CN110294814A - 一种透明阻燃有机玻璃板及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种透明阻燃有机玻璃板及其制备方法，该透明阻燃有机玻璃板由以下重量份配比的原料制成：甲基丙烯酸甲酯60‑80份、磷酸三(2‑氯丙基)酯2‑35份、甲基膦酸二甲酯2‑20份、偶氮二异庚腈0.01‑0.5份、偶氮二异丁腈0.01‑0.5份、硬脂酸0.01‑0.5份。与现有技术相比，本发明通过在甲基丙烯酸甲酯中添加磷系阻燃剂、增塑剂、高温引发剂、低温引发剂以及脱模剂，制得的有机玻璃板透明度达92％以上，且阻燃性能达到UL 94 V2至UL 94 V0等级。

Description

一种透明阻燃有机玻璃板及其制备方法
技术领域
本发明涉及有机玻璃板技术领域，尤其是涉及一种透明阻燃有机玻璃板及其制备方法。
背景技术
有机玻璃板(PMMA)，又名亚克力板，是由甲基丙烯酸甲酯聚合而成的高分子化合物，是一种开发较早、工艺成熟的重要热塑性塑料。有机玻璃具有优良的化学稳定性、力学性能、耐候性及高透明性，且外观优美、易染色加工，被广泛应用于日常生活、商业、航空、建筑、光学仪器等领域。
但是聚甲基丙烯酸甲酯的极限氧指数低，阻燃性能差，易燃烧，并且具有很高的热释放速率，极大限制了其应用。通过添加常规的阻燃剂(金属氢氧化物等)可以提高其阻燃性能，但大多阻燃效果不佳，且会大幅降低有机玻璃的透明性。又由于有机玻璃的燃烧是由于自由基链断裂机理，在受热条件下，分解出的单体遇到火焰而促进延燃，大部分阻燃剂均难以形成有效的阻燃效果。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种透明阻燃有机玻璃板及其制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种透明阻燃有机玻璃板，由以下重量份配比的原料制成：
作为优选的技术方案，由以下重量份配比的原料制成：
作为优选的技术方案，所述的甲基丙烯酸甲酯、磷酸三(2-氯丙基)酯和甲基膦酸二甲酯的重量份之比为72:19:10。该比例下，透明阻燃有机玻璃板的阻燃性能最好。
作为优选的技术方案，该透明阻燃有机玻璃板的阻燃性能达到UL 94 V2至UL 94V0等级，透光率不低于92％。
本发明还提供一种透明阻燃有机玻璃板的制备方法，包括以下步骤：
(1)按照配比取甲基丙烯酸甲酯单体和偶氮二异庚腈，并搅拌加热；
(2)体系出现沸腾后，停止加热并保温搅拌；
(3)待体系达到所需粘度后，取出降温；
(4)当体系降温至25-35℃时，按配比向体系中加入偶氮二异丁腈、硬脂酸、磷酸三(2-氯丙基)酯和甲基膦酸二甲酯，常温搅拌均匀后得到预聚料；
(5)将预聚料灌入模具中，并将模具加热，进行固化；
(6)预聚料固化后，将模具在高温下进一步固化，冷却后脱模，得到所述的透明阻燃有机玻璃板。
作为优选的技术方案，步骤(2)中，保温搅拌的时间为20-60min。
作为优选的技术方案，步骤(3)中，用涂-4杯测量，粘度为60-80s。
作为进一步优选的技术方案，步骤(3)中，用涂-4杯测量，所需粘度为66-75s。
作为优选的技术方案，步骤(4)中，常温搅拌的时间为10-40min。
作为优选的技术方案：
步骤(5)中，固化是指在55-70℃下固化2-6h；
步骤(7)中，固化是指在125℃下固化1-5h。
作为本发明进一步优选的技术方案，步骤(5)中固化的温度62℃。
磷酸三(2-氯丙基)酯(TCCP)作为一种既含磷又含氯的阻燃剂，TCCP能在燃烧过程中不断捕捉燃烧气体中的自由基以中断燃烧循环。作为气相覆盖层，氯和氯化氢能有效协同抑制火焰的蒸发和分解燃烧过程；而磷作为固相覆盖层，能有效防火阻燃。甲基膦酸二甲酯(DMMP)是具有分子量小、溶解性好、含磷量高等优点，且作为膦酸酯类阻燃剂，遇到火焰时会形成膦酸酐，形成只有在较高温度下才会断裂的碳-磷键，且生成一定量的水，从而阻止燃烧，使材料具有较高的热稳定性。本发明的透明阻燃有机玻璃板，选择TCCP与DMMP作为有机玻璃的阻燃剂，是因为该两种化合物都是无色液体，均与MMA有良好的相容性。而且TCCP与DMMP的折光率均与MMA的折光率相近，故可以在达到阻燃的情况下保持有机玻璃板的透明性。
与现有技术相比，本发明的透明阻燃有机玻璃板，通过在甲基丙烯酸甲酯中添加磷系阻燃剂、增塑剂、高温引发剂、低温引发剂以及脱模剂，制得阻燃性能达到UL 94 V2到UL 94 V0等级、透明度不低于92％的安全环保型透明阻燃有机玻璃。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种透明有机玻璃阻燃板，由以下重量份数的原料制成：甲基丙烯酸甲酯72份、磷酸三(2-氯乙基)酯19份、甲基膦酸二甲酯10份、ABVN引发剂0.03份、AIBN引发剂0.2份、硬脂酸脱模剂0.3份。
制备步骤如下：
步骤一、取72份甲基丙烯酸甲酯单体和0.03份ABVN引发剂于烧杯中搅拌加热；
步骤二、待体系出现沸腾后关闭加热装置保温搅拌30min；
步骤三、待体系粘度达到70s后，将其取出自然降温；
步骤四、待体系降温至27-33℃时，向体系中加入0.2份的AIBN引发剂、0.3份脱模剂、19份磷酸三(2-氯丙基)酯、10份甲基膦酸二甲酯，常温搅拌20min；
步骤五、将搅拌均匀的预聚料灌入模具中，并将模具放入预热至62℃的水浴箱中固化4h；
步骤六、预聚料固化后将模具放入125℃烘箱中进一步固化2h，冷却后脱模，得到透明阻燃有机玻璃板。
该实施例制备的透明有机玻璃阻燃板容易脱模；透明度达92％；对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰均在1秒内熄灭，且无燃烧物掉下，阻燃达到UL 94V0等级。
实施例2
一种透明阻燃有机玻璃板，由以下重量份数的原料制成：甲基丙烯酸甲酯78份、磷酸三(2-氯丙基)酯19份、甲基膦酸二甲酯10份、ABVN引发剂0.05份、AIBN引发剂0.5份、硬脂酸脱模剂0.4份。
制备步骤如下：
步骤一、取78份甲基丙烯酸甲酯单体和0.05份ABVN引发剂于烧杯中搅拌加热；
步骤二、待体系出现沸腾后关闭加热装置保温搅拌30min；
步骤三、待体系粘度达到69-72s后，将其取出自然降温；
步骤四、待体系降温至27-33℃时，向体系中加入0.5份的AIBN引发剂、0.4份脱模剂、19份磷酸三(2-氯丙基)酯、10份甲基膦酸二甲酯，常温搅拌20min；
步骤五、将搅拌均匀的预聚料灌入模具中，并将模具放入预热至62℃的水浴箱中固化6h；
步骤六、预聚料固化后将模具放入125℃烘箱中进一步固化5h，冷却后脱模，得到透明有机玻璃阻燃板。
该实施例制备的透明有机玻璃阻燃板容易脱模，透明度达92％，对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰均在50秒内熄灭，有时有少许燃烧物掉下，阻燃达到UL 94 V2等级以上。
实施例3
一种透明阻燃有机玻璃板，由以下重量份数的原料制成：甲基丙烯酸甲酯72份、磷酸三(2-氯乙基)酯15份、甲基膦酸二甲酯10份、ABVN引发剂0.04份、AIBN引发剂0.3份、硬脂酸脱模剂0.4份。
制备步骤如下：
步骤一、取72份甲基丙烯酸甲酯单体和0.04份ABVN引发剂于烧杯中搅拌加热；
步骤二、待体系出现沸腾后关闭加热装置保温搅拌40min；
步骤三、待体系粘度达到71s，将其取出自然降温；
步骤四、待体系降温至27-33℃时，向体系中加入0.3份的AIBN引发剂、15份磷酸三(2-氯丙基)酯、10份甲基膦酸二甲酯、脱模剂0.4份，常温搅拌40min；
步骤五、将搅拌均匀的预聚料灌入模具中，并将模具放入预热至62℃的水浴箱中固化4h；
步骤六、预聚料固化后将模具放入125℃烘箱中进一步固化4h，冷却后脱模，得到透明阻燃有机玻璃板。
该实施例制备的透明有机玻璃阻燃板容易脱模，透明度达91％，对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰均在50秒内熄灭，有时有少许燃烧物掉下，阻燃达到UL 94 V2等级以上。。
实施例4
一种透明阻燃有机玻璃板，由以下重量份数的原料制成：甲基丙烯酸甲酯72份、磷酸三(2-氯乙基)酯19份、甲基膦酸二甲酯12份、ABVN引发剂0.04份、AIBN引发剂0.3份、硬脂酸脱模剂0.4份。
制备步骤如下：
步骤一、取72份甲基丙烯酸甲酯单体和0.04份ABVN引发剂于烧杯中搅拌加热；
步骤二、待体系出现沸腾后关闭加热装置保温搅拌40min；
步骤三、待体系粘度达到70s，将其取出自然降温；
步骤四、待体系降温至27-33℃时，向体系中加入0.3份的AIBN引发剂、19份磷酸三(2-氯乙基)酯、12份甲基膦酸二甲酯、脱模剂0.4份，常温搅拌40min；
步骤五、将搅拌均匀的预聚料灌入模具中，并将模具放入预热至62℃的水浴箱中固化4h；
步骤六、预聚料固化后将模具放入125℃烘箱中进一步固化4h，冷却后脱模，得到透明阻燃有机玻璃板。
该实施例制备的透明有机玻璃阻燃板容易脱模，透明度达92％，对样品进行两次10秒的燃烧测试后，火焰均在50秒内熄灭，有时有少许燃烧物掉下，阻燃达到UL 94 V2等级以上。
综上，我们确定MMA/TCCP/DMMP比例为72:19:10时，阻燃性能最好。
实施例5
一种透明有机玻璃阻燃板，由以下重量份数的原料制成：
甲基丙烯酸甲酯60份、磷酸三(2-氯丙基)酯35份、甲基膦酸二甲酯2份、ABVN引发剂0.01份、AIBN引发剂0.5份、硬脂酸脱模剂0.01份。
制备步骤如下：
步骤一、取60份甲基丙烯酸甲酯单体和0.01份ABVN引发剂于烧杯中搅拌加热；
步骤二、待体系出现沸腾后关闭加热装置保温搅拌20min；
步骤三、待体系达到涂-4杯粘度60～80s后，将其取出自然降温；
步骤四、待体系降温至30℃左右(25-35℃)，向体系中加入0.5份的AIBN引发剂、0.01份脱模剂、35份磷酸三(2-氯丙基)酯、2份甲基膦酸二甲酯，常温搅拌40min；
步骤五、将搅拌均匀的预聚料灌入模具中，并将模具放入预热至55℃的水浴箱中固化6h；
步骤六、预聚料固化后将模具放入125℃烘箱中进一步固化5h，冷却后脱模，得到透明阻燃有机玻璃板。
实施例6
一种透明有机玻璃阻燃板，由以下重量份数的原料制成：
甲基丙烯酸甲酯80份、磷酸三(2-氯丙基)酯2份、甲基膦酸二甲酯20份、ABVN引发剂0.5份、AIBN引发剂0.01份、硬脂酸脱模剂0.5份。
制备步骤如下：
步骤一、取80份甲基丙烯酸甲酯单体和0.5份ABVN引发剂于烧杯中搅拌加热；
步骤二、待体系出现沸腾后关闭加热装置保温搅拌60min；
步骤三、待体系达到涂-4杯粘度60～80s后，将其取出自然降温；
步骤四、待体系降温至30℃左右(25-35℃)，向体系中加入0.01份的AIBN引发剂、0.5份脱模剂、2份磷酸三(2-氯丙基)酯、20份甲基膦酸二甲酯，常温搅拌10min；
步骤五、将搅拌均匀的预聚料灌入模具中，并将模具放入预热至70℃的水浴箱中固化2h；
步骤六、预聚料固化后将模具放入125℃烘箱中进一步固化1h，冷却后脱模，得到透明阻燃有机玻璃板。
对比例
一种透明阻燃有机玻璃板，由以下重量份数的原料制成：
甲基丙烯酸甲酯90份、磷酸三(2-氯丙基)酯6份、甲基膦酸二甲酯4份、ABVN引发剂0.04份、AIBN引发剂0.3份、硬脂酸脱模剂0.4份。
制备步骤如下：
步骤一、取90份甲基丙烯酸甲酯单体和0.04份ABVN引发剂于烧杯中搅拌加热；
步骤二、待体系出现沸腾后关闭加热装置保温搅拌40min；
步骤三、待体系达到所涂-4杯粘度70s后，将其取出自然降温；
步骤四、待体系降温至30℃左右，向体系中加入0.3份的AIBN引发剂、6份磷酸三(2-氯丙基)酯、4份甲基膦酸二甲酯、脱模剂0.4份，常温搅拌40min；
步骤五、将搅拌均匀的预聚料灌入模具中，并将模具放入预热至62℃的水浴箱中固化4h；
步骤六、预聚料固化后将模具放入125℃烘箱中进一步固化4h，冷却后脱模，得到透明阻燃有机玻璃板。
该实施例制备的透明阻燃有机玻璃板脱模容易，对3到13毫米厚的样品，透明度达94％；燃烧速度小于40毫米每分钟，阻燃达到UL 94HB等级。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种透明阻燃有机玻璃板，其特征在于，由以下重量份配比的原料制成：
2.根据权利要求1所述的一种透明阻燃有机玻璃板，其特征在于，由以下重量份配比的原料制成：
3.根据权利要求1所述的一种透明阻燃有机玻璃板，其特征在于，所述的甲基丙烯酸甲酯、磷酸三(2-氯丙基)酯和甲基膦酸二甲酯的重量份之比为72:19:10。
4.根据权利要求1所述的一种透明阻燃有机玻璃板，其特征在于，该透明阻燃有机玻璃板的阻燃性能达到UL 94 V2至UL 94 V0等级，透光率不低于92％。
5.如权利要求1所述的一种透明阻燃有机玻璃板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)按照配比取甲基丙烯酸甲酯单体和偶氮二异庚腈，并搅拌加热；
(2)体系出现沸腾后，停止加热并保温搅拌；
(3)待体系粘度达到所需粘度后，取出降温；
(4)当体系降温至25-35℃时，按配比向体系中加入偶氮二异丁腈、硬脂酸、磷酸三(2-氯丙基)酯和甲基膦酸二甲酯，常温搅拌均匀后得到预聚料；
(5)将预聚料灌入模具中，并将模具加热，进行固化；
(6)预聚料固化后，将模具在高温下进一步固化，冷却后脱模，得到所述的透明阻燃有机玻璃板。
6.根据权利要求5所述的一种透明阻燃有机玻璃板的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，保温搅拌的时间为20-60min。
7.根据权利要求5所述的一种透明阻燃有机玻璃板的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，用涂-4杯测量，粘度为60-80s。
8.根据权利要求5所述的一种透明阻燃有机玻璃板的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，常温搅拌的时间为10-40min。
9.根据权利要求5所述的一种透明阻燃有机玻璃板的制备方法，其特征在于：
步骤(5)中，固化是指在55-70℃下固化2-6h；
步骤(7)中，固化是指在125℃下固化1-5h。
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