CN107840996A - 一种膨胀阻燃剂及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种膨胀阻燃剂及其制备方法。该阻燃剂包括以下重量份的组分：阴离子乳化剂10～20份、葡甘聚糖20～30份、三芳基磷酸酯60～80份、酚醛树脂20～30份、氨甲基膦酸20～30份、偶联剂5～10份、阻燃协效剂10～15份、黄芩苷2～5份、肉桂酸酯2～5份、香豆素酯2～5份以及抗氧化剂5～10份；其制备方法为：按配方将三芳基磷酸酯和酚醛树脂混合，搅拌均匀，再加入氨甲基膦酸、偶联剂、阻燃协效剂和抗氧化剂，继续搅拌，反应1～2h，然后加入阴离子乳化剂、葡甘聚糖、黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯，制得膨胀阻燃剂。本发明制备得到的膨胀阻燃剂，热稳定性强，阻燃效果好，对环境的危害低。

Description

一种膨胀阻燃剂及其制备方法
技术领域
本发明属于膨胀阻燃材料领域，具体涉及一种膨胀阻燃剂及其制备方法。
背景技术
膨胀阻燃剂(IFR)是一种环保的绿色阻燃剂，不含卤素，也不采用氧化锑为协同剂。含膨胀型阻燃剂的塑料在燃烧时表面会生成炭质泡沫层，起到隔热、隔氧、抑烟、防滴等功效，具有优良的阻燃性能，且低烟、低毒、无腐蚀性气体产生，符合未来阻燃剂的研究开发方向，已经成为国内外最为活跃的阻燃剂研究领域之一。
一个理想的膨胀阻燃剂应该具备高效、低毒、与被阻燃材料相容性好、不易迁移、具有足够的热稳定性、具有优良的对紫外线和光的吸收性等特点，但现有的膨胀阻燃剂热稳定性不好，体系成炭性低，迁移性强，且抗紫外线强度弱的问题。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种膨胀阻燃剂及其制备方法，可有效解决现有膨胀阻燃剂成炭性差，热稳定性不足的问题。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种膨胀阻燃剂，包括以下重量份的组分：
阴离子乳化剂10～20份、葡甘聚糖20～30份、三芳基磷酸酯60～80份、酚醛树脂20～30份、氨甲基膦酸20～30份、偶联剂5～10份、阻燃协效剂10～15份、黄芩苷2～5份、肉桂酸酯2～5份、香豆素酯2～5份以及抗氧化剂5～10份。
进一步地，包括以下重量份的组分：阴离子乳化剂18份、葡甘聚糖26份、、三芳基磷酸酯78份、酚醛树脂20份、氨甲基膦酸20份、偶联剂8份、阻燃协效剂12份、黄芩苷5份、肉桂酸酯3份、香豆素酯3份以及抗氧化剂8份。
进一步地，阴离子乳化剂为硬质酸钠、月桂酸皂、烷基磺酸钠或拉开粉。
进一步地，偶联剂为四乙烯基四甲基环四硅氧烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-(1，2-环丙氧基)丙基三甲氧基硅烷。
进一步地，阻燃协效剂为硼酸锌、氧化钛、氧化硅、氧化锌、氧化镁、氢氧化镁、水镁石、镁盐晶须、水菱镁石、氢氧化铝或磷酸铝。
进一步地，抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧剂选自亚磷酸三苯酯、亚磷酸二苯辛酯、亚磷酸二苯异辛酯、亚磷酸苯二异辛酯或亚磷酸三(壬基苯酯)。
上述膨胀阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
按配方将三芳基磷酸酯和酚醛树脂混合，搅拌均匀，反应2～3h后，再加入氨甲基膦酸、偶联剂、阻燃协效剂和抗氧化剂，继续搅拌，反应1～2h，然后加入阴离子乳化剂、葡甘聚糖、黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯，制得膨胀阻燃剂。
本发明的有益效果为：
1、采用本发明配方中的三芳基磷酸酯和酚醛树脂复配混合，阻燃体系的氧指数最大，阻燃效果最好，燃烧时，在阻燃剂表面形成一层炭层，燃烧后有直立的炭骨架生成，并且，三芳基磷酸酯高温分解产生的磷酸和聚磷酸可以和酚醛树脂发生交联反应，促进体系成炭，而磷残留于碳层中，燃烧速度明显减低，黑烟量减少，熔融滴落现象消失，以增强阻燃剂的阻燃作用。
2、葡甘聚糖能与阴离子乳化剂形成一种“架桥”形结构，而三芳基磷酸酯、酚醛树脂和氨甲基膦酸在偶联剂的作用下，能够分别与该“架桥”形结构连接，形成一种大分子体型的网状结构，与单一线型结构不同，该体型结构有利于增强阻燃剂分子中各化学键的耐热氧稳定性，降低阻燃剂的迁移性，达到提高膨胀阻燃剂分子热稳定性的目的，同时，偶联剂和阴离子乳化剂还可极大的提升阻燃剂和被阻燃材料的相容性。
3、阻燃剂中添加的葡甘聚糖为一种大分子多糖，阻燃剂燃烧时，三芳基磷酸酯高温分解产生的磷酸和聚磷酸可以使其脱水成炭，进一步促进体系成炭，提升阻燃剂的阻燃效率。
4、在三芳基磷酸酯、酚醛树脂和氨甲基膦酸体系中加入阻燃协效剂硼酸锌后，明显提升了体系的极限氧指数，降低了热释放速率，表明硼酸锌和三芳基磷酸酯、酚醛树脂和氨甲基膦酸体系共用时，具有明显的协效作用，提升了阻燃剂的阻燃作用。
5、通过在阻燃剂中添加抗氧化剂，可有效的提升阻燃剂的抗氧化性能，同时，阻燃剂内添加的黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯中含有的双键、共轭双键或三键结构，具有良好的吸收紫外线的功能，同时肉桂酸酯和香豆素酯能够在阻燃剂表面形成一种带有热分解功能的薄膜，可进一步的降低紫外线对阻燃剂造成的影响，而且，黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯均为天然植物成分，环保无污染，在阻燃剂燃烧时，还具有一定的吸附有害气体的功能，降低了阻燃剂对环境造成的损害。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
实施例1
一种膨胀阻燃剂，包括以下重量份的组分：
硬质酸钠10份、葡甘聚糖20份、三芳基磷酸酯80份、酚醛树脂20份、氨甲基膦酸20份、四乙烯基四甲基环四硅氧烷10份、氧化硅10份、黄芩苷5份、肉桂酸酯2份、香豆素酯2份以及亚磷酸三苯酯5份。
上述膨胀阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
按配方将三芳基磷酸酯和酚醛树脂混合，搅拌均匀，再加入氨甲基膦酸、四乙烯基四甲基环四硅氧烷、氧化硅和亚磷酸三苯酯，继续搅拌，反应1～2h，然后加入硬质酸钠、葡甘聚糖、黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯，制得膨胀阻燃剂。
实施例2
一种膨胀阻燃剂，包括以下重量份的组分：
月桂酸皂18份、葡甘聚糖26份、、三芳基磷酸酯78份、酚醛树脂20份、氨甲基膦酸20份、四乙烯基四甲基环四硅氧烷8份、硼酸锌12份、黄芩苷5份、肉桂酸酯3份、香豆素酯3份以及亚磷酸二苯异辛酯8份。
上述膨胀阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
按配方将三芳基磷酸酯和酚醛树脂混合，搅拌均匀，再加入氨甲基膦酸、四乙烯基四甲基环四硅氧烷、硼酸锌和亚磷酸二苯异辛酯，继续搅拌，反应1～2h，然后加入月桂酸皂、葡甘聚糖、黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯，制得膨胀阻燃剂。
实施例3
一种膨胀阻燃剂，包括以下重量份的组分：
月桂酸皂10份、葡甘聚糖30份、、三芳基磷酸酯60份、酚醛树脂30份、氨甲基膦酸20份、四乙烯基四甲基环四硅氧烷10份、硼酸锌15份、黄芩苷3份、肉桂酸酯5份、香豆素酯5份以及亚磷酸二苯异辛酯10份。
上述膨胀阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
按配方将三芳基磷酸酯和酚醛树脂混合，搅拌均匀，再加入氨甲基膦酸、四乙烯基四甲基环四硅氧烷、硼酸锌和亚磷酸二苯异辛酯，继续搅拌，反应1～2h，然后加入月桂酸皂、葡甘聚糖、黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯，制得膨胀阻燃剂。
对比例1
与实施例2相比，配方中缺少阴离子乳化剂、肉桂酸酯和香豆素酯，其余组分及操作过程均与实施例2相同。
对比例2
与实施例2相比，配方中缺少三芳基磷酸酯、偶联剂和阴离子乳化剂，其余组分及操作过程均与实施例2相同。
对比例3
与实施例2相比，配方中缺少阴离子乳化剂、葡甘聚糖和阻燃协效剂，其余组分及操作过程均与实施例2相同。
检测
分别取等量的实施例1～3和对比例1～3制备得到的膨胀阻燃剂，检测其阻燃性能，其结果见表1。
表1膨胀阻燃剂阻燃性能对比
由表1数据可知，实施例1～3制备得到的膨胀阻燃剂的极限氧指数均高于对比例，以实施例2极限氧指数最高，且实施例1～3和对比例1的垂直燃烧性能也均高于对比例2和对比例3，由此，只有在本发明特定配方和步骤的配合下，才能制备得到具有良好阻燃性能的膨胀阻燃剂。
再分别取等量的实施例1～3和对比例1～3制备得到的膨胀阻燃剂，于室外放置10～15天后，实施例1～3制备得到的膨胀阻燃剂的损坏率为0.5％～2％，基本与对比例1～3的保持相同，再于紫外环境下放置2～5天，此时，实施例1～3和对比例2制备得到的膨胀阻燃剂的损坏率远远低于对比例1和对比例3，而对比例3的损坏率也低于对比例1，由此，采用本发明方法制备得到的膨胀阻燃剂，不仅具有良好的阻燃性能，还具有良好的抗紫外性能。

Claims (7)

1.一种膨胀阻燃剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：
阴离子乳化剂10～20份、葡甘聚糖20～30份、三芳基磷酸酯60～80份、酚醛树脂20～30份、氨甲基膦酸20～30份、偶联剂5～10份、阻燃协效剂10～15份、黄芩苷2～5份、肉桂酸酯2～5份、香豆素酯2～5份以及抗氧化剂5～10份。
2.根据权利要求1所述的膨胀阻燃剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：阴离子乳化剂18份、葡甘聚糖26份、三芳基磷酸酯78份、酚醛树脂20份、氨甲基膦酸20份、偶联剂8份、阻燃协效剂12份、黄芩苷5份、肉桂酸酯3份、香豆素酯3份以及抗氧化剂8份。
3.根据权利要求1或2所述的膨胀阻燃剂，其特征在于，所述阴离子乳化剂为硬质酸钠、月桂酸皂、烷基磺酸钠或拉开粉。
4.根据权利要求1或2所述的膨胀阻燃剂，其特征在于，所述偶联剂为四乙烯基四甲基环四硅氧烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-(1，2-环丙氧基)丙基三甲氧基硅烷。
5.根据权利要求1或2所述的膨胀阻燃剂，其特征在于，所述阻燃协效剂为硼酸锌、氧化钛、氧化硅、氧化锌、氧化镁、氢氧化镁、水镁石、镁盐晶须、水菱镁石、氢氧化铝或磷酸铝。
6.根据权利要求1或2所述的膨胀阻燃剂，其特征在于，所述抗氧化剂为亚磷酸三苯酯、亚磷酸二苯辛酯、亚磷酸二苯异辛酯、亚磷酸苯二异辛酯或亚磷酸三(壬基苯酯)。
7.权利要求1～6任一项所述的膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
按配方将三芳基磷酸酯和酚醛树脂混合，搅拌均匀，再加入氨甲基膦酸、偶联剂、阻燃协效剂和抗氧化剂，继续搅拌，反应1～2h，然后加入阴离子乳化剂、葡甘聚糖、黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯，制得膨胀阻燃剂。
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