CN109575462B - 一种防火聚合物复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

一种防火聚合物复合材料，其原料组成为：有机硅/聚合物杂化材料80–100、助剂0.6–1.0，其中，有机硅/聚合物杂化材料的原料组成为：硅烷水解液10–13、苯乙烯5–8、丙烯腈5–8、1,3‑丁二烯5–8、聚合引发剂0.2–0.6，硅烷水解液的原料组成为：硅烷0.6–0.8、催化剂1–3、水2–4，硅烷包括乙烯基苯基二乙氧基硅烷，制备时，先将硅烷水解液、苯乙烯、丙烯腈、聚合引发剂按所需比例混合均匀，再加入1,3‑丁二烯，并于85–95℃下聚合反应至体系粘度达到200–300cp后干燥得到有机硅/聚合物杂化材料，再将其与助剂混合挤出造粒即可。该材料具有良好的阻燃性能。

Description

一种防火聚合物复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于有机高分子复合材料领域，具体涉及一种防火聚合物复合材料及其制备方法，该材料为环保耐火高分子工程塑料，主要作为车用材料使用。

背景技术

近年来，电动自行车、电动摩托车、电动三轮车等电动车以其经济、便捷等特点，逐步成为群众出行代步的重要工具，保有量迅猛增长。但由于安全技术标准不健全、市场监管不到位、存放充电方面问题突出等原因，电动车火灾事故频发，给人民群众生命财产安全造成重大损失。电动车都使用塑料外壳，一旦自燃，塑料外壳就会迅速燃烧、蔓延，还会产生大量的有毒有害气体，出现浓烟滚滚的现象。如果电动车外壳使用防火材料，就能防止电动车自燃。据了解，目前国内大多数电动车材料主要是ABS工程塑料、聚丙烯、聚氨酯材料，这些塑料材料自身不具有阻燃防火性质，而且燃烧时会产生大量有毒有害物质，这也是导致电瓶车火灾高发的重要原因。在传统工艺中，用来阻燃材料都添加有卤素作为阻燃剂，但卤素燃烧后会散发出二恶英等有毒有害气体，对环境造成很大污染。

在上述背景下，有机硅阻燃剂应运而生。但目前，有机硅阻燃剂大多采用添加型，即有机硅阻燃剂与高分子材料机械共混复合，有机硅阻燃剂只能在高聚物的表面富集，虽然其也能在高聚物表面形成薄层，在火焰下起到一定的隔热阻燃作用，但无法承受持续高温火焰的灼烧。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的无法承受持续高温火焰灼烧的问题，提供一种能够承受持续高温火焰灼烧的防火聚合物复合材料及其制备方法。

为实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：

一种防火聚合物复合材料，其原料组成为：有机硅/聚合物杂化材料80–100、助剂0.6–1.0，其中，所述有机硅/聚合物杂化材料的原料组成为：硅烷水解液10–13、苯乙烯5–8、丙烯腈5–8、1,3-丁二烯5–8、聚合引发剂0.2–0.6，所述硅烷水解液的原料组成为：硅烷0.6–0.8、催化剂1–3、水2–4，所述硅烷包括乙烯基苯基二乙氧基硅烷。

所述硅烷还包括四乙氧基甲硅烷，所述四乙氧基甲硅烷与乙烯基苯基二乙氧基硅烷的重量份比为6–8:0.6–0.8。

所述聚合引发剂为过氧化二苯甲酰，所述催化剂为稀盐酸，所述助剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168，所述抗氧剂1010、抗氧剂168与有机硅/聚合物杂化材料的重量份比为0.3–0.5:0.3–0.5:80–100。

一种防火聚合物复合材料的制备方法，依次包括以下步骤：

步骤一、先将硅烷水解液、苯乙烯、丙烯腈、聚合引发剂按所需比例混合均匀，再加入1,3-丁二烯，并于85–95℃下聚合反应至体系粘度达到200–300cp后干燥，以得到有机硅/聚合物杂化材料；

步骤二、先将步骤一得到的有机硅/聚合物杂化材料与助剂按所需比例混合均匀，再排入挤出机中挤出造粒即可。

步骤一中，所述硅烷水解液的制备方法为：

先将硅烷与水按所需比例搅拌均匀，再加入催化剂搅拌至体系澄清透明即可。

步骤二中，所述挤出机的挤出工艺为：一区180±5℃，二区200±5℃，三区220±5℃，四区230±5℃，五区220±5℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明一种防火聚合物复合材料的原料组成为：有机硅/聚合物杂化材料80–100、助剂0.6–1.0，其中，有机硅/聚合物杂化材料的原料组成为：硅烷水解液10–13、苯乙烯5–8、丙烯腈5–8、1,3-丁二烯5–8、聚合引发剂0.2–0.6，硅烷水解液的原料组成为：硅烷0.6–0.8、催化剂1–3、水2–4，硅烷包括乙烯基苯基二乙氧基硅烷，该材料为均匀的有机硅/聚合物杂化材料，一方面，在500℃以上的高温和火焰烧蚀下，有机硅会在很短的时间内被烧蚀转化成坚硬的二氧化硅陶瓷壳体，从而形成一层良好的隔绝层，阻挡火焰的继续燃烧，而且烧蚀时间越长、温度越高，二氧化硅陶瓷的坚硬效果越明显，同时，有机硅/聚合物杂化材料中含有芳环侧链，成炭密度高，残渣残量高，进一步提高了阻燃防火效果，完全满足A级阻燃要求，另一方面，丙烯腈具有较强的耐化学腐蚀性和热稳定性，1,3-丁二烯具有橡胶的韧性，苯乙烯不仅具备较强的物理机械性能，而且还具有热塑性塑料的较好的加工流动性能，采用上述原料可在满足材料的机械性能的同时使得材料具有良好的加工性能。因此，本发明产品不仅具有良好的阻燃性能，而且在满足材料的机械性能的同时具有良好的加工性能。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

一种防火聚合物复合材料，其原料组成为：有机硅/聚合物杂化材料80–100、助剂0.6–1.0，其中，所述有机硅/聚合物杂化材料的原料组成为：硅烷水解液10–13、苯乙烯5–8、丙烯腈5–8、1,3-丁二烯5–8、聚合引发剂0.2–0.6，所述硅烷水解液的原料组成为：硅烷0.6–0.8、催化剂1–3、水2–4，所述硅烷包括乙烯基苯基二乙氧基硅烷。

所述硅烷还包括四乙氧基甲硅烷，所述四乙氧基甲硅烷与乙烯基苯基二乙氧基硅烷的重量份比为6–8:0.6–0.8。

所述聚合引发剂为过氧化二苯甲酰，所述催化剂为稀盐酸，所述助剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168，所述抗氧剂1010、抗氧剂168与有机硅/聚合物杂化材料的重量份比为0.3–0.5:0.3–0.5:80–100。

一种防火聚合物复合材料的制备方法，依次包括以下步骤：

步骤一、先将硅烷水解液、苯乙烯、丙烯腈、聚合引发剂按所需比例混合均匀，再加入1,3-丁二烯，并于85–95℃下聚合反应至体系粘度达到200–300cp后干燥，以得到有机硅/聚合物杂化材料；

步骤二、先将步骤一得到的有机硅/聚合物杂化材料与助剂按所需比例混合均匀，再排入挤出机中挤出造粒即可。

步骤一中，所述硅烷水解液的制备方法为：

先将硅烷与水按所需比例搅拌均匀，再加入催化剂搅拌至体系澄清透明即可。

步骤二中，所述挤出机的挤出工艺为：一区180±5℃，二区200±5℃，三区220±5℃，四区230±5℃，五区220±5℃。

本发明的原理说明如下：

本发明提供了一种有机硅聚合物，该材料既可以挤出成型，又能注塑成型，在火焰烧蚀下能在整个材料中形成二氧化硅陶瓷壳体，且硅聚合物含有芳环侧链，成炭密度高，残渣残量高，阻燃防火效果好，可以耐受1200～1500℃。

乙烯基苯基二乙氧基硅烷、四乙氧基甲硅烷：本发明中乙烯基苯基二乙氧基硅烷、四乙氧基甲硅烷用于提供聚合用的硅元素，且不会影响材料的机械性能。

本发明所述原料的反应方程式如下：

实施例1：

一种防火聚合物复合材料，其原料组成为：有机硅/聚合物杂化材料80、抗氧剂1010 0.3、抗氧剂168 0.3，其中，所述有机硅/聚合物杂化材料的原料组成为：硅烷水解液10、苯乙烯5、丙烯腈5、1,3-丁二烯5、聚合引发剂0.2，所述硅烷水解液的原料组成为：乙烯基苯基二乙氧基硅烷0.6、四乙氧基甲硅烷6、催化剂1、水2，所述聚合引发剂为过氧化二苯甲酰，所述催化剂为浓度在0.15mol/L的稀盐酸。

上述防火聚合物复合材料的制备方法，依次按照以下步骤进行：

步骤一、先在密闭容器中按所需比例加入乙烯基苯基二乙氧基硅烷、四乙氧基甲硅烷和水，再密封搅拌30min，随后加入稀盐酸密封搅拌至至体系澄清透明，得到硅烷水解液；

步骤二、先向硅烷水解液中按所需比例加入苯乙烯、丙烯腈、聚合引发剂搅拌均匀，再加入1,3-丁二烯，并于90℃下聚合反应至体系粘度达到200cp以得到聚合物溶液，然后在50℃下对聚合物溶液搅拌干燥3小时，得到粉状的有机硅/聚合物杂化材料；

步骤三、先将有机硅/聚合物杂化材料与抗氧剂1010、抗氧剂168按所需比例常温混合3分钟，再排入双螺杆挤出机中挤出造粒即得到有机硅/聚合物杂化颗粒，其中，所述双螺杆挤出机的挤出工艺为：一区180±5℃，二区200±5℃，三区220±5℃，四区230±5℃，五区220±5℃。

实施例2：

与实施例1的不同之处在于：

所述防火聚合物复合材料的原料组成为：有机硅/聚合物杂化材料90、抗氧剂10100.4、抗氧剂168 0.4，其中，所述有机硅/聚合物杂化材料的原料组成为：硅烷水解液12、苯乙烯7.5、丙烯腈7.5、1,3-丁二烯7.5、聚合引发剂0.4，所述硅烷水解液的原料组成为：乙烯基苯基二乙氧基硅烷0.7、四乙氧基甲硅烷7、催化剂2、水3。

所述步骤二中，聚合反应温度为85℃，聚合得到的体系粘度为300cp。

实施例3：

与实施例1的不同之处在于：

所述防火聚合物复合材料，其原料组成为：有机硅/聚合物杂化材料100、抗氧剂1010 0.5、抗氧剂168 0.5，其中，所述有机硅/聚合物杂化材料的原料组成为：硅烷水解液13、苯乙烯8、丙烯腈8、1,3-丁二烯8、聚合引发剂0.6，所述硅烷水解液的原料组成为：乙烯基苯基二乙氧基硅烷0.8、四乙氧基甲硅烷8、催化剂3、水4。

所述步骤二中，聚合反应温度为95℃，聚合得到的体系粘度为300cp。

本发明产品的各项性能测试结果如下：

密度：≤1.15g/cm³；

阻燃等级：A级；

释放有毒气体：无毒气释放；

烟密度：无焰，≤100；有焰，≤30；

拉伸强度，≥50Mpa；

断裂伸长率，≥50％；

弯曲强度≥80Mpa；

缺口冲击强度≥40KJ/m²；

烧蚀试验：

试片经高温火焰烧蚀后的测试结果(2min断烟)

Claims (5)

1.一种防火聚合物复合材料，其特征在于：

所述复合材料的原料组成为：有机硅/聚合物杂化材料80–100、助剂0.6–1.0，其中，所述有机硅/聚合物杂化材料的原料组成为：硅烷水解液10–13、苯乙烯5–8、丙烯腈5–8、1,3-丁二烯5–8、聚合引发剂0.2–0.6，所述硅烷水解液的原料组成为：硅烷0.6–0.8、催化剂1–3、水2–4，所述硅烷包括乙烯基苯基二乙氧基硅烷、四乙氧基甲硅烷，所述四乙氧基甲硅烷与乙烯基苯基二乙氧基硅烷的重量份比为6–8: 0.6–0.8。

2.根据权利要求1所述的一种防火聚合物复合材料，其特征在于：所述聚合引发剂为过氧化二苯甲酰，所述催化剂为稀盐酸，所述助剂包括抗氧剂1010、抗氧剂168，所述抗氧剂1010、抗氧剂168与有机硅/聚合物杂化材料的重量份比为0.3–0.5:0.3–0.5:80–100。

3.一种权利要求1所述的防火聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：

所述制备方法依次包括以下步骤：

步骤一、先将硅烷水解液、苯乙烯、丙烯腈、聚合引发剂按所需比例混合均匀，再加入1,3-丁二烯，并于85–95℃下聚合反应至体系粘度达到200–300cp后干燥，以得到有机硅/聚合物杂化材料；

步骤二、先将步骤一得到的有机硅/聚合物杂化材料与助剂按所需比例混合均匀，再排入挤出机中挤出造粒即可。

4.根据权利要求3所述的一种防火聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：

步骤一中，所述硅烷水解液的制备方法为：

先将硅烷与水按所需比例搅拌均匀，再加入催化剂搅拌至体系澄清透明即可。

5.根据权利要求3或4所述的一种防火聚合物复合材料的制备方法，其特征在于：

步骤二中，所述挤出机的挤出工艺为：一区180±5℃，二区200±5℃，三区220±5℃，四区230±5℃，五区220±5℃。