CN105751644B - 一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜及其制备方法 - Google Patents
一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜及其制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜及其制备方法，具体是先制备含氨基和硼的硅树脂，再合成环氧封端有机硅聚合物，将含氨基和硼的硅树脂、环氧封端有机硅聚合物与聚酰胺在熔融状态下反应得到硼硅协同阻燃的聚酰胺，最后将硼硅协同阻燃的聚酰胺、纳米粒子、抗氧剂加入到挤出机中共挤出，得到性能优良的硼硅协同阻燃聚酰胺五层共挤复合膜。通过上述方式，本发明的复合膜具有优良的阻燃效果，且兼具聚酰胺和有机硅材料的优点，具有优异绝缘性、耐***电压、高尺寸稳定性、热稳定性、良好的机械性能、耐磨、自润滑性能、吸湿性小、耐冷热冲击、耐极端气候等优点，可用于太阳能背板膜、绝缘子等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜及其制备方法。
背景技术
聚酰胺树脂具有良好的粘结性、优异的机械、耐磨、自润滑性能以及很好的耐热性，同时还与作为封装材料的EVA（乙烯醋酸乙烯共聚物）胶膜以及作为填充密封用的硅胶有良好的粘结性，有望成为重要的太阳能背板材料，近年来得到研究者的关注。国际专利WO2008/138021A2公开了利用多种类型的聚酰胺代替聚酯作为光伏模块背板中的材料。中国专利CN102324440A以聚酰胺树脂为主体制备了一种单层结构的太阳能电池背板；而中国专利CN10931018 A 则公开了一种基于聚酰胺的模塑料制造的光伏模块单背膜。为了减少聚酰胺组合物吸水和提升制品的尺寸稳定性，中国发明专利申请201080047306.2报道采用酚类化合物用于制备硼硅协同阻燃的聚酰胺。
另外，共挤出技术是用两台或两台以上螺杆挤出机将多种聚合物复合材料同时挤出，并在一个机头中成型为多层板式或片状结构的一步成型加工方法。该方法避免了传统方法中成本高、还需复杂的层压或涂层工艺等缺点，可方便成型为具有特殊性能的薄层或超薄层，生产成本低，工艺简单，能耗低，生产效率高、制品种类多，特别适合于生产复合薄膜制品。中国发明专利申请201210582704.5公开了一种聚酰胺太阳能背板，从内到外包括内表层、芯层和外表层三层。内表层和外表层由聚酰胺树脂，填料以及添加剂制成，芯层为硼硅协同阻燃的聚酰胺树脂组合物组成，最终产品具有优良的粘结性，层间剥离力的同时，还具有耐老化、尤其是耐湿热老化的性能，同时还具有低饱和吸水率，低水蒸气透过率以及优异的电绝缘性能，并且制备工艺简便，成本低，适合于工业化生产。
因此，本公司申请的中国发明专利（申请号 CN201510008519.9）采用环氧封端的有机硅聚合物与酰胺、纳米粒子和抗氧剂加入到挤出机中熔融共混和五层共挤出，得到聚酰胺五层共挤复合膜，克服了上述缺点。
但是，上述制备方法获得的聚酰胺共挤复合膜阻燃效果不佳，当发生火灾时，容易快速燃烧并导致别的财物着火，甚至危及人员生命安全。为此，需要研制阻燃聚酰胺共挤复合膜。添加含卤助燃剂的材料在燃烧时可产生烟雾，对人体有害，致使火灾中很多人员窒息而亡，精密设备瘫痪。传统的通过添加氢氧化铝和氢氧化镁等无机阻燃剂的方法，虽然可以赋予聚合物良好的阻燃性能，但是由于无机物与有机聚合物之间的相容性较差，往往会降低材料的力学性能和加工性能。硅系阻燃剂除了能够赋予基材阻燃性能（如低燃速、低释热、防滴落）外，还能改善基材的其它性能（如加工性能、机械性能、耐热性能等），生态友好，因而能满足人们对聚酰胺共挤复合膜越来越严格的要求。中国发明专利（申请号201410189021.2）公开了一种反应挤出制备聚酰亚胺硅氧烷/碳纤维复合材料的方法，具体是均匀混合端氨基甲基苯基硅氧烷预聚体、芳香族二酐、芳香族二胺及链转移剂后，开启挤出机，通过计量加料装置将均匀混合后的混合物由主喂料口加入挤出机，将碳纤维由挤出机中段的侧喂料口加入，在挤出机中同时完成聚酰亚胺硅氧烷的聚合反应及其与碳纤维的复合。但是，这种方法中碳纤维与聚合物基料相容性差，粘度高，容易产生相分离，不便于共挤制备共挤复合膜；端氨基甲基苯基硅氧烷预聚体在复合材料聚合物基体中用量较大，而制备端氨基甲基苯基硅氧烷预聚体的原料甲基苯基环体或甲基苯基硅烷较贵，因而使得产品成本非常高。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜及其制备方法，得到的聚酰胺五层共挤复合膜具有优良的阻燃性能。
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，包括第一层、第二层、第三层、第四层和第五层，所述第一层、所述第二层、所述第三层、所述第四层、所述第五层从上到下依次相邻，所述第一层和所述第五层的材质相同，所述第二层和所述第四层的材质相同。
在本发明一个较佳实施例中，所述第一层和所述第五层为耐候层，所述耐候层是向硼硅协同阻燃的聚酰胺中添加耐老化、抗紫外、提高机械性能的纳米级材料达到耐候的要求而形成的；所述第二层和所述第四层为阻隔层，所述阻隔层是向硼硅协同阻燃的聚酰胺中添加纳米级的阻水阻气材料，通过分子互锁形成闭环结构达到阻隔的效果而形成的；所述第三层为硼硅协同阻燃的聚酰胺PA基材层。
在本发明一个较佳实施例中，所述第一层和所述第五层的厚度为0.01～0.12mm，所述第二层和所述第四层的厚度为0.01～0.12 mm，所述第三层的厚度为0.06～0.30mm，所述硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜的厚度为0.10～0.78mm。
在本发明一个较佳实施例中，所述硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜的制备方法包括步骤为：（1）采用硼酸酯、带氨基的烷氧基硅烷、二官能烷氧基硅烷和三官能烷氧基硅烷进行共水解缩合，制备含氨基和硼的硅树脂；（2）以环硅氧烷为单体、四甲基氢氧化铵碱胶为催化剂、与环氧封端剂开环聚合得到环氧封端有机硅聚合物；（3）将所述含氨基和硼的硅树脂、所述环氧封端有机硅聚合物和聚酰胺在熔融状态下反应得到硼硅协同阻燃的聚酰胺；（4）将所述硼硅协同阻燃的聚酰胺、纳米粒子和抗氧剂加入到挤出机中共挤出，得到硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（1）中含氨基和硼的硅树脂的具体制备方法为：将带氨基的烷氧基硅烷、硼酸酯、二官能烷氧基硅烷和三官能烷氧基硅烷进行混合得到反应物，将反应物滴加到溶剂和水的混合物中，在搅拌下，于20～80℃共水解0.5～24h后，经静置分层，将油相在30～80℃/20 mm Hg条件下除去溶剂和低分子后，得到含氨基和硼的硅树脂，其中所述硼酸酯的用量为所述反应物的0.5～10wt％，所述带氨基的烷氧基硅烷的用量为所述反应物的0.5～15 wt％，所述二官能烷氧基硅烷的用量为所述反应物的10～65wt％，所述三官能烷氧基硅烷的用量为所述反应物的0～10 wt％，所述溶剂的质量是所述反应物质量的0.3～4倍，所述水是所述反应物摩尔数的0.8～3倍。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（1）中所述二官能烷氧基硅烷为二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷中的一种或几种的混合物；所述三官能烷氧基硅烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的一种及几种的混合物；步骤（1）中所述硼酸酯为硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、三异丙醇胺环硼酸酯、双联邻苯二酚硼酸酯、异丙醇频哪醇硼酸酯、联硼酸频那醇酯、双联(2-甲基-2,4-戊二醇) 硼酸酯、双联(D-酒石酸二乙酯) 硼酸酯中的一种或几种的混合物；优选地，所述硼酸酯为硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、三异丙醇胺环硼酸酯、双联邻苯二酚硼酸酯中的一种或几种的混合物；所述带氨基的烷氧基硅烷为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、苯胺基甲基三甲氧基硅烷、苯胺基甲基三乙氧基硅烷中的一种或几种的混合物。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（2）中所述环硅氧烷为八甲基环四硅氧烷、甲基苯基环四硅氧烷、八苯基环四硅氧烷中的一种或几种的混合物；所述环氧封端剂为1,3-二(3-缩水丙基)-1,1,3,3-四二硅氧烷；所述环氧封端有机硅聚合物为环氧封端二甲基聚硅氧烷、环氧封端甲基苯基聚硅氧烷、环氧封端二甲基-二苯基聚硅氧烷、环氧封端二甲基-甲基苯基聚硅氧烷中的一种或几种的混合物；步骤（2）中所述环氧封端有机硅聚合物制备的聚合温度为80～100℃，聚合时间为1～24h，聚合完毕，将聚合反应体系加热到135～145 ℃分解催化剂1～4 h，即得到环氧封端有机硅聚合物；所述环氧封端有机硅聚合物的粘度为5～30000mpa•s；优选地，所述环氧封端有机硅聚合物的粘度为10～5000 mpa•s；最优选地，所述环氧封端有机硅聚合物的粘度为10～1000 mpa•s。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（3）中所述聚酰胺为聚己内酰胺PA6、聚己二酰己二胺PA66、聚壬酰胺PA9、聚癸内酰胺PA10、聚十一酰胺PA11、聚十二内酰胺PA12、聚己二酰壬二胺PA69、聚癸二酰己二胺PA610、聚十二二酰己二胺PA612、无定形聚酰胺PA6-3-T、聚对（间）苯二甲酸己二胺PA61、聚邻苯二甲酰胺PPA中的一种或几种；所述含氨基和硼的硅树脂的用量为聚酰胺的0.5~15wt%；所述环氧封端有机硅聚合物的用量为聚酰胺的5~15 wt%。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（4）中所述纳米粒子为纳米二氧化钛、纳米碳酸钙、纳米氧化锌、纳米氧化锆、纳米二氧化硅中的一种或几种的混合物；所述纳米粒子的粒径为0.5～500nm；优选地，所述纳米粒子的粒径为2～200 nm；最优选地，所述纳米粒子的粒径为10～80 nm；所述纳米粒子用量为所述硼硅协同阻燃的聚酰胺的1～80wt%；优选地，所述纳米粒子用量为所述硼硅协同阻燃的聚酰胺的5～60wt％；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂N,N’-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺或亚抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；所述抗氧剂用量为所述硼硅协同阻燃的聚酰胺的0.01～5 wt%；优选地，所述抗氧剂用量为所述硼硅协同阻燃的聚酰胺的0.05～2wt%。
在本发明一个较佳实施例中，步骤（4）中所述挤出机共挤出过程中挤出机温区共9个温区，温度范围为80℃～180℃，模具共分6个温区，温度范围为180～280℃。
本发明的有益效果是：本发明的硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜及其制备方法，复合膜具有优良的阻燃效果，阻燃效果可达UL-94 V-0 级别，氧指数为25～33，并且兼具聚酰胺和有机硅材料的优点，具有优异绝缘性、耐***电压、高尺寸稳定性、热稳定性、良好的机械性能、耐磨、自润滑性能、吸湿性小、耐冷热冲击、耐极端气候等优点，可用于太阳能背板膜、绝缘子等领域。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明的硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜一较佳实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参阅图1，提供一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，包括第一层、第二层、第三层、第四层和第五层，即图1所示的A层、B层和C层，如图1所示从上向下依次为A层、B层、C层、B层和A层。五层均以硼硅协同阻燃的聚酰胺为基材，满足优良的阻燃性、高绝缘性、耐***电压、高尺寸稳定性、热稳定性等基本性能。其中A层为高耐候层，是向硼硅协同阻燃的聚酰胺中添加耐老化、抗紫外、提高机械性能的纳米级材料达到高耐候的要求；B层为高阻隔层，是向硼硅协同阻燃的聚酰胺中添加纳米级的阻水阻气材料，通过生产工艺控制，通过分子互锁形成闭环结构，达到高阻隔的效果；C层为硼硅协同阻燃的聚酰胺PA基材层。
所述A层厚度为0.01～0.12mm，所述B层厚度为0.01～0.12 mm，所述C层厚度为0.06～0.30mm，所述硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜的厚度为0.10～0.78mm。
提供一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜的制备方法，包括步骤为：
（1）向3 L干净三口烧瓶中加入500 g甲苯和500 g 去离子水，在搅拌下于30 ℃开始滴加由272 g γ-氨丙基三甲氧基硅烷、480 g二甲基二乙氧基硅烷、408g 甲基三甲氧基硅烷和50 g硼酸三甲酯的混合物，在0.5~1 h内滴完后，升温到80 ℃回流4 h，静置分层，将油相在50℃/20 mm Hg下减压脱除溶剂和低分子后，获得465g含氨基和硼的硅树脂。
（2）向1L干净、氮气保护的三口瓶中加入八甲基环四硅氧烷400 g、环氧封端剂18.64 g和四甲基氢氧化铵碱胶8g，在100℃下聚合4 h，在140℃下分解催化剂1h，然后减压脱出低分子后，获得粘度350mpa•s的环氧封端二甲基聚硅氧烷。
（3）然后取所得含氨基和硼的硅树脂60 g，环氧封端二甲基聚硅氧烷40g，并和聚酰胺6（PA6）360 g，加热到160 ℃，减压反应4h，获得硼硅协同阻燃的聚酰胺460g。
（4）将所得硼硅协同阻燃的聚酰胺200g、粒径为100nm的纳米二氧化钛160 g与抗氧剂N,N’-双-（3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酰基）己二胺1g加入第一台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g与抗氧剂N,N’-双-（3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酰基）己二胺0.5g加入第二台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g加入第三台挤出机。这三台挤出机9个温度为160℃的温区，快速挤出到6个温度分别为180℃、190℃、200℃、210℃、220℃和230℃的温区，减压脱出气泡30min，然后挤出成型，获得五层共挤聚酰胺复合膜。其中A层0.08 MM，B层0.10 MM，C层0.20 MM，成品五层共挤聚酰胺复合膜厚度0.56 MM。该复合膜阻燃效果可达UL-94 V-0 级，氧指数为33。
实施例二：
提供一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜的制备方法，得到的聚酰胺五层共挤复合膜结构上与实施例一相同，包括步骤为：
（1）向3 L干净三口烧瓶中加入1000 g甲苯和500 g 去离子水，在搅拌下于30 ℃开始滴加由136 g γ-氨丙基三乙氧基硅烷、360 g二甲基二乙氧基硅烷、210g甲基苯基二乙氧基硅烷、534 g 甲基三乙氧基硅烷和30 g硼酸三甲酯和60g 硼酸三乙酯的混合物，在0.5~1 h内滴完后，升温到40 ℃反应24 h，静置分层，将油相在60℃/20 mm Hg下减压脱除溶剂和低分子后，获得545 g含氨基和硼的硅树脂。
（2）向1L干净、氮气保护的三口瓶中加入八甲基环四硅氧烷200 g、甲基苯基环四硅氧烷200g、环氧封端剂18.64 g和四甲基氢氧化铵碱胶8g，在100℃下聚合4 h，在140℃下分解催化剂1h，然后减压脱出低分子后，获得粘度590mpa•s的环氧封端甲基苯基聚硅氧烷。
（3）然后取所得含氨基和硼的硅树脂40g，环氧封端甲基苯基聚硅氧烷40g和聚酰胺66（PA66） 360g，加热到160℃，减压反应4h，获得硼硅协同阻燃的聚酰胺440g。
（4）将所得硼硅协同阻燃的聚酰胺200g、粒径为2 nm的纳米氧化锌 20 g与抗氧剂亚抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1g加入第一台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g与抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.5g加入第二台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g加入第三台挤出机。这三台挤出机9个温度为160℃的温区，快速挤出到6个温度分别为190℃、210℃、230℃、240℃、250℃和260℃的温区，减压脱出气泡30min，然后挤出成型，获得五层共挤聚酰胺复合膜，其中A层0.12 MM，B层0.01 MM，C层0.30 MM，成品厚度0.56 MM。该复合膜阻燃效果可达UL-94 V-0 级，氧指数为30。
实施例三：
提供一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜的制备方法，得到的聚酰胺五层共挤复合膜结构上与实施例一相同，包括步骤为：
（1）向3 L干净三口烧瓶中加入800 g甲苯和500 g 去离子水，在搅拌下于30 ℃开始滴加由136 g γ-氨丙基三甲氧基硅烷、135g 苯胺基甲基三乙氧基硅烷、240 g二甲基二乙氧基硅烷、244 g二苯基二甲氧基硅烷、204 g 甲基三甲氧基硅烷、198g苯基三甲氧基硅烷、20 g三异丙醇胺环硼酸酯和40 g硼酸三甲酯的混合物，在0.5~1 h内滴完后，升温到65℃反应8 h，静置分层，将油相在60℃/20 mm Hg下减压脱除溶剂和低分子后，获得639 g含氨基和硼的硅树脂。
（2）向1L干净、氮气保护的三口瓶中加入八甲基环四硅氧烷200 g、八苯基环四硅氧烷200g、环氧封端剂18.64 g、四甲基氢氧化铵碱胶8g，在100℃下聚合4 h，在140℃下分解催化剂1h，然后减压脱出低分子后，获得粘度780 mpa•s的环氧封端二甲基-二苯基聚硅氧烷。
（3）然后取所得含氨基和硼的硅树脂25g，环氧封端二甲基-二苯基聚硅氧烷40g，且和聚酰胺9（PA9） 360g，加热到160℃，减压反应4h，获得硼硅协同阻燃的聚酰胺425g。
（4）将所得硼硅协同阻燃的聚酰胺200g、粒径为500nm的纳米氧化锌20 g、粒径为40 nm的纳米氧化锌40 g与抗氧剂亚抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.25 g加入第一台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g与抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.125 g加入第二台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g加入第三台挤出机。这三台挤出机9个温度为160℃的温区，快速挤出到6个温度分别为180℃、200℃、210℃、220℃、230℃和240℃的温区，减压脱出气泡30min，然后挤出成型，获得五层共挤聚酰胺复合膜，其中A层0.04 MM，B层0.12 MM，C层0.18 MM，成品厚度0.52 MM。该复合膜阻燃效果可达UL-94 V-0级，氧指数为30。
实施例四：
提供一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜的制备方法，得到的聚酰胺五层共挤复合膜结构上与实施例一相同，包括步骤为：
（1）向3 L干净三口烧瓶中加入1800 g甲苯和500 g 去离子水，在搅拌下于30 ℃开始滴加由68 g γ-氨丙基三甲氧基硅烷、67.5 g 苯胺基甲基三乙氧基硅烷、120 g二甲基二乙氧基硅烷、122 g二苯基二乙氧基硅烷、102 g 甲基三乙氧基硅烷、99 g苯基三乙氧基硅烷、10 g双联邻苯二酚硼酸酯、5 g异丙醇频哪醇硼酸酯、15 g联硼酸频那醇酯和5 g硼酸三甲酯的混合物，在0.5~1 h内滴完后，升温到65 ℃反应4 h，静置分层，将油相在60℃/20 mm Hg下减压脱除溶剂和低分子后，获得393 g含氨基和硼的硅树脂。
（2）向1L干净、氮气保护的三口瓶中加入八甲基环四硅氧烷150 g和甲基苯基环四硅氧烷150g，环氧封端剂55.92 g，四甲基氢氧化铵碱胶6 g，在100℃下聚合4 h，在140℃下分解催化剂1h，然后减压脱出低分子后，获得粘度35 mpa•s的环氧封端甲基苯基聚硅氧烷。
（3）然后取所得含氨基和硼的硅树脂40g，环氧封端甲基苯基聚硅氧烷40 g，聚酰胺11（PA11） 360g，加热到160℃，减压反应4h，获得硼硅协同阻燃的聚酰胺440g。
（4）将所得硼硅协同阻燃的聚酰胺200g、粒径为100nm的纳米氧化锌20 g、粒径为40 nm的纳米氧化锆20 g与抗氧剂亚抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯10 g加入第一台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g与抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯5 g加入第二台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g加入第三台挤出机。这三台挤出机9个温度为160℃的温区，快速挤出到6个温度分别为180℃、190℃、200℃、210℃、260℃和280℃的温区，减压脱出气泡30min，然后挤出成型，获得五层共挤聚酰胺复合膜，其中A层0.10MM，B层0.06 MM，C层0.30 MM，成品厚度0.62 MM。该复合膜阻燃效果可达UL-94 V-0 级，氧指数为31.5。
实施例五：
提供一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜的制备方法，得到的聚酰胺五层共挤复合膜结构上与实施例一相同，包括步骤为：
（1）向3 L干净三口烧瓶中加入1800 g甲苯和500 g 去离子水，在搅拌下于30 ℃开始滴加由68 g γ-氨丙基三甲氧基硅烷、67.5 g 苯胺基甲基三乙氧基硅烷、120 g二甲基二乙氧基硅烷、122 g二苯基二乙氧基硅烷、102 g 甲基三乙氧基硅烷、99 g苯基三乙氧基硅烷、10 g双联邻苯二酚硼酸酯、5 g异丙醇频哪醇硼酸酯、15 g双联(D-酒石酸二乙酯)硼酸酯和5 g硼酸三甲酯的混合物，在0.5~1 h内滴完后，升温到65 ℃反应4 h，静置分层，将油相在60℃/20 mm Hg下减压脱除溶剂和低分子后，获得393 g含氨基和硼的硅树脂。
（2）向1L干净、氮气保护的三口瓶中加入八甲基环四硅氧烷100 g和甲基苯基环四硅氧烷100g，环氧封端剂55.92g，四甲基氢氧化铵碱胶6g，在100℃下聚合4 h，在140℃下分解催化剂1h，然后减压脱出低分子后，获得粘度12 mpa•s的环氧封端甲基苯基聚硅氧烷。
（3）然后取所得含氨基和硼的硅树脂5g，环氧封端甲基苯基聚硅氧烷40g，聚酰胺12（PA12） 360g，加热到160℃，减压反应4h，获得硼硅协同阻燃的聚酰胺405g。
（4）将所得硼硅协同阻燃的聚酰胺200g、粒径为0.5 nm的纳米二氧化硅20 g、粒径为80 nm的纳米二氧化钛 80 g与N,N’-双-（3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酰基）己二胺0.05 g加入第一台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g与抗氧剂N,N’-双-（3-（3，5-二叔丁基-4-羟基苯基）丙酰基）己二胺0.025 g加入第二台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g加入第三台挤出机。这三台挤出机9个温度为160℃的温区，快速挤出到6个温度分别为180℃、190℃、220℃、240℃、260℃和280℃的温区，减压脱出气泡30min，然后挤出成型，获得五层共挤聚酰胺复合膜，其中A层0.12 MM，B层0.12 MM，C层0.20 MM，成品厚度0.68MM。该复合膜阻燃效果可达UL-94 V-0 级，氧指数为27。
实施例六：
提供一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜的制备方法，得到的聚酰胺五层共挤复合膜结构上与实施例一相同，包括步骤为：
（1）向3 L干净三口烧瓶中加入1800 g甲苯和500 g 去离子水，在搅拌下于30 ℃开始滴加由68 g γ-氨丙基三甲氧基硅烷、67.5 g 苯胺基甲基三乙氧基硅烷、120 g二甲基二乙氧基硅烷、122 g二苯基二乙氧基硅烷、102 g 甲基三乙氧基硅烷、99 g苯基三乙氧基硅烷、10 g双联邻苯二酚硼酸酯、5 g异丙醇频哪醇硼酸酯、15 g双联(D-酒石酸二乙酯)硼酸酯和5 g硼酸三甲酯的混合物，在0.5~1 h内滴完后，升温到65 ℃反应4 h，静置分层，将油相在60℃/20 mm Hg下减压脱除溶剂和低分子后，获得393 g含氨基和硼的硅树脂。
（2）向1L干净、氮气保护的三口瓶中加入八甲基环四硅氧烷200 g和甲基苯基环四硅氧烷200g，环氧封端剂1.864 g，四甲基氢氧化铵碱胶8g，在100℃下聚合4 h，在140℃下分解催化剂1h，然后减压脱出低分子后，获得粘度5000 mpa•s的环氧封端甲基苯基聚硅氧烷。
（3）取所得含氨基和硼的硅树脂20g，环氧封端甲基苯基聚硅氧烷40g，聚酰胺66（PA66） 360g，加热到160℃，减压反应4h，获得硼硅协同阻燃的聚酰胺420g。
（4）将所得硼硅协同阻燃的聚酰胺200g、粒径为0.5 nm的纳米二氧化硅20 g、粒径为100 nm的纳米二氧化硅 100 g与抗氧剂亚抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1g加入第一台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g与抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.5 g加入第二台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g加入第三台挤出机。这三台挤出机9个温度为160℃的温区，快速挤出到6个温度分别为180℃、200℃、210℃、230℃、240℃和260℃的温区，减压脱出气泡30min，然后挤出成型，获得五层共挤聚酰胺复合膜，其中A层0.08 MM，B层0.08 MM，C层0.40 MM，成品厚度0.72 MM。该复合膜阻燃效果可达UL-94 V-0级，氧指数为29.5。
实施例七：
提供一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜的制备方法，得到的聚酰胺五层共挤复合膜结构上与实施例一相同，包括步骤为：
（1）向3 L干净三口烧瓶中加入1800 g甲苯和500 g 去离子水，在搅拌下于30 ℃开始滴加由68 g γ-氨丙基三甲氧基硅烷、67.5 g 苯胺基甲基三乙氧基硅烷、120 g二甲基二乙氧基硅烷、122 g二苯基二乙氧基硅烷、102 g 甲基三乙氧基硅烷、99 g苯基三乙氧基硅烷、10 g双联邻苯二酚硼酸酯、5 g异丙醇频哪醇硼酸酯、15 g双联(D-酒石酸二乙酯)硼酸酯和5 g硼酸三甲酯的混合物，在0.5~1 h内滴完后，升温到65 ℃反应4 h，静置分层，将油相在60℃/20 mm Hg下减压脱除溶剂和低分子后，获得393 g含氨基和硼的硅树脂。
（2）向1L干净、氮气保护的三口瓶中加入八甲基环四硅氧烷200 g和甲基苯基环四硅氧烷200g，环氧封端剂0.932 g，四甲基氢氧化铵碱胶8g，在100℃下聚合4 h，在140℃下分解催化剂1h，然后减压脱出低分子后，获得粘度28000 mpa•s的环氧封端甲基苯基聚硅氧烷。
（3）然后取所得含氨基和硼的硅树脂2g，环氧封端甲基苯基聚硅氧烷40g，聚酰胺66（PA66）360g，加热到160℃，减压反应4h，获得硼硅协同阻燃的聚酰胺400g。
（4）将所得硼硅协同阻燃的聚酰胺200g、粒径为40 nm的纳米二氧化硅20 g、粒径为100 nm的纳米碳酸钙 100 g与抗氧剂亚抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1g加入第一台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g与抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.5 g加入第二台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g加入第三台挤出机。这三台挤出机9个温度为160℃的温区，快速挤出到6个温度分别为180℃、190℃、200℃、210℃、220℃和230℃的温区，减压脱出气泡30min，然后挤出成型，获得五层共挤聚酰胺复合膜，其中A层0.06 MM，B层0.06 MM，C层0.20 MM，成品厚度0.44 MM。该复合膜阻燃效果可达UL-94 V-0级，氧指数为27.8。
实施例八：
提供一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜的制备方法，得到的聚酰胺五层共挤复合膜结构上与实施例一相同，包括步骤为：
（1）向3 L干净三口烧瓶中加入1800 g甲苯和500 g 去离子水，在搅拌下于30 ℃开始滴加由68 g γ-氨丙基三甲氧基硅烷、67.5 g 苯胺基甲基三乙氧基硅烷、120 g二甲基二乙氧基硅烷、122 g二苯基二乙氧基硅烷、102 g 甲基三乙氧基硅烷、99 g苯基三乙氧基硅烷、10 g双联邻苯二酚硼酸酯、5 g异丙醇频哪醇硼酸酯、15 g双联(D-酒石酸二乙酯)硼酸酯和5 g硼酸三甲酯的混合物，在0.5~1 h内滴完后，升温到65 ℃反应4 h，静置分层，将油相在60℃/20 mm Hg下减压脱除溶剂和低分子后，获得393 g含氨基和硼的硅树脂。
（2）向1L干净、氮气保护的三口瓶中加入八甲基环四硅氧烷200 g和甲基苯基环四硅氧烷200g，环氧封端剂0.932 g，四甲基氢氧化铵碱胶8g，在100℃下聚合4 h，在140℃下分解催化剂1h，然后减压脱出低分子后，获得粘度28000 mpa•s的环氧封端甲基苯基聚硅氧烷。
（3）然后取所得含氨基和硼的硅树脂0.2 g，环氧封端甲基苯基聚硅氧烷40g，聚酰胺66（PA66）360g，加热到160℃，减压反应4h，获得硼硅协同阻燃的聚酰胺400g。
（4）将所得硼硅协同阻燃的聚酰胺200g、粒径为40 nm的纳米二氧化硅20 g、粒径为100 nm的纳米碳酸钙 100 g与抗氧剂亚抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯1g加入第一台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g与抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯0.5 g加入第二台挤出机；所得硼硅协同阻燃的聚酰胺100g加入第三台挤出机。这三台挤出机9个温度为160℃的温区，快速挤出到6个温度分别为180℃、190℃、200℃、210℃、220℃和230℃的温区，减压脱出气泡30min，然后挤出成型，获得五层共挤聚酰胺复合膜，其中A层0.06 MM，B层0.06 MM，C层0.20 MM，成品厚度0.44 MM。该复合膜阻燃效果可达UL-94 V-0级，氧指数为25.0。
本发明通过环氧封端的有机硅聚合物与聚酰胺树脂进行共聚反应，开发了一种新的硼硅协同阻燃的聚酰胺树脂，并将其与抗氧化剂、耐老化剂和纳米填料等混合，采用五层共挤出技术，制备了机械力学性能优良、柔韧性好、吸水性低、耐冷热冲击和耐极端气候、耐紫外辐射等的硼硅协同阻燃的聚胺酯五层共挤复合膜，可用于太阳能背板膜、绝缘子等领域。
采用本发明所得的硼硅协同阻燃的聚胺酯五层共挤复合膜制备的太阳能背板在具有优良的粘结性，层间剥离力的同时，耐老化和耐极端气候，同时具有低饱和吸水率，耐低温冲击性、低水蒸汽透过率以及优异的电绝缘性，可用于制造太阳能电池组件。本发明所述方法既能有效提高五层共挤膜的阻燃效果，又能提高复合五层共挤膜的机械力学性能。
由于硼硅协同阻燃，该五层共挤膜阻燃效果可达UL-94 V-0 级，氧指数为25～33，非常难燃烧，即使在较高温度下燃烧，无论是在有焰燃烧还是无焰燃烧时极少产生烟雾，更不会产生卤化氢等腐蚀气体，因此不会危及人的性命或对机器设备构成腐蚀性损害。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (14)
1.一种硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，其特征在于，包括第一层、第二层、第三层、第四层和第五层，所述第一层、所述第二层、所述第三层、所述第四层、所述第五层从上到下依次相邻，所述第一层和所述第五层的材质相同，所述第二层和所述第四层的材质相同；
所述硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜的制备方法包括步骤为：（1）采用硼酸酯、带氨基的烷氧基硅烷、二官能烷氧基硅烷和三官能烷氧基硅烷进行共水解缩合，制备含氨基和硼的硅树脂；（2）以环硅氧烷为单体、四甲基氢氧化铵碱胶为催化剂、与环氧封端剂开环聚合得到环氧封端有机硅聚合物；（3）将所述含氨基和硼的硅树脂、所述环氧封端有机硅聚合物和聚酰胺在熔融状态下反应得到硼硅协同阻燃的聚酰胺；（4）将所述硼硅协同阻燃的聚酰胺、纳米粒子和抗氧剂加入到挤出机中共挤出，得到硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜。
2.根据权利要求1所述的硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，其特征在于，所述第一层和所述第五层为耐候层，所述耐候层是向硼硅协同阻燃的聚酰胺中添加耐老化、抗紫外、提高机械性能的纳米级材料达到耐候的要求而形成的；所述第二层和所述第四层为阻隔层，所述阻隔层是向硼硅协同阻燃的聚酰胺中添加纳米级的阻水阻气材料，通过分子互锁形成闭环结构达到阻隔的效果而形成的；所述第三层为硼硅协同阻燃的聚酰胺PA基材层。
3.根据权利要求1所述的硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，其特征在于，所述第一层和所述第五层的厚度为0.01～0.12mm，所述第二层和所述第四层的厚度为0.01～0.12mm，所述第三层的厚度为0.06～0.30mm，所述硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜的厚度为0.10～0.78mm。
4.根据权利要求1所述的硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，其特征在于，步骤（1）中含氨基和硼的硅树脂的具体制备方法为：将带氨基的烷氧基硅烷、硼酸酯、二官能烷氧基硅烷和三官能烷氧基硅烷进行混合得到反应物，将反应物滴加到溶剂和水的混合物中，在搅拌下，于20～80℃共水解0.5～24h后，经静置分层，将油相在30～80℃/20 mm Hg条件下除去溶剂和低分子后，得到含氨基和硼的硅树脂，其中所述硼酸酯的用量为所述反应物的0.5～10wt％，所述带氨基的烷氧基硅烷的用量为所述反应物的0.5～15 wt％，所述二官能烷氧基硅烷的用量为所述反应物的10～65 wt％，所述三官能烷氧基硅烷的用量为所述反应物的0～10 wt％，所述溶剂的质量是所述反应物质量的0.3～4倍，所述水是所述反应物摩尔数的0.8～3倍。
5.根据权利要求1或4所述的硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，其特征在于，步骤（1）中所述二官能烷氧基硅烷为二甲基二甲氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、甲基苯基二甲氧基硅烷、甲基苯基二乙氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷、二苯基二乙氧基硅烷中的一种或几种的混合物；所述三官能烷氧基硅烷为甲基三甲氧基硅烷、甲基三乙氧基硅烷、苯基三甲氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷中的一种及几种的混合物；步骤（1）中所述硼酸酯为硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、三异丙醇胺环硼酸酯、双联邻苯二酚硼酸酯、异丙醇频哪醇硼酸酯、联硼酸频那醇酯、双联(2-甲基-2,4-戊二醇) 硼酸酯、双联(D-酒石酸二乙酯) 硼酸酯中的一种或几种的混合物；所述带氨基的烷氧基硅烷为γ-氨丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、苯胺基甲基三甲氧基硅烷、苯胺基甲基三乙氧基硅烷中的一种或几种的混合物。
6.根据权利要求5所述的硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，其特征在于，所述硼酸酯为硼酸三甲酯、硼酸三乙酯、三异丙醇胺环硼酸酯、双联邻苯二酚硼酸酯中的一种或几种的混合物。
7.根据权利要求1所述的硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，其特征在于，步骤（2）中所述环硅氧烷为八甲基环四硅氧烷、甲基苯基环四硅氧烷、八苯基环四硅氧烷中的一种或几种的混合物；所述环氧封端剂为1,3-二(3-缩水丙基)-1,1,3,3-四二硅氧烷；所述环氧封端有机硅聚合物为环氧封端二甲基聚硅氧烷、环氧封端甲基苯基聚硅氧烷、环氧封端二甲基-二苯基聚硅氧烷、环氧封端二甲基-甲基苯基聚硅氧烷中的一种或几种的混合物；步骤（2）中所述环氧封端有机硅聚合物制备的聚合温度为80～100℃，聚合时间为1～24h，聚合完毕，将聚合反应体系加热到135～145 ℃分解催化剂1～4 h，即得到环氧封端有机硅聚合物；所述环氧封端有机硅聚合物的粘度为5～30000mpa•s。
8.根据权利要求7所述的硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，其特征在于，所述环氧封端有机硅聚合物的粘度为10～5000 mpa•s。
9.根据权利要求8所述的硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，其特征在于，所述环氧封端有机硅聚合物的粘度为10～1000 mpa•s。
10.根据权利要求1所述的硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，其特征在于，步骤（3）中所述聚酰胺为聚己内酰胺PA6、聚己二酰己二胺PA66、聚壬酰胺PA9、聚癸内酰胺PA10、聚十一酰胺PA11、聚十二内酰胺PA12、聚己二酰壬二胺PA69、聚癸二酰己二胺PA610、聚十二二酰己二胺PA612、无定形聚酰胺PA6-3-T、聚对（间）苯二甲酸己二胺PA61、聚邻苯二甲酰胺PPA中的一种或几种；所述含氨基和硼的硅树脂的用量为聚酰胺的0.5~15wt%；所述环氧封端有机硅聚合物的用量为聚酰胺的5~15 wt%。
11.根据权利要求1所述的硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，其特征在于，步骤（4）中所述纳米粒子为纳米二氧化钛、纳米碳酸钙、纳米氧化锌、纳米氧化锆、纳米二氧化硅中的一种或几种的混合物；所述纳米粒子的粒径为0.5～500nm；所述纳米粒子用量为所述硼硅协同阻燃的聚酰胺的1～80wt%；所述抗氧剂为受阻酚类抗氧剂N,N’-双-(3-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酰基)己二胺或亚抗氧剂三[2.4-二叔丁基苯基]亚磷酸酯；所述抗氧剂用量为所述硼硅协同阻燃的聚酰胺的0.01～5 wt%。
12.根据权利要求11所述的硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，其特征在于，所述纳米粒子的粒径为2～200 nm；所述纳米粒子用量为所述硼硅协同阻燃的聚酰胺的5～60wt％；所述抗氧剂用量为所述硼硅协同阻燃的聚酰胺的0.05～2wt%。
13.根据权利要求12所述的硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，其特征在于，所述纳米粒子的粒径为10～80 nm。
14.根据权利要求1所述的硼硅协同阻燃的聚酰胺五层共挤复合膜，其特征在于，步骤（4）中所述挤出机共挤出过程中挤出机温区共9个温区，温度范围为80℃～180℃，模具共分6个温区，温度范围为180～280℃。
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