CN111417701A

CN111417701A - 阻燃材料和最终产品

Info

Publication number: CN111417701A
Application number: CN201780077190.9A
Authority: CN
Inventors: 迈克尔·欧文·威尔斯; 爱米丽·菲斯·罗宾斯
Original assignee: Building Solutions Ltd
Current assignee: Building Solutions Ltd
Priority date: 2016-10-19
Filing date: 2017-10-19
Publication date: 2020-07-14
Also published as: EP3529335A1; RU2019114967A; BR112019007852A2; MX2019004495A; JP2020514491A; AU2017345564A1; WO2018075787A1; EP3529335A4

Abstract

本文公开了组合物、配制品、应用、和制造耐火材料的方法。该耐火材料是透明丙烯酸材料，该透明丙烯酸材料包含主聚合物、纳米结构填料、和交联剂。该纳米结构填料是具有笼状结构的多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)或POSS衍生物。该耐火材料还可以包含各种组分，诸如溴化添加剂和基于磷的增效剂。该耐火材料可用于各种应用，包括墙壁覆盖物和窗玻璃。

Description

阻燃材料和最终产品

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年10月19日提交的名称为“Flame Resistant Material”的美国临时申请号62/410177的优先权的权益，将其全部内容通过引用特此并入本文。本申请还要求于2017年2月8日提交的名称为“Flame Resistant Material”的美国临时申请号62/456,516的优先权的权益，将其全部内容通过引用特此并入本文。

背景技术

火和极热会给建筑物带来问题。由于许多常规建筑材料当与极热和火接触时易燃或呈现危害风险，因此损失的可能性极大并且然后进一步影响火灾保险费率以及一般公共安全。特别是建筑工业已经尝试通过使用膨胀填料或涂料来产生耐火玻璃或丙烯酸技术，以在被用于建筑建造时实现耐火性。这些膨胀填料或涂层产生炭层，该炭层充当进一步氧化的屏障。目前使用的膨胀填料的例子包括多磷酸铵、硼酸锌、和偏硼酸盐。其他技术通过利用在火焰产生时释放出大量水以熄灭火焰的材料来实现耐火性。其他努力已使用了溴化材料。

目前使用在分子结构或炭化材料内含有水的矿物基填料的技术在一旦暴露于火中或高温时会形成有毒材料。例如，当暴露于高温时，溴化材料会在气相中释放出含有溴自由基的毒性烟。由大多数抑制燃烧的材料产生的问题是它们是不溶性固体；因此，终端产品是不透明的、硬的、难以形成的、并且在光传输应用中的使用有限。

所需要的是通透或透明的可热成型耐火丙烯酸材料，该材料可用于替代玻璃或丙烯酸建筑材料，诸如暴露于火或高温的窗，形成比目前用于气相抑制的传统材料更低毒性的材料。

发明内容

本发明总体上涉及一种耐火材料和包含这些耐火材料的建筑材料或产品。该耐火材料可以是透明或不透明的。该耐火材料总体上包含主聚合物、纳米结构填料、和至少一种交联剂。该主聚合物可以是丙烯酸、丙烯酸玻璃、或丙烯酸树脂。在一些实施方案中，该主聚合物是聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。该纳米结构填料可以是具有笼状结构的多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)或POSS衍生物。

该耐火材料可以包含其他组分，诸如脱模剂。该耐火材料还可以包含UV抑制剂。该耐火材料可以包含其他已知阻燃成分。该耐火材料可以包含一种或多种自由基源。该耐火材料可以包含一种或多种溴化添加剂，诸如聚合物溴化丙烯酸酯阻燃剂。该耐火材料可以包含基于磷的增效剂，诸如9,10二氢-9-氧杂-10-磷杂菲10氧化物(DOPO)。该耐火材料可以包含提供气体抑制特性的自由基源。

该耐火材料可以通过以下方式制造：将至少一种交联剂、至少一种UV抑制剂、至少一种脱模剂组分、至少一种或多种自由基源、至少一种聚合物引发剂、至少一种溴化添加剂、和至少一种基于磷的增效剂混合以制造浆料或浓浆。然后将混合物置于模具中，在该模具中使用加热使该混合物固化以产生耐火材料，并且然后用于建造或建筑目的。

一个或多个实现方式的细节阐述在附图和以下描述中。从说明书和附图中以及从权利要求中，其他特征和优点可显而易见。

附图说明

图1是取代的POSS分子的图解。

图2A是甲基丙烯酸酯R基团的图解。

图2B是丙烯酸酯R基团的图解。

图3是取代的DOPO分子的图解。

具体实施方式

本发明涉及一种如图1-4所示的耐火材料、一种制造耐火丙烯酸材料的方法以及该耐火材料的最终用途，例如结合到建筑或建造产品中。本发明还涉及包含该耐火材料的窗玻璃和墙壁覆盖物，以及制造包含该耐火材料或阻燃化学化合物的窗玻璃和墙壁覆盖物的方法。特别地，本发明涉及一种包含纳米结构填料的耐火丙烯酸材料，该材料在建造工业以及其他相关工业中具有许多用途。另外，该耐火材料通常依赖于火焰蔓延阻滞和气相阻滞的组合。该耐火丙烯酸材料通过使用丙烯酸聚合物和添加剂的组合产生，这些添加剂会减缓燃烧速率同时阻滞自由基的气相演化。

在一个实施方案中，该耐火材料包含至少一种主聚合物组分和至少一种纳米结构填料组分。在其他替代实施方案中，该主聚合物是丙烯酸。在一些实施方案中，该耐火材料可以包含一种或多种交联剂。在一些实施方案中，耐火材料可以包含一种或多种UV抑制剂。在一些实施方案中，该耐火材料可以包含一种或多种脱模剂组分。在一些实施方案中，该耐火材料可以包含一种或多种自由基源。在一些实施方案中，该耐火材料可以包含一种或多种溴化添加剂。在一些实施方案中，该耐火材料可以包含增效剂。与该耐火材料一起的其他要素的添加和/或包含将取决于产品的希望用途。因为该耐火丙烯酸材料可以用作玻璃替代物，所以该耐火丙烯酸材料可以包含通透的聚合物组分。在其他实施方案中，该聚合物可以是不透明的。

在一个实施方案中，该主聚合物是与纳米结构填料组合的丙烯酸。在一些实施方案中，该主聚合物可以是含有衍生自丙烯酸的丙烯酰基的化合物。在其他实施方案中，该主聚合物可以是丙烯酸纤维。在又其他实施方案中，该主聚合物可以是透明的热塑性塑料，诸如丙烯酸玻璃或聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)。在其他实施方案中，该主聚合物可以是丙烯酸树脂。在其他实施方案中，该主聚合物可以选自以下的组：通常透明并且在工业中使用的聚合物或塑料，包括但不限于丙烯酸酯聚合物。本领域技术人员将理解，该耐火材料还可以包含一种或多种单体。本领域技术人员将进一步理解，该主聚合物可以是可与纳米结构填料组合的本领域中已知的任何聚合物。

除了该主聚合物组分之外，该耐火材料可以另外包含纳米结构填料。在一些实施方案中，该纳米结构填料将用反应性基团改性。在许多实施方案中，该纳米结构填料可以是已用反应性基团改性的化合物或组合物，这些反应性基团允许该填料成为与该主聚合物结合的。在一些实施方案中，该纳米结构填料可以是已用反应性基团改性的化合物或组合物，这些反应性基团允许该填料在组成上成为聚合物主链。本领域技术人员将理解，该纳米结构填料可以是任何这样的纳米结构填料，该纳米结构填料可以与该聚合物组合导致填料结合到该聚合物中或者该填料成为聚合物主链。

通常，该填料具有笼状或聚合物纳米结构。在一些实施方案中，该填料可以是具有Si-O-Si键联的聚合物结构。在一些实施方案中，该填料是多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)纳米结构。POSS的化学组成是RSiO_1.5。在这方面，POSS可以被认为是杂合物，介于二氧化硅(SiO₂)与硅酮(R₂SiO)的组成之间。该POSS纳米结构通常具有无机部分和有机部分。该POSS纳米结构的有机部分可以是任何POSS纳米结构，包括但不限于八氢化POSS、八甲基POSS、八乙基POSS、八异丁基POSS、八异辛基POSS、和甲基丙烯酰基POSS和/或其组合。本领域技术人员还将理解，该纳米结构填料可以是具有笼状结构的任何POSS或POSS衍生物。在一些实施方案中，该POSS具有甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯端基(R)，该端基与如图1-2所示的立方倍半硅氧烷结构的8个角中的每一个附接。该POSS具有多个可能聚合点，该添加剂可具有增加交联的另外优点。在包括甲基丙烯酸酯或丙烯酸酯取代基的实施方案中，丙烯酸基团与聚合物链反应并且因此产生其中丙烯酸基团成为聚合物超结构的一部分的组合物。在一些实施方案中，PMMA和POSS的相容性实现了用户所希望的通透且透光的结构。

在包含增效剂的实施方案中，该增效剂可以是任何已知增效剂。在一些实施方案中，该增效剂可以是基于磷的。该增效剂可以是在气相中充当自由基捕获剂的化合物或分子。在一些实施方案中，该增效剂可以是9,10二氢-9-氧杂-10-磷杂菲10氧化物(DOPO)。在使用基于磷的增效剂的实施方案中，该增效剂可以是当暴露于高温时降解使得磷能够与气相中的氧自由基反应的任何分子。在这方面，磷的释放可以通过捕获和中和自由基或者减少火焰所需的可用氧来帮助减缓燃烧速率。在一些实施方案中，该增效剂可以是在燃烧时倾向于重排以在聚合物表面上形成硬质陶瓷层而不是形成炭层的任何分子。本领域技术人员将理解，该增效剂可以是已知用于阻燃能力的任何增效剂。

该耐火材料包含作为聚合物引发剂的分子。本领域技术人员将理解，该聚合物引发剂可以是已知用于所有引发类型的引发剂。引发类型包括但不限于热分解、光解、氧化还原反应、过硫酸盐、电离辐射、电化学(电解)、等离子体、和超声处理。在一些实施方案中，该引发剂可以是选自以下中的一种或多种：自由基引发剂，例子包括但不限于硝基氧介导的自由基(NMP)引发剂。本领域技术人员将理解可以使用任何引发剂，包括选自本文中命名的任何引发剂组中的引发剂。

该耐火材料可以由组合物制成，该组合物包含除主聚合物外还有各种量的POSS，另外的单体、交联剂、UV抑制剂/吸收剂、脱模剂、自由基源、阻燃添加剂、阻燃增效剂、和任何任选聚合物引发剂或聚合物抑制剂。该组合物中主聚合物的量可以变化。总体上，主聚合物相对于总组合物的重量百分比范围可以为45％-52％(w/w)。

该组合物中单体的量可以变化，并且将包括工业中已知的单体。总体上，单体相对于总组合物的重量百分比范围可以为41％-47％(w/w)。

该组合物可以包含工业中已知的交联剂，包括但不限于聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；1,6-己二醇二丙烯酸酯；1,6-己二醇二甲基丙烯酸酯；1,9-壬二醇二甲基丙烯酸酯；1,4-丁二醇二甲基丙烯酸酯；1,3-丁二醇二甲基丙烯酸酯；1,10-癸二醇二甲基丙烯酸酯；二脲烷二甲基丙烯酸酯；1,4-丁二醇二丙烯酸酯；乙二醇二丙烯酸酯；1,5-戊二醇二甲基丙烯酸酯；1,4-亚苯基二丙烯酸酯；甲基丙烯酸烯丙酯；2,2-双[4-(2-羟基-3-甲基丙烯酰氧基丙氧基)苯基]丙烷；三环癸烷二甲醇二丙烯酸酯；四乙二醇二丙烯酸酯；聚乙二醇二丙烯酸酯；双(2-甲基丙烯酰氧基乙基)磷酸酯；乙二醇二甲基丙烯酸酯；二乙二醇二丙烯酸酯；二乙二醇二甲基丙烯酸酯；三乙二醇二丙烯酸酯；三乙二醇二甲基丙烯酸酯；四乙二醇二甲基丙烯酸酯；聚乙二醇二丙烯酸酯；聚乙二醇二甲基丙烯酸酯；三乙二醇二甲基丙烯酸酯；N,N-二烯丙基丙烯酰胺及其组合。该组合物中交联剂的量可以变化，并且将包括工业中已知的交联剂。总体上，交联剂相对于总组合物的重量百分比范围可以为0.5％-1.0％(w/w)。

该组合物可以包含防止聚合物氧化的UV抑制剂。该UV抑制剂可以是UV吸收剂，该UV吸收剂消散来自UV射线的吸收光能。在一些实施方案中，该UV抑制剂可以是UV稳定剂，该UV稳定剂包括苯并三唑和苯甲酮、受阻胺光稳定剂(HALS)、和苯甲酸酯。该组合物中UV抑制剂的量可以根据待产生的优选耐火材料而变化，并且将包括工业中已知的UV抑制剂。总体上，UV抑制剂相对于总组合物的重量百分比范围可以为0.2％-0.4％(w/w)。

该组合物可以包含一种或多种脱模剂，以助于将该阻燃材料从模具中释放。该脱模剂可包括脂肪酸衍生物和酯以及磺基琥珀酸烷基酯。在一些实施方案中，该脱模剂被混合到该组合物中。在其他实施方案中，可以在将浆料或浓浆置于模具中之前将该脱模剂施用于该模具。本领域技术人员将理解，该脱模剂可以是工业中已知的并且与丙烯酸一起使用的任何脱模剂。该组合物中脱模剂的量可以变化，并且将包括工业中已知的脱模剂。总体上，脱模剂相对于总组合物的重量百分比范围可以为0.2％-0.4％(w/w)。

该耐火材料可以包含提供气相抑制特性的自由基源。该自由基源也可能是墙壁覆盖物和涂层所必需的。该自由基源可以是基于氢醌的抑制剂，基于硝基氧的受控自由基，高温分解过氧化物诸如二枯基过氧化物、二-(叔丁基过氧异丙基)苯、2,3-二甲基-2,3-二苯基丁烷、聚(1,4-二异丙基苯)，和分解温度高于300℃的其他自由基发生剂。本领域技术人员将理解，该自由基源可以是本领域中已知的任何自由基源。该组合物中自由基的量可以变化。总体上，自由基源相对于总组合物的重量百分比范围可以为0％-1.0％(w/w)。

该耐火材料还可以包含一种或多种工业中已知的阻燃添加剂。在一些实施方案中，阻燃添加剂可具有反应性基团，这些反应性基团允许添加剂反应到最终阻燃材料的聚合物结构中，从而永久赋予阻燃特性。在一些实施方案中，该阻燃添加剂可以在最终耐火材料中充当填料。该组合物中阻燃添加剂的量可以变化。总体上，阻燃添加剂相对于总组合物的重量百分比范围可以为0.5％-5.0％(w/w)。在一些实施方案中，该耐火材料中可以包含第一阻燃添加剂和第二阻燃添加剂。在此类实施方案中，该第一阻燃添加剂相对于总组合物的重量百分比范围可以为0.5％-3.0％(w/w)，并且该第二阻燃添加剂相对于总组合物的重量百分比范围可以为0.5％-15.0％(w/w)。

该组合物中POSS的量可以变化。总体上，POSS相对于总组合物的重量百分比范围可以为0％至25％(w/w)。在各种实施方案中，POSS相对于总组合物的重量百分比可以为约1％、2％、3％、4％、5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％、16％、17％、18％、19％、20％、21％、22％、23％、24％、或25％(w/w)。在示例性实施方案中，POSS在总组合物中的重量百分比范围可以为约5％至约30％(w/w)。在一些示例性实施方案中，POSS在总组合物中的重量百分比范围可以为约0.1％至约5％(w/w)。在其他示例性实施方案中，POSS在总组合物中的重量百分比范围可以为约1％至约1.5％(w/w)。在其他示例性实施方案中，POSS在总组合物中的重量百分比范围可以为约1.25％(w/w)。

通常，该聚合引发剂可以是本领域中已知用于引发聚合的任何化学物或组合物。聚合引发剂可以包括但不限于苯甲酰基过氧化、月桂酰基过氧化物、二异壬酰基过氧化物、二琥珀酸过氧化物、过氧化2-乙基己酸叔丁酯、过氧化2-乙基己酸叔戊酯、过氧化2-乙基己酸2-乙基己酯、过氧化二碳酸肉豆蔻基酯、过氧化新戊酸叔丁酯、过氧化新戊酸叔戊酯、过氧化乙酸叔丁酯、过氧化乙酸叔戊酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、和过氧化苯甲酸叔戊酯及其组合。该组合物中聚合物引发剂的量可以变化，并且将包括工业中已知的引发剂。总体上，聚合物引发剂相对于总组合物的重量百分比范围可以为0.1％-1％(w/w)。在其他示例性实施方案中，聚合物引发剂在总组合物中的重量百分比范围可以为约0.25％至约1％(w/w)。

通常，聚合抑制剂可以是本领域中已知用于抑制聚合的任何化学物或组合物。聚合抑制剂可包括但不限于氢醌、氢醌的甲醚、和呈单体形式或聚合物形式的2,4-二甲基-6-叔丁基苯酚及其组合。该组合物中聚合物抑制剂的量可以变化，并且将包括工业中已知的抑制剂。总体上，聚合物抑制剂相对于总组合物的重量百分比范围可以为0.001％-0.2％(w/w)。

可以将该耐火材料组合物混合并且加工以产生阻燃且防潮的材料。在一些实施方案中，该耐火材料是透明或通透的。还应理解，该耐火材料可以是不透明的。在不透明或透明的实施方案中，该耐火材料可以没有颜色或是有色的。本领域技术人员将理解，该耐火材料可以是任何颜色的，包括但不限于红色、黄色、橙色、蓝色、绿色、灰色、或玻璃或丙烯酸工业中已知的任何其他颜色。

在一些实施方案中，耐火材料片材可以是0.25英寸厚。在其他实施例中，该片材可以是小于0.25英寸厚。在另外的实施方案中，该片材的厚度可以在0.25英寸与2.0英寸之间。在一些实施方案中，该片材的厚度可以是4英寸。在一些实施方案中，该片材的厚度可以大于4英寸。在一些实施方案中，该片材可以厚达30英寸。在一些实施方案中，可能希望的是厚度大于4英寸的面板。在此类实施方案中，可以通过使用本领域已知用于层叠片材的合适手段将若干片材层叠。在一些实施方案中，可以使用本领域中已知的粘合剂将片材层叠。在其他实施方案中，可以使用热将片材层叠。本领域技术人员将理解，可以使用本领域已知的任何手段将片材层叠以产生所希望的厚度。在一些实施方案中，可以使用单个片材而不将片材层叠在一起来制造厚度大于4英寸的片材。本领域技术人员将理解，该耐火材料可具有通常用于玻璃或其他丙烯酸产品的厚度。在一些实施方案中，该耐火材料是可热成型的，允许其可用于许多建造和建筑学应用中。本领域技术人员将理解，该耐火材料可以使用本领域已知的任何丙烯酸形成技术来形成。因此，本领域技术人员还将理解，可以加工该耐火材料，从而采用本领域已知的任何形式。在另外的实施方案中，产品和材料还可以使用在航空航天工业中、用于抗弹击/抗冲击材料和防爆材料的阻燃材料。

应用

该耐火材料可用于各种应用。作为非限制性例子，该耐火材料可以用于诸如以下的应用：用于建筑物、汽车、或其中可以存在窗的任何其他地方的窗。本领域技术人员将理解，该耐火材料可以用作本领域中已知的任何窗。该耐火材料可以用作用于天窗的窗玻璃、窗和本领域已知的允许光进入或离开结构的任何其他应用。该耐火材料可用于投影屏幕，包括双面投影屏幕。该耐火材料也可用作抗弹或防弹玻璃。

在一些实施方案中，该耐火材料可用作墙壁覆盖物。墙壁覆盖物必须满足严格的防火和防烟要求，因为材料可覆盖整个结构表面。墙面覆盖物应用可以包括墙壁固定装置、墙壁装饰物、和典型地在建筑物内的家具类型材料。当燃烧时，墙壁覆盖物可能在竖直方向上传播火，这可能导致烟逃逸到相邻房间。可用于墙壁覆盖物应用的耐火材料是有用的，因为该阻燃材料具有自熄和阻燃特性。本领域技术人员将理解，该阻燃材料可用作本领域中已知的任何墙壁覆盖物。因为墙壁覆盖物和窗玻璃应用可能具有不同标准，所以这两种应用的配制品可包括不同的添加剂、负载水平和其他组分。

方法

在一些实施方案中，该耐火材料可以包含形成丙烯酸的至少一种聚合物和至少一种纳米结构填料的混合物。该耐火材料可以使用本领域中已知的任何技术形成。

在一个实施方案中，将配制品的组分共混。在一些实施方案中，可以将共混的配制品搅拌持续高达1小时的时间。在一些实施方案中，将共混的配制品搅拌持续大于1小时。在一些实施方案中，将配制品的组分在热水浴中混合直至增稠。在一些实施方案中，将共混且搅拌的配制品脱气直至充分无空气。在各种实施方案中，可将经脱气的配制品倒入片材模具或其他合适的模具中。可以将模具关闭，并且置于加热容器中进行固化和精加工。在一些实施方案中，在高压釜中使用连续单元铸造产生该耐火材料。在其他实施方案中，使用典型的航空航天类型的高压釜产生该耐火材料，该高压釜用于通过加热至环境温度至175℃的操作温度并且用从环境压力至100psi的氮气压力来将铸造片材固化。也可在高于或低于175℃的温度下使该材料固化。本领域技术人员将理解，可以在本领域已知的任何温度下使该材料固化。也可在高于100psi的氮气压力下使该材料固化。在一些实施方案中，使用蒸压釜(hydroclave)产生该耐火材料。本领域技术人员将理解，可以使用在典型高压釜的温度下操作的任何充水容器来产生该耐火材料。在一些实施方案中，该蒸压釜可以具有在10-50加仑/分钟范围内的水流速。在其他实施方案中，使用水浴产生该耐火材料。在水浴实施方案中，该水浴是空气开放式的、在环境压力和0-100℃的温度下操作的充水容器。本领域技术人员将理解，加热容器可以是本领域已知的任何加热容器，包括但不限于高压釜、水浴、或蒸压釜。

在一个实施方案中，通过产生PMMA分子量为100K至500K的浆料形成该耐火材料。可以使用一定量的单体、交联剂、脱模剂、UV吸收剂、抑制剂、和阻燃添加剂的预混物来产生该浆料。在其中希望着色的实施方案中，可以将一定量的着色剂与这些组分混合。可以将这些组分与甲基丙烯酸甲酯单体混合持续短的时间，直至产生均匀混合物。在一些实施方案中，可以将混合物混合1-5分钟。在其他实施方案中，可以将混合物混合高达一小时。可将一定量的固体PMMA粉末缓慢添加到混合物中，并且该混合物被混合至适于倒入制备的模具中的稠度。可以监测浆料以确保测定粘度满足共混物。混合时间可根据所希望的用途和所希望的粘度而变化，该粘度可通过监测共混物在其形成时的粘度来确定。在一些实施方案中，该阻燃材料可以结合到大的型材面板中。当制造大的型材面板时，可以使用多种混合物来填充铸造模具。

在替代实施方案中，可以通过以单体甲基丙烯酸甲酯开始并且将混合物聚合至固定粘度来制造浓浆。然后可以使用自由基抑制剂淬灭反应。根据需要，混合物还可以包含另外的添加剂。然后可以重新引发混合物，并且将最终浓浆倒入铸造模具中。在其中使用浓浆的实施方案中，可以将混合物置于加热容器中并且使用适当的温度和压力聚合。

可以将混合物或浆料转移至预先制备的模具中，可以将模具的顶部附接并且用垫圈固定在适当位置以防止粘性混合物在加热过程中逸出。然后可以将混合物置于惰性气氛下的适当加热容器中，并且在预设温度程序下加热，以使材料聚合成固体单铸透明片材。加热方式可以是目前工业中已知的任何方法，并且可以包括但不限于高压釜、蒸压釜(水驱高压釜)、或水浴。聚合所需的时间量将取决于面板的厚度和所产生的潜在产品。一旦面板完成成形为最终片材，将反应容器经1-3天缓慢冷却以防止过度的应力保留。本领域技术人员将理解，可以将反应容器经大于3天的时间冷却。冷却后，将面板脱模并且进一步机械加工，退火，并且热成型为最终所希望的结构。

实施例

进行实验以提供基于各种阻燃(FR)测试标准比较阻燃材料与典型丙烯酸材料的直接比较。

实施例1：添加剂阻燃测试-认证

本研究的目的是确定阻燃材料是否可合格以符合消防安全规范和法规。测试包括测量点燃温度、表面火焰蔓延、燃烧速率和烟释放速率。将每项测试的结果与UL 94相关的ASTM测试标准进行比较，以确定该材料是否能够满足防火规范法规。

试剂/配制品：测试了三种含阻燃剂的丙烯酸：Borax Firebrake硼酸锌(5％负载量)-实验2；CAB-O-SIL EH-5(2％负载量)-实验3；丙烯酸基POSS笼混合物(1％负载量)-实验4。

程序：完成以下阻燃测试方法：与ASTM D635(燃烧速率)相关的ASTM D2843(烟密度)；1英寸x 1英寸x1/4英寸样品(每种10个)；ASTM D1929(点燃温度)；20mm x 20mm x 3克重量；UL 94V(竖直燃烧测试)；125mm x 13mm x 3mm(每种6个)。

结果/结论：与ASTM D635(燃烧速率)相关的ASTM D2843(烟密度)。

丙烯酸基POSS笼混合物(1％负载量)-平均烟密度为2.3以及燃烧速率21.8，总体上具有CC1的燃烧等级(与聚碳酸酯相同)。

CAB-O-SIL EH-5(5％负载量)-平均烟密度为5.4以及燃烧速率27.1，总体上具有CC2的燃烧等级。

Borax Firebrake硼酸锌(5％负载量)-平均烟密度为5.9以及燃烧速率33.2，总体上具有CC2的燃烧等级。

实施例2：添加剂阻燃测试实验1

此测试的目的是确定阻燃材料是否将限制材料机械特性的改变，而且也允许材料防止大火。阻燃添加剂在热塑性片材中充当点燃材料的阻止剂，并且一旦被点燃，就限制火焰的蔓延。因为热塑性片材充当玻璃替代物，所以进行第一测试以确定添加剂使片材保持透明还是使其不透明。接下来，使用DMA和DSC方法分析透明样品，以确定由该添加剂引起的机械特性的改变程度。如果材料的机械特性未改变或者具有最小的改变，则对该材料进行火焰测试并且基于防火规范法规进行评审。

试剂/配制品：

5％负载量的非增效配制品：

阻燃添加剂-60g

聚合物-480g

单体-684g

预混物-12g

5％负载量的增效配制品：

阻燃添加剂-60g

Metaborate(增效剂)-2％(24g)

聚合物-480g

单体-684g

预混物-12g

添加剂信息：

提供以下样品：

EH-5

MS-75D

LM-150

程序：

实施例3：添加剂阻燃测试-实验2

试剂/配制品：

5％负载量的非增效配制品：

阻燃添加剂-100g

聚合物-800g

单体-1,080g

预混物-20g

添加剂信息：

CheMarCo提供以下样品：

JLS APP

JLS三聚氰胺氰尿酸酯

Borax Firebrake硼酸锌

程序：获得三个玻璃Pyrex盘。将以上配制品在盘中混合(每个单独的样品一个)，并且在脱气后置于冰箱中过夜。然后将盘置于高压釜中以允许浆料聚合。一旦从高压釜中取出，就目视分析样品以确定添加剂使材料变为不透明还是使其透明。使用DMA和DSC分析样品以确定机械特性因添加剂而如何改变。

表1.DSC结果。

表2.DMA结果。

结果/结论：JLS-APP具有微黄色色调。Firebrake是不透明的，但被认为可能造成有色面板。JLS-MC25D没有混合至感兴趣的稠度-可能混合较长时间以便达到稠度。

实施例4：添加剂阻燃测试-实验3

此测试的目的是确定阻燃材料是否将限制材料机械特性的改变，而且也允许材料防止大火。因为热塑性片材充当玻璃替代物，所以进行第一测试以确定添加剂使片材保持透明还是使其不透明。接下来，使用DMA和DSC方法分析透明样品，以确定由该添加剂引起的机械特性的改变程度。如果材料的机械特性未改变或者具有最小的改变，则对该材料进行火焰测试并且基于防火规范法规进行评审。

2％负载量的非增效配制品：用来自实验1的CAB-O-SIL阻燃剂(仅不含增效剂)继续-确定需要向其余量中添加多少阻燃剂以便具有2％的负载量。仅重新测试了EH-5和MS-75D。

阻燃添加剂：40g

聚合物：860g

单体：1,080g

预混物：20g

310ATH-5％负载量的非增效配制品：

阻燃添加剂：40g

聚合物：860g

单体：1,080g

预混物：20g

302ATH-5％负载量的增效配制品：

阻燃添加剂：40g

聚合物：860g

单体：1,080g

预混物：20g

Metaborate(增效剂)-40g

添加剂信息：

Cabot提供以下样品：

CAB-O-SIL EH-5

CAB-O-SIL MS-75D

程序：获得四个玻璃Pyrex盘。将以上配制品在盘中混合(每个单独的样品一个)，并且在脱气后置于冰箱中过夜。然后将盘置于高压釜中以允许浆料聚合。一旦从高压釜中取出，就目视分析样品以确定添加剂使材料变为不透明还是使其透明。使用DMA和DSC分析样品以确定机械特性因添加剂而如何改变。

表1.DSC结果。

表2.DMA结果。

结果/结论：ATH的结果非常浑浊。当在温水中混合时，所有EH-5材料都适为溶液，但不是所有的MS-75D都这样。EH-5是透明的，而MS-75D有一些小的材料块，并且在样品中间有一个爆裂。

实施例5：添加剂阻燃测试-实验4

试剂/配制品：不需要预混物，因为POSS具有8个取代基，这些取代基允许其能够充当类似于预混物的笼剂(caging agent)。

2％负载量的非增效配制品：

阻燃添加剂：40g

聚合物：783g

单体：1,187g

1％负载量的非增效配制品：

阻燃添加剂：20g

聚合物：783g

单体：1,197g

1/2％负载量的非增效配制品：

阻燃添加剂：10g

聚合物：783g

单体：1,207g

添加剂信息：

Hybrid Plastics提供以下样品：

丙烯酸基POSS笼混合物

程序：获得三个玻璃Pyrex盘。将以上配制品在盘中混合(每个单独的样品一个)，并且在脱气-样品不需要长时间脱气-后置于冰箱中过夜。然后将盘置于高压釜中以允许浆料聚合。一旦从高压釜中取出，就目视分析样品以确定添加剂是否使材料变为不透明。使用DMA和DSC分析样品以确定机械特性因添加剂而如何改变。

表1.DSC结果。

表2.DMA结果。

样品	25℃下的储能模量	Tg(℃)
			POSS(2％)	1840	117.9
POSS(1％)	1371	122.8
			POSS(1/2％)	1823	123.1
POSS(1％)	1303	112.8和123.7

结果/结论：每种配制品都具有感兴趣的稠度，并且不需要脱气。最终产品是透明的，并且没有任何关注的点。1％POSS的第一铸造的DMA的模量低于2％和1/2％的情况(均为大约1800)，因此运行1％POSS的第二铸造并且结果相同。

实施例6：

此测试的目的是确定PMMA当与POSS和DOPO共混时的阻燃性、机械特性和光学特性。

样品制备：将POSS变化(1％-3％)和DOPO(0.5％-3％)二者的不同负载量组合添加到PMMA共混物中并且在热水浴中混合直至增稠。将样品冷藏过夜，并且然后置于高压釜中在氮气下在6.89KPa下持续5-10天。

通过在高压釜中的连续单元铸造产生丙烯酸。将聚合的丙烯酸泥状物倒入具有希望厚度的钢制模具中，并且然后持续加热和冷却直至该丙烯酸完全反应并且固化。泥状物模具在高压釜中所放置的时间量是基于面板厚度的。此过程产生具有均匀高分子量聚合物的透明丙烯酸。

结果：

机械特性：阻燃PMMA的动态机械分析仪(DMA)和差示扫描量热仪(DSC)结果。

标准PMMA和阻燃PMMA的阻燃结果

结论：当用DOPO增效时，POSS为透明丙烯酸材料提供优异的阻燃性。陶瓷和有机杂合物提供了独特阻燃机制，该阻燃机制降低了燃烧速率，同时增效剂有助于降低气相中的自由基蔓延。添加剂的性质允许PMMA保持典型的光学和机械特性。此技术允许在多种多样的应用中进行玻璃替代。

实施例7：实验5-丙烯酸POSS(3％负载量)、甲基丙烯酰基POSS(1％、2％和3％负载量)

此测试的目的是确定阻燃材料是否将限制材料机械特性的改变，而且也允许材料防止大火。阻燃添加剂在热塑性片材中充当点燃材料的阻止剂，并且一旦被点燃，就限制火焰的蔓延。因为热塑性片材充当玻璃替代物，所以进行第一测试以确定添加剂使片材保持透明还是使其不透明。接下来，使用DMA和DSC方法分析透明样品，以确定由该添加剂引起的机械特性的改变程度。如果材料的机械特性未改变或者具有最小的改变，则对该材料进行火焰测试并且基于防火规范法规进行评审。在此轮实验中使用预混物，因为预混物的模量低于实验4中所预期的。丙烯酸基POSS(3％)也用预混物测试。

试剂/配制品：

甲基丙烯酰基POSS和丙烯酸基POSS负载量3％的非增效配制品：

阻燃添加剂：40g

聚合物：783g

单体：1157g

预混物：20g

甲基丙烯酰基POSS负载量2％的非增效配制品：

阻燃添加剂：20g

聚合物：783g

单体：1177g

预混物：20g

甲基丙烯酰基POSS负载量1％的非增效配制品：

阻燃添加剂：10g

聚合物：783g

单体：1187g

预混物：20g

添加剂信息：

Hybrid Plastics提供以下样品：

甲基丙烯酰基POSS笼混合物(MA0735)

丙烯酸基POSS笼混合物(MA0736)

程序：获得三个玻璃Pyrex盘。将以上配制品在盘中混合，每个单独的样品一个。样品不冷藏。样品不脱气。将盘置于高压釜中持续8天以允许浆料聚合。一旦从高压釜中取出，就目视分析样品以确定添加剂使材料变为不透明还是使其透明。使用DMA和DSC分析样品以确定机械特性因添加剂而如何改变。

表1.甲基丙烯酰基POSS和丙烯酸基POSS的DSC结果。

表2.甲基丙烯酰基POSS和丙烯酸基POSS的DMA结果。

结果/结论：丙烯酸基POSS(3％)呈微黄色并且似乎在样品中间有小裂缝。甲基丙烯酰基POSS(3％)在样品中心有小微痕(small ghost)。该小微痕可能是混合不充分的结果。所有甲基丙烯酰基样品均为白色，但丙烯酸基样品被着色为黄色。似乎3％将是我们将能够添加到丙烯酸中的POSS材料的量的上限，2％可能最佳。

实施例8：实验6-疏水性气相二氧化硅(5％负载量)

试剂/配制品：尝试疏水性气相二氧化硅添加剂(较少增稠)，而在实验1和3中使用亲水性气相二氧化硅添加剂(增稠)。此材料将用于不透明材料。首先，对二氧化硅材料进行溶解度测试以确定可能的最大负载水平。确定的是2％似乎最佳；然而，如果需要，对于某些材料可以添加高达5％。

2％负载量的非增效配制品：

阻燃添加剂：50g

聚合物：979g

单体：1,446g

预混物：25g

添加剂信息：

Cabot Corporation提供以下样品：

CAB-O-SIL TS-610

CAB-O-SIL TS-720

CAB-O-SIL TS-530

Evonik提供以下样品：

AEROSIL R7200

AEROSIL R711

表1.DSC结果。

表2.DMA结果。

样品	25℃下的储能模量	Tg(℃)
			CAB-O-SIL TS-610	1813	121.3
CAB-O-SIL TS-720	1843	127.9
			CAB-O-SIL TS-530	1671	127.2
AEROSIL R7200	1610	124.0
			AEROSIL R711	1530	104.3

结果/结论：CAB-O-SIL TS 610展现出良好的稠度。CAB-O-SIL TS 720是稠的。其余样品具有良好的稠度，并且没有异常特性。CAB-O-SIL TS 610没有完全溶解，并且略微透明，带有微黄色色调。CAB-O-SIL TS 530完全溶解，并且略微透明但不是黄色。AEROSIL R7200没有完全溶解，并且产生在样品底部有显著量添加剂的大部分不透明样品。AEROSIL 720完全溶解，但非常不透明。AEROSIL R711没有完全溶解，但仅略微不透明。

实施例9：实验7-含二次添加剂(溴(0.25％)和碳(0.1％)自由基捕获剂)的丙烯酸基 POSS和甲基丙烯酰基POSS(1％和2％)

试剂/配制品：尝试两种二次阻燃添加剂的组合以便使火焰在气相中停止蔓延。溴化(0.25％)和碳自由基捕获剂(0.1％)将一起使用。这些将被添加到2,500g样品中，未被计算在内。这些二次添加剂将与二者2％和3％负载量的丙烯酸基POSS和甲基丙烯酰基POSS混合。

1％负载量的配制品：

阻燃添加剂(POSS)：25g

溴化添加剂(FR 1025)：6.25g

碳自由基捕获剂添加剂：2.5g

聚合物：979g

单体：1,471g

预混物：25g

2％负载量的配制品：

阻燃添加剂(POSS)：50g

溴化添加剂(FR 1025)：6.25g

碳自由基捕获剂添加剂：2.5g

聚合物：979g

单体：1,446g

预混物：25g

添加剂信息：

United Initiators提供以下样品(碳自由基捕获剂)：

CUROX CC-DC

Alfa Chemistry提供以下样品(溴化添加剂)：

FR 1025

Hybrid Plastics提供以下样品：

丙烯酸基POSS笼混合物

甲基丙烯酰基POSS笼混合物

程序：获得三个玻璃Pyrex盘。将以上配制品在盘中混合，每个单独的样品一个。然后将盘置于高压釜中持续1天以允许浆料聚合。一旦从高压釜中取出，就目视分析样品以确定添加剂是否使材料变为不透明。使用DMA和DSC分析样品以确定机械特性因添加剂而如何改变。

结果/结论：所有样品均不透明，并且每个样品中间都有丙烯酸膨胀。进行溶解度测试以确定该碳或溴添加剂是否是不透明的来源。结果表明碳材料在几分钟内完全溶解在单体中。6小时后，溴化材料未溶解。进行下一项测试以确定单独的碳材料在燃烧后是否足以阻滞。

进行以下溶解度测试以确定有多少碳材料能够溶解在单体中：1/4％、1/2％、1％和2％的碳材料将在几分钟内溶解在单体中。

实施例10：实验8-含二次碳自由基捕获剂(1％)和(1/2％)的丙烯酸POSS和甲基丙烯酸 POSS(1.5％)

试剂/配制品：包含两种二次阻燃剂(溴化自由基捕获剂和碳自由基捕获剂)的实验7中的组合是不成功的。材料结果完全不透明。完成溶解度测试以确定该溴化或碳材料是否由于不溶性而导致不透明。

1.5％负载量的配制品，2,500g：

阻燃添加剂(POSS)：38g

碳自由基捕获剂添加剂(1％)：25g

聚合物：979g

单体：1,433g

预混物：25g

添加剂信息：

United Initiators提供以下样品(碳自由基捕获剂)：

CUROX CC-DC

Hybrid Plastics提供以下样品：

丙烯酸基POSS笼混合物

甲基丙烯酰基POSS笼混合物

程序：获得三个玻璃Pyrex盘。将以上配制品在盘中混合，每个单独的样品一个。样品不冷藏。样品不脱气。将盘置于高压釜中持续9天以允许浆料聚合。一旦从高压釜中取出，就目视分析样品以确定添加剂使材料变为不透明还是使其透明。使用DMA和DSC分析样品以确定机械特性因添加剂而如何改变。

表1.甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/碳(1％)和丙烯酸基POSS(1.5％)/碳(1％)的DMA结果。

样品	25℃下的储能模量	Tg(℃)
			甲基丙烯酰基/碳	1299	126.3
丙烯酸基/碳	1008	126.0

表2.甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/碳(1％)和丙烯酸基POSS(1.5％)/碳(1％)的DSC结果。

结果/结论：该1％碳材料迅速溶解在混合物中。在通过DMA和DSC测试后样品未固化。溶解度测试证实，溴化材料(0.25％)不溶于单体。搅拌6小时后，它从未溶解。

该碳材料(0.1％)在添加后几分钟内溶解在单体中。在1/4、1/2、1％和2％的溶解度测试证实，增加量的碳材料将在与单体混合后几分钟内溶解。

试剂/配制品-第2轮：虽然含1.5％每种POSS和1％碳自由基捕获材料的实验8中的材料未通过UL-94V测试，但数值大大改进。对于阻燃丙烯酸所期望的应用，该材料不一定需要通过UL-94V测试，更期望的是了解该材料是否将通过较大规模测试。下一步是制造更多的实验8的第一轮测试中的材料，并且还尝试使用1/2％碳材料来察看结果是否显著不同。然后将通过ASTM D1929和ASTM D635测试该材料。更多信息可以在下面的“认证-第3轮”部分中找到。

1.5％POSS与1/2％碳负载量的配制品，2,500g：

阻燃添加剂(POSS)：38g

碳自由基捕获剂添加剂(1％)：12.5g

聚合物：979g

单体：1,445.5g

预混物：25g

程序：获得三个玻璃Pyrex盘。将以上配制品在盘中混合，每个单独的样品一个。然后将盘置于高压釜中持续6天以允许浆料聚合。一旦从高压釜中取出，就目视分析样品以确定添加剂是否使材料变为不透明。使用DMA和DSC分析样品以确定机械特性因添加剂而如何改变。

表1.甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/碳(1％，1/2％)和丙烯酸基POSS(1.5％)/碳(1％，1/2％)的DMA结果。

表2.甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/碳(1％)、丙烯酸基POSS(1.5％)/碳(1％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/碳(1/2％)和丙烯酸基POSS(1.5％)/碳(1/2％)的DSC结果。

结果/结论：

所有四种样品都是光学通透的。将所有甲基丙烯酰基样品和丙烯酸基样品根据ASTMD635切割(每种10个样品)并且之后固化6天。由于甲基丙烯酰基/碳样品在通过UL-94V测试时具有较好的燃烧速率，因此它们将通过ASTM D635进行测试。

实施例11：实验9：含二次碳和磷自由基捕获剂的丙烯酸基POSS和甲基丙烯酰基POSS (1.5％)

试剂/配制品：包含一种二次阻燃剂(碳酸化材料)的实验8中的组合，但其不足以通过UL-94V测试。因此，将测试第三添加剂。首先，完成溶解度测试以确定膦酸化材料在单体中可溶性的水平。

溶解度测试证实，膦酸化材料可溶于单体，高达5％。对于下一轮测试，碳酸化材料的负载量将降低至1/4％，并且DOPO的范围将在1％-3％，同时保持POSS负载水平为1.5％。

配制品，2,500g负载量：

阻燃添加剂(POSS)：38g

碳自由基捕获剂添加剂(1/4％)：6.25g

DOPO(1％)：25g

聚合物：979g

单体：1,433g

预混物：25g

配制品，2,500g负载量：

阻燃添加剂(POSS)：38g

碳自由基捕获剂添加剂(1/4％)：6.25g

DOPO(3％)：75g

聚合物：979g

单体：1,433g

预混物：25g

添加剂信息：

United Initiators提供以下样品(碳自由基捕获剂)：

CUROX CC-DC

Hybrid Plastics提供以下样品：

丙烯酸基POSS笼混合物

甲基丙烯酰基POSS笼混合物

TCI America提供以下样品：

DOPO

表1.甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/碳(1/4％)/DOPO(1％)、丙烯酸基POSS(1.5％)/碳(1/4％)/DOPO(3％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/碳(1/4％)/DOPO(1％)、和丙烯酸基POSS(1.5％)/碳(1/4％)/DOPO(3％)的DMA结果。

表2.甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/碳(1/4％)/DOPO(3％)、丙烯酸基POSS(1.5％)/碳(1/4％)/DOPO(1％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/碳(1/4％)/DOPO(3％)、和丙烯酸基POSS(1.5％)/碳(1/4％)/DOPO(1％)的DSC结果。

结果/结论：并非所有的3％DOPO都进入混合物...丙烯酸可能具有残余痕量的DOPO。样品结果都是黄色的。对于具有3％负载量的样品，未溶解的DOPO材料落到盘的底部。在最后退火4天后，我们将切割并且发出配制品2样品以进行对于丙烯酸基POSS和甲基丙烯酰基POSS二者的ASTM D635测试。含3％DOPO的样品在机械加工时比含1％DOPO的那些脆得多。甲基丙烯酰基(1.5％)/碳(1/4％)/DOPO(1％)显著改进了ASTM D635的结果；因此，也将样品切割以进行ASTM D1929测试。在几次FR测试之后，似乎添加的碳材料越少，FR结果越好。因此，从配制品中除去碳材料。

实施例12：实验10：含二次磷自由基捕获剂的丙烯酸基POSS和甲基丙烯酰基POSS (1.5％)

试剂/配制品：实验9中的组合包含两种二次阻燃剂(碳酸化材料和膦酸化材料)，但FR结果推断出碳材料的量越少，评级越好。从配制品中除去碳材料，并且仅测试膦酸化材料。为了对除去碳材料弥补，将膦酸化的负载水平增加。

配制品，2,500g负载量：

阻燃添加剂(POSS)：38g

DOPO(1％)：25g

聚合物：979g

单体：1,433g

预混物：25g

添加剂信息：

Hybrid Plastics提供以下样品：

丙烯酸基POSS笼混合物

甲基丙烯酰基POSS笼混合物

TCI America提供以下样品：

DOPO

表1.甲基丙烯酰基POSS(1％)/DOPO(1％)、丙烯酸基POSS(1.5％)/DOPO(1％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/碳(1/4％)/DOPO(1％)、和丙烯酸基POSS(1.5％)/碳(1/4％)/DOPO(3％)的DMA结果。

结果/结论：含DOPO的样品是透明的但是具有黄色。似乎DOPO迁移到丙烯酸的顶部。因此，切割面板导致较浅黄色的样品。

实施例13：实验11：含ZrP、PC900、ARS11的甲基丙烯酰基POSS(1.5％)

试剂/配制品：在实验10之后，确定的是DOPO给透明丙烯酸增添了黄色色调。由于这种色调，将需要使用不含芳香族环的不同二次磷添加剂进行实验。具有芳香族环的磷添加剂可能是材料变黄的原因。

3％磷负载量的配制品，2,500g负载量

POSS(1.5％)：37.5g

二次添加剂(3％)：75g

聚合物：979g

单体：1,383.5g

预混物：25g

磷酸氢锆是在此负载水平下实验的唯一添加剂

5％磷负载量的配制品，2,500g负载量

POSS(1.5％)：37.5g

二次添加剂(5％)：125g

聚合物：979g

单体：1,333.5g

预混物：25g

ARS11和PC 900在此负载水平下进行实验

10％磷负载量的配制品，2,500g负载量

POSS(1.5％)：37.5g

二次添加剂(10％)：250g

聚合物：979g

单体：1,208.5g

预混物：25g

ARS11和PC 900在此负载水平下进行实验

添加剂信息：

Hybrid Plastics提供以下样品：

甲基丙烯酰基POSS笼混合物

Inovia提供以下样品：

ARS11

Thor提供以下样品：

PC 90Sunshine Factory提供以下样品：

磷酸氢锆(ZrP)

程序：获得三个玻璃Pyrex盘。将以上配制品在盘中混合，每个单独的样品一个。样品不冷藏。样品不脱气。将盘置于高压釜中持续11天以允许浆料聚合。一旦从高压釜中取出，就目视分析样品以确定添加剂使材料变为不透明还是使其透明。使用DMA和DSC分析样品以确定机械特性因添加剂而如何改变。

表1.甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/ARS11(5％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/ARS11(10％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/PCO 900(5％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/PCO 900(10％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/ZrP(3％)的DMA结果。

表2.甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/ARS11(5％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/ARS11(10％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/PCO 900(5％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/PCO 900(10％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/ZrP(3％)的DSC结果。

结果/结论：使POSS(1.5％)和ARS11(5％)经受ASTM D635(HB测试)和UL94(V测试)的测试，以确定ARS11是否增加了足够的FR能力。

实施例14：实验12：甲基丙烯酰基POSS(1.5％)，ARS11、FCX 210、P1022、P0683、P0269 (未脱气)。

试剂/配制品：在实验11之后，ARS11的负载水平降低，有两个原因。一个是限制金色色度，并且另一个是维持或限制机械性能的变化。5％和10％负载量的样品具有强烈的金色色调，并且模量比我们通常看到的低很多。对于这些应用，较低模量是可以的，但最好不要像我们偏离得那么大。

1.5％磷负载量的配制品，2,500g负载量

POSS(1.5％)：37.5g

二次添加剂(1.5％)：37.5g

聚合物：979g

单体：1421g

预混物：25g

ARS11、FCX 210、P1022、P0683和P0269在此负载水平下进行实验

3％磷负载量的配制品，2,500g负载量

POSS(1.5％)：37.5g

二次添加剂(3％)：75g

聚合物：979g

单体：1,383.5g

预混物：25g

ARS11在此负载水平下进行实验

添加剂信息：

Hybrid Plastics提供以下样品：

甲基丙烯酰基POSS笼混合物

Inovia提供以下样品：

ARS11

TCI America提供以下样品：

P1022、P0683和P0269

Taijin提供以下样品：

FCX 210

程序：获得三个玻璃Pyrex盘。将以上配制品在盘中混合，每个单独的样品一个。样品不冷藏。样品不脱气。将盘置于高压釜中持续3天以允许浆料聚合。一旦从高压釜中取出，就目视分析样品以确定添加剂使材料变为不透明还是使其透明。使用DMA和DSC分析样品以确定机械特性因添加剂而如何改变。

表1.含二次磷添加剂的甲基丙烯酰基POSS(1.5％)的DMA结果。这些样品未脱气，但之后固化。

结果/结论：FCX 210是不透明的。ARS11展现出一些希望的特性。P1022、P0683、P0269展现出一些希望的特性。由于P0269具有气泡，因此在浇注之前可能需要脱气。

实施例15：实验13：甲基丙烯酰基POSS(1.5％)，ARS11、FCX

210、P1022、P0683、P0269(脱气)

试剂/配制品：在实验11之后，ARS11的负载水平降低，有两个原因。一个是限制金色色度，并且另一个是维持或限制机械性能的变化。5％和10％负载量的样品具有强烈的金色色调，并且模量比典型模量低很多。

1.5％磷负载量的配制品，2,500g负载量

POSS(1.5％)：37.5g

二次添加剂(1.5％)：37.5g

聚合物：979g

单体：1421g

预混物：25g

ARS11、FCX 210、P1022、P0683和P0269在此负载水平下进行实验

3％磷负载量的配制品，2,500g负载量

POSS(1.5％)：37.5g

二次添加剂(3％)：75g

聚合物：979g

单体：1,383.5g

预混物：25g

ARS11在此负载水平下进行实验

添加剂信息：

Hybrid Plastics提供以下样品：

甲基丙烯酰基POSS笼混合物

Inovia提供以下样品：

ARS11

TCI America提供以下样品：

P1022、P0683和P0269

Taijin提供以下样品：

FCX 210

程序：获得三个玻璃Pyrex盘。将以上配制品在盘中混合，每个单独的样品一个。将样品脱气。然后将盘置于高压釜中持续3天以允许浆料聚合。一旦从高压釜中取出，就目视分析样品以确定添加剂是否使材料变为不透明。使用DMA和DSC分析样品以确定机械特性因添加剂而如何改变。

表1.甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/ARS11(1.5％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/ARS11(10％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/PCO 900(5％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/PCO 900(10％)、甲基丙烯酰基POSS(1.5％)/ZrP(3％)的DMA结果。

结果/结论：含ARS11的样品被着色为金色。P0269、P1022和P0683的样品都是非常透明的。

实施例16：实验14：甲基丙烯酰基POSS(1.5％)ARS11(13％和15％)(脱气)

试剂/配制品：在实验13之后，发出POSS/ARS11样品以进行ASTM D635和UL94V测试。结果很好，但仍然可以采用一些改进。

配制品，3,000g负载量：

POSS(1.5％)：45g

二次添加剂(13％)：390g

聚合物：979g

单体：1556g

预混物：30g

配制品，3,000g负载量：

POSS(1.5％)：45g

二次添加剂(15％)：450g

聚合物：979g

单体：1496g

预混物：30g

添加剂信息：

Hybrid Plastics提供以下样品：

甲基丙烯酰基POSS笼混合物

Inovia提供以下样品：

ARS11

结果/结论：金属盘需要脱模剂，否则丙烯酸会脱掉盘涂层。POSS/ARS11样品似乎需要多于3天的铸造。2周铸造的材料展现出希望的结果。

根据需要，已经公开了阻燃材料的详细实施方案。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，提供所公开的实施方案仅用于说明并且仅作为材料的示例，其可以各种形式实施。因此，本文公开的具体结构和功能细节不应被解释为限制，而仅作为权利要求的基础并且作为教导本领域技术人员以实际上任何适当详细的结构不同地使用该材料的代表性基础。

Claims

1.一种透明耐火材料，其包含：

主聚合物；

纳米结构填料；和

至少一种交联剂。

2.权利要求1的耐火材料，其还包含至少一种UV抑制剂。

3.权利要求1的耐火材料，其还包含至少一种脱模剂组分。

4.权利要求1的耐火材料，其还包含一种或多种自由基源。

5.权利要求1的耐火材料，其还包含溴化添加剂。

6.权利要求1的耐火材料，其还包含基于磷的增效剂。

7.权利要求1的耐火材料，其中该主聚合物是丙烯酸、丙烯酸玻璃、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、丙烯酸树脂、塑料、或其组合。

8.权利要求1的耐火材料，其中该纳米结构填料是多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)。

9.权利要求4的耐火材料，其中该自由基源相对于总组合物的重量百分比范围为0％-1.0％。

10.权利要求5的耐火材料，其中该溴化添加剂是聚合物溴化丙烯酸酯。

11.权利要求6的耐火材料，其中该增效剂是9,10二氢-9-氧杂-10-磷杂菲10氧化物(DOPO)。

12.权利要求1的耐火材料，其还包含自由基源，其中该自由基源提供气体抑制特性。

13.一种透明耐火材料，其包含：

主聚合物，其中该主聚合物是丙烯酸、丙烯酸玻璃、聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、丙烯酸树脂、塑料、或其组合；

纳米结构填料，其中该纳米结构填料是多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)；

至少一种交联剂；

至少一种UV抑制剂；

至少一种脱模剂组分；

至少一种或多种自由基源；

至少一种聚合物引发剂；

至少一种溴化添加剂；和

至少一种基于磷的增效剂，其中该增效剂是9,10二氢-9-氧杂-10-磷杂菲10氧化物(DOPO)。

14.权利要求13的耐火材料，其中主聚合物相对于总组合物的重量百分比范围可以为45％-52％(w/w)。

15.权利要求13的耐火材料，其中POSS的重量百分比范围可以为约0.1％至约5％(w/w)。

16.权利要求13的耐火材料，其中交联剂相对于总组合物的重量百分比范围为约0.5％-1.0％(w/w)。

17.权利要求13的耐火材料，其中聚合物抑制剂相对于总组合物的重量百分比范围为0.001％-0.2％(w/w)。

18.权利要求13的耐火材料，其中该耐火材料被结合到以下任何一种中：墙壁覆盖物、窗玻璃、用于天窗的窗玻璃、窗、墙壁固定装置、墙壁装饰物、投影屏幕、双面投影屏幕、抗弹玻璃、防弹玻璃、航空航天应用、抗弹击材料、抗冲击材料、或防爆材料。

19.一种用于制造耐火材料的方法，其包括：

产生浆料或浓浆，其中该浆料或浓浆包含主聚合物、纳米结构填料、至少一种交联剂、至少一种UV抑制剂、至少一种脱模剂组分、至少一种或多种自由基源、至少一种聚合物引发剂、至少一种溴化添加剂、和至少一种基于磷的增效剂；

将该浆料或浓浆置于模具中；

在加热容器中将该浆料或浓浆固化。

20.权利要求19的方法，其中在高压釜中使用连续单元铸造将该浆料或浓浆模制，其中所模制的耐火材料用于包括以下的应用：墙壁覆盖物、窗玻璃、用于天窗的窗玻璃、窗、墙壁固定装置、墙壁装饰物、投影屏幕、双面投影屏幕、抗弹玻璃、防弹玻璃、航空航天应用、抗弹击材料、抗冲击材料、和防爆材料。

21.一种组合物，其包含聚(甲基丙烯酸甲酯)(PMMA)、多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)、至少一种交联剂、至少一种UV抑制剂、至少一种脱模剂组分、至少一种或多种自由基源、至少一种聚合物引发剂、至少一种溴化添加剂、和增效剂，该增效剂为9,10二氢-9-氧杂-10-磷杂菲10氧化物(DOPO)。

22.一种组合物，其包含：甲基丙烯酸甲酯单体、预聚合的PMMA、聚合抑制剂UV吸收剂、内部脱模剂、交联剂、第一阻燃添加剂、第二阻燃添加剂、和聚合引发剂。