、氢氧化铝10g、氯铂酸0.2g、1-炔基环己醇0.02g；B组分主要由以下重量份原料制备而成：粘度为50Pa.s，乙烯基质量分数为0.04％的乙烯基硅油50g、苯基含量为20％的含羟基苯基硅油20g、含氢量为0.75％的含氢硅油25g、氢氧化镁5g。

本实施例的阻燃有机硅泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取粘度为50Pa.s，乙烯基质量分数为0.04％的乙烯基硅油50g、粘度为1500mPa.s，乙烯基质量分数为3％的乙烯基硅油15g、苯基含量为20％的含羟基苯基硅油23g、乙二醇2g、氢氧化铝10g、氯铂酸0.2g、乙炔基环己醇0.02g，通过机械搅拌充分混匀得到A组分；

(2)取粘度为50Pa.s，乙烯基质量分数为0.04％的乙烯基硅油50g、苯基含量为20％的含羟基苯基硅油20g、含氢量为0.75％的含氢硅油25g、氢氧化镁5g，通过机械搅拌充分混匀得到B组分；

(3)以1:1的比例将A、B组分机械搅拌均匀，于120℃下发泡固化10min再在150℃下处理5h得到阻燃有机硅泡沫样品2。

样品2性能测试结果，拉伸强度415kPa，断裂伸长率135％，其平均最大热释放速率MARHE为48kw/m²，烟密度Ds max为55，烟毒性CITg为0.0349。

对比例1：

本对比例的阻燃有机硅泡沫材料，包括A组分和B组分，其中，A组分主要由以下重量份原料制备而成：粘度为50Pa.s，乙烯基质量分数为0.04％的乙烯基硅油60g、粘度1500mPa.s，乙烯基质量分数为3％的乙烯基硅油15g、乙二醇2g、氢氧化铝23g、氯铂酸0.2g、1-炔基环己醇0.02g；B组分主要由以下重量份原料制备而成：粘度为50Pa.s，乙烯基质量分数为0.04％的乙烯基硅油60g、含氢量为0.75％的含氢硅油25g、氢氧化镁15g。

本对比例的阻燃有机硅泡沫材料的制备方法，包括以下步骤：

(1)取粘度为50Pa.s，乙烯基质量分数为0.04％的乙烯基硅油60g、粘度1500mPa.s，乙烯基质量分数为3％的乙烯基硅油15g、乙二醇2g、氢氧化铝23g、氯铂酸0.2g、乙炔基环己醇0.02g，通过机械搅拌充分混匀得到A组分；

(2)取粘度为50Pa.s，乙烯基质量分数为0.04％的乙烯基硅油60g、含氢量为0.75％的含氢硅油25g、氢氧化镁15g，通过机械搅拌充分混匀得到B组分；

(3)以1:1的比例将A、B组分机械搅拌均匀，于120℃下发泡固化10min再在150℃下处理5h得到阻燃有机硅泡沫样品3。

样品3性能测试结果，拉伸强度285kPa，断裂伸长率85％；阻燃性能方面，其平均最大热释放速率MARHE为68kw/m²；烟密度Ds max为83；烟毒性CITg为0.0415。

由样品1和样品2的结果可以看出，苯基硅油复配无机阻燃剂可以使泡沫得到较好的力学性能和阻燃性能，是由于苯基硅油通过反应将苯基带入到泡沫主体中，能提高泡沫耐辐射及耐热性能，低添加量的无机阻燃剂也保证了力学性能不会损失太多；而样品3单纯添加高组分的无机阻燃剂，不仅阻燃性能达不到苯基硅油与无机阻燃剂复配的效果，力学性能还下降较多，由此可看出本申请阻燃有机硅泡沫的优势。

Claims (9)

1.一种阻燃有机硅泡沫材料，其特征在于，包括A组分和B组分，其中，所述A组分主要由以下重量份原料制备而成：

所述B组分主要由以下重量份原料制备而成：

2.如权利要求1所述的阻燃有机硅泡沫材料，其特征在于，所述乙烯基硅油中乙烯基质量分数为0.01％～5％，在25℃下的粘度为10～1000000mPa*s。

3.如权利要求2所述的阻燃有机硅泡沫材料，其特征在于，所述乙烯基硅油的粘度为500～500000mPa*s。

4.如权利要求1所述的阻燃有机硅泡沫材料，其特征在于，所述含苯基硅油为含羟基的苯基硅油、含乙烯基的苯基硅油中的一种或者多种，其苯基含量为5％～30％。

5.如权利要求4所述的阻燃有机硅泡沫材料，其特征在于，所述含苯基硅油中的苯基含量为10％～20％。

6.如权利要求1所述的阻燃有机硅泡沫材料，其特征在于，所述含氢硅油中氢的质量分数为0.1％～1.5％。

7.如权利要求1所述的阻燃有机硅泡沫材料，其特征在于，所述助发泡剂为乙醇、乙二醇、丙醇、丁二醇中的一种或多种；所述阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁中的一种或者多种。

8.如权利要求1所述的阻燃有机硅泡沫材料，其特征在于，所述催化剂为氯铂酸；所述抑制剂为1-炔基环己醇。

9.一种如权利要求1-8任一项所述的有机硅泡沫材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将乙烯基硅油、含苯基硅油、助发泡剂、阻燃剂、催化剂和抑制剂按照质量配比混合均匀制成A组分；

(2)将乙烯基硅油、含苯基硅油、含氢硅油和阻燃剂按照质量配比制成B组分。