CN116200153A - 一种阻燃耐高温胶黏剂及其制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及胶黏剂技术领域，公开了一种阻燃耐高温胶黏剂及其制造工艺，该阻燃耐高温胶黏剂是由液态环氧树脂基胶、支化阻燃改性剂、增韧改性剂、无机填料、硅烷偶联剂和固化剂相互组合制备而成，利用支化阻燃改性剂结构中的三嗪环和马来酰亚胺环等刚性结构，以及高键能硅氧键，可以有效增强环氧树脂胶黏剂的耐高温性能，同时利用支化阻燃改性剂结构中的氮、磷、硅三元素形成的协同阻燃效果，可以有效提高环氧树脂胶黏剂的阻燃性能，从而进一步拓宽环氧树脂胶黏剂的应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及胶黏剂技术领域，具体涉及一种阻燃耐高温胶黏剂及其制造工艺。
背景技术
环氧树脂具有诸多优点，如优异的化学稳定性、耐腐蚀性和电气绝缘性等，在涂料、复合材料、浇工灌封料以及胶黏剂等多个领域应用广泛，其中，以环氧树脂为基料制备的环氧胶黏剂粘结性能强，可以实现各种材料的粘结，因此在胶黏剂领域占据重要地位。普通的环氧树脂胶黏剂进行简单改性后，性能表现都较为出色，基本能够满足日常生活中胶黏剂的使用要求，但是，环氧树脂本身耐高温性能较差，在200℃左右的温度环境下，强度下降明显，无法长期使用，同时，环氧树脂基体本身的极限氧指数为19.8左右，属于易燃材料，这些缺陷导致环氧树脂胶黏剂在航空航天等对耐高温和阻燃性能要求较高的领域基本无法应用，因此，对环氧树脂胶黏剂进行改进，进一步推动环氧树脂胶黏剂的应用具有重大意义。
申请号为CN201310723847.8的中国发明专利公开了一种耐高温阻燃环氧胶及其制备方法，通过使用分子链上含有芳环、脂环、杂环等耐热刚性基团的基体环氧树脂，大大提高环氧胶的热变形温度和热氧化稳定性，从而显著提升产品的耐温性，同时，加入阻燃辅助成分，达到改善环氧胶阻燃效果的目的，进一提高环氧胶在高温时自然、被燃的安全性能，但是通过物理填充的阻燃剂实际上会存在一定的界面相容问题，在长期的储存或者使用过程中，阻燃成分会出现析出的现象，导致无法保保障环氧胶的长期阻燃效果，而且仅选用分子链上含有芳环、脂环、杂环等耐热刚性基团的环氧基体树脂，限制了原料的选材，不利于环氧胶的制造。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阻燃耐高温胶黏剂及其制造工艺，通过制备结构中含有三嗪环、马来酰亚胺杂环和含硅分子链的氮-磷-硅支化阻燃改性剂，与液态环氧树脂等其他助剂进行混合，制备的环氧树脂胶黏剂具有优异的耐高温和阻燃性能。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种阻燃耐高温胶黏剂，包括以下重量份的原料：50-80份液态环氧树脂基胶、2-6份支化阻燃改性剂、1-5份增韧改性剂、5-10份无机填料、1-2份硅烷偶联剂、10-20份固化剂；
所述支化阻燃改性剂是由3-马来酰亚胺基丙酸与六(对氨基苯氧基)环三磷腈进行脱水缩合形成中间体，再与氢封端聚二甲基硅氧烷进行硅氢加成反应制得。
进一步地，所述增韧改性剂为丁腈橡胶或者丁苯橡胶中的任意一种；所述无机填料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅或者蒙脱石中的任意一种；所述硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷；所述固化剂为双氰胺。
进一步地，所述支化阻燃改性剂的制备具体包括以下步骤：
I：将3-马来酰亚胺基丙酸、六(对氨基苯氧基)环三磷腈和四氢呋喃混合搅匀，投入复配催化剂，在室温环境下搅拌12-24h，将物料倒入丙酮中沉淀，取出沉淀物，洗涤，真空干燥，制得中间体；
I I：将中间体、氢封端聚二甲基硅氧烷与乙醇进行混合，通氮气搅拌10-20mi n，将体系置于70-80℃的温度条件下，滴加催化剂，保温6-12h，待物料冷却，减压除低沸物，制得支化阻燃改性剂。
进一步地，所述3-马来酰亚胺基丙酸、六(对氨基苯氧基)环三磷腈的摩尔比为2-4:1。
进一步地，所述复配催化剂为质量比为1:6-10的N-羟基琥珀酰亚胺和二环己基碳二亚胺。
进一步地，所述氢封端聚二甲基硅氧烷的平均分子量为2360。
进一步地，所述催化剂为铂催化剂，铂催化剂的加入量为中间体、氢封端聚二甲基硅氧烷总质量的0.01-0.03％。
通过上述技术方案，在N-羟基琥珀酰亚胺和二环己基碳二亚胺的催化下，3-马来酰亚胺基丙酸结构中的羧基可以与六(对氨基苯氧基)环三磷腈结构中的氨基脱水缩合，通过控制反应物的摩尔比，可以制得结构中含有三嗪环、羟基和马来酰亚胺基团的中间体，在铂催化剂的作用下，该中间体结构中的马来酰亚胺基团含有的烯基官能团可以与氢封端聚二甲基硅氧烷发生硅氢加成反应，从而在中间体结构中引入聚二甲基硅氧烷分子链，制得氮-磷-硅支化阻燃改性剂。
一种如权利要求1所述的阻燃耐高温胶黏剂的制造工艺具体包括以下步骤：
步骤一：向搅拌釜中加入液态环氧树脂、增韧改性剂和硅烷偶联剂，在500-800r/mi n的转速下室温搅拌1-2h，投入无机填料，继续搅拌30-60mi n，得预混料；
步骤二：将支化阻燃改性剂和固化剂与预混料进行混合，搅拌1-2h，在-0.098MPa的真空压力下进行抽真空操作，得阻燃耐高温胶黏剂。
本发明的有益效果：
(1)本发明通过制备支化阻燃改性剂，与液态环氧树脂等助剂进行混合，制得阻燃耐高温胶黏剂，支化阻燃改性剂结构中含有三嗪环和马来酰亚胺环等刚性结构，同时含有丰富的高键能硅氧键，有利于环氧树脂胶黏剂承受更高的温度，具有更高的热变形温度，同时，支化阻燃改性剂结构中的羟基可以参与环氧树脂胶黏剂的热塑固化过程，不仅可以改善支化阻燃改性剂与环氧树脂基体的界面相容性，还能提高环氧树脂分子链的交联密度，限制环氧树脂分子链的运动，从而进一步增强环氧树脂胶黏剂的耐高温性能。
(2)本发明制备的支化阻燃改性剂结构中含有氮、磷、硅多种阻燃元素，其中磷元素燃烧生成的有机酸能够促进环氧树脂成碳，直至在基体表面形成致密碳层，而氮元素燃烧生成的氮气等不可燃烧气体会被碳层包裹，形成膨胀碳层，有效隔绝因燃烧产生的氧气和热量，阻止环氧树脂胶黏剂内部北进一步破坏，同时，硅元素燃烧后会附着沉积在碳层中，使碳层的强度得到增强，避免碳层形成氮-磷-硅协效阻燃效果，赋予环氧树脂胶黏剂优异的阻燃效果。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
具体实施方式
下面将结合实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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作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1
一种阻燃耐高温胶黏剂，包括以下重量份的原料：50份液态环氧树脂基胶、2份支化阻燃改性剂、1份丁腈橡胶、5份纳米碳酸钙、1份3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、10份双氰胺；
该阻燃耐高温胶黏剂的制备工艺具体包括以下步骤：
步骤一：向搅拌釜中加入液态环氧树脂、增韧改性剂和硅烷偶联剂，在500r/mi n的转速下室温搅拌1h，投入无机填料，继续搅拌30mi n，得预混料；
步骤二：将支化阻燃改性剂和固化剂与预混料进行混合，搅拌1h，在-0.098MPa的真空压力下进行抽真空操作，得阻燃耐高温胶黏剂。
其中支化阻燃改性剂的制备具体包括以下步骤：
I：将4.3g的3-马来酰亚胺基丙酸、10g六(对氨基苯氧基)环三磷腈和四氢呋喃混合搅匀，投入0.1g的N-羟基琥珀酰亚胺和0.6g二环己基碳二亚胺，在室温环境下搅拌12h，将物料倒入丙酮中沉淀，取出沉淀物，洗涤，真空干燥，制得中间体；
I I：将5g中间体、12.5g氢封端聚二甲基硅氧烷与乙醇进行混合，通氮气搅拌10min，将体系置于70℃的温度条件下，滴加0.175g铂催化剂，保温6h，待物料冷却，减压除低沸物，制得支化阻燃改性剂，其中氢封端聚二甲基硅氧烷的平均分子量为2360。
实施例2
一种阻燃耐高温胶黏剂，包括以下重量份的原料：60份液态环氧树脂基胶、4份支化阻燃改性剂、3份丁苯橡胶、8份纳米二氧化硅、1.5份3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、15份双氰胺；
该阻燃耐高温胶黏剂的制备工艺具体包括以下步骤：
步骤一：向搅拌釜中加入液态环氧树脂、增韧改性剂和硅烷偶联剂，在600r/mi n的转速下室温搅拌1h，投入无机填料，继续搅拌40mi n，得预混料；
步骤二：将支化阻燃改性剂和固化剂与预混料进行混合，搅拌2h，在-0.098MPa的真空压力下进行抽真空操作，得阻燃耐高温胶黏剂。
其中支化阻燃改性剂的制备具体包括以下步骤：
I：将6g的3-马来酰亚胺基丙酸、10g六(对氨基苯氧基)环三磷腈和四氢呋喃混合搅匀，投入0.15g的N-羟基琥珀酰亚胺和1.2g二环己基碳二亚胺，在室温环境下搅拌18h，将物料倒入丙酮中沉淀，取出沉淀物，洗涤，真空干燥，制得中间体；
I I：将5g中间体、12.5g氢封端聚二甲基硅氧烷与乙醇进行混合，通氮气搅拌15min，将体系置于80℃的温度条件下，滴加0.4g铂催化剂，保温9h，待物料冷却，减压除低沸物，制得支化阻燃改性剂，其中氢封端聚二甲基硅氧烷的平均分子量为2360。
实施例3
一种阻燃耐高温胶黏剂，包括以下重量份的原料：80份液态环氧树脂基胶、6份支化阻燃改性剂、5份丁腈橡胶、10份蒙脱石、2份3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、20份双氰胺；
该阻燃耐高温胶黏剂的制备工艺具体包括以下步骤：
步骤一：向搅拌釜中加入液态环氧树脂、增韧改性剂和硅烷偶联剂，在800r/mi n的转速下室温搅拌h，投入无机填料，继续搅拌60mi n，得预混料；
步骤二：将支化阻燃改性剂和固化剂与预混料进行混合，搅拌2h，在-0.098MPa的真空压力下进行抽真空操作，得阻燃耐高温胶黏剂。
其中支化阻燃改性剂的制备具体包括以下步骤：
I：将8.6g的3-马来酰亚胺基丙酸、10g六(对氨基苯氧基)环三磷腈和四氢呋喃混合搅匀，投入0.2g的N-羟基琥珀酰亚胺和2g二环己基碳二亚胺，在室温环境下搅拌24h，将物料倒入丙酮中沉淀，取出沉淀物，洗涤，真空干燥，制得中间体；
I I：将5g中间体、12.5g氢封端聚二甲基硅氧烷与乙醇进行混合，通氮气搅拌20min，将体系置于80℃的温度条件下，滴加0.525g铂催化剂，保温12h，待物料冷却，减压除低沸物，制得支化阻燃改性剂，其中氢封端聚二甲基硅氧烷的平均分子量为2360。
对比例1
一种胶黏剂，包括以下重量份的原料：80份液态环氧树脂基胶、5份丁腈橡胶、10份蒙脱石、2份3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷、20份双氰胺；
该胶黏剂的制备工艺具体包括以下步骤：
步骤一：向搅拌釜中加入液态环氧树脂、增韧改性剂和硅烷偶联剂，在800r/mi n的转速下室温搅拌h，投入无机填料，继续搅拌60mi n，得预混料；
步骤二：将固化剂与预混料进行混合，搅拌2h，在-0.098MPa的真空压力下进行抽真空操作，得阻燃耐高温胶黏剂。
性能检测
A、将实施例1-实施例3以及对比例1制备的胶黏剂倒入模具中，进行热固化，形成胶膜，参考国家标准GB/T 2408-2021，使用ZRS-TC型水平垂直燃烧试验机，在温度为25℃、湿度为50±5％的条件下，对胶膜进行UL-94测试，测试结果见下表：
| 组别 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 |
| UL-94等级 | V-0 | V-0 | V-0 | V-2 |
由上表可知，本发明实施例1-实施例3制备的胶黏剂形成的胶膜UL-94等级达到V-0级，具有良好的阻燃效果，而对比例1制备的胶黏剂形成的胶膜UL-94等级较低，阻燃效果较差，推测是由于组分中未添加支化阻燃改性剂，无法利用阻燃剂的阻燃效果赋予胶黏剂良好的阻燃性能。
B、将称取5g胶膜，置于180℃的烘箱中，烘烤24h后取出，称量胶膜重量，计算热失重率，同时观察胶膜表面现象，评价胶黏剂的耐高温性能，测试记过见下表：
| 组别 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 |
| 热失重率(％) | 0.6 | 0.3 | 0.5 | 6.4 |
| 现象 | 无龟裂粉化 | 无龟裂粉化 | 无龟裂粉化 | 部分龟裂 |
由上表可知，本发明实施例1-实施例3制备的胶黏剂形成的胶膜在180℃的烘箱中烘烤24h后，热失重率较低，且表面无龟裂粉化现象，因此具有良好的耐高温性能，对比例1制备的胶黏剂形成的胶膜热失重率高达6.4％，且表面出现部分龟裂现象，推测是成分中不含有支化阻燃改性剂，无法利用支化阻燃改性剂结构中的刚性三嗪环、马来酰亚胺基团以及高键能的硅氧键，因此耐高温性能较差。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种阻燃耐高温胶黏剂，其特征在于，包括以下重量份的原料：50-80份液态环氧树脂基胶、2-6份支化阻燃改性剂、1-5份增韧改性剂、5-10份无机填料、1-2份硅烷偶联剂、10-20份固化剂；
所述支化阻燃改性剂是由3-马来酰亚胺基丙酸与六(对氨基苯氧基)环三磷腈进行脱水缩合形成中间体，再与氢封端聚二甲基硅氧烷进行硅氢加成反应制得。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃耐高温胶黏剂，其特征在于，所述增韧改性剂为丁腈橡胶或者丁苯橡胶中的任意一种；所述无机填料为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅或者蒙脱石中的任意一种；所述硅烷偶联剂为3-缩水甘油醚氧基丙基三甲氧基硅烷；所述固化剂为双氰胺。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃耐高温胶黏剂，其特征在于，所述支化阻燃改性剂的制备具体包括以下步骤：
I：将3-马来酰亚胺基丙酸、六(对氨基苯氧基)环三磷腈和四氢呋喃混合搅匀，投入复配催化剂，在室温环境下搅拌12-24h，将物料倒入丙酮中沉淀，取出沉淀物，洗涤，真空干燥，制得中间体；
II：将中间体、氢封端聚二甲基硅氧烷与乙醇进行混合，通氮气搅拌10-20min，将体系置于70-80℃的温度条件下，滴加催化剂，保温6-12h，待物料冷却，减压除低沸物，制得支化阻燃改性剂。
4.根据权利要求3所述的一种阻燃耐高温胶黏剂，其特征在于，步骤I中，所述3-马来酰亚胺基丙酸、六(对氨基苯氧基)环三磷腈的摩尔比为2-4:1。
5.根据权利要求3所述的一种阻燃耐高温胶黏剂，其特征在于，步骤I中，所述复配催化剂为质量比为1:6-10的N-羟基琥珀酰亚胺和二环己基碳二亚胺。
6.根据权利要求3所述的一种阻燃耐高温胶黏剂，其特征在于，步骤II中，所述氢封端聚二甲基硅氧烷的平均分子量为2360。
7.根据权利要求3所述的一种阻燃耐高温胶黏剂，其特征在于，步骤II中，所述催化剂为铂催化剂，铂催化剂的加入量为中间体、氢封端聚二甲基硅氧烷总质量的0.01-0.03％。
8.一种如权利要求1所述的阻燃耐高温胶黏剂的制造工艺，其特征在于，所述制造工艺具体包括以下步骤：
步骤一：向搅拌釜中加入液态环氧树脂、增韧改性剂和硅烷偶联剂，在500-800r/min的转速下室温搅拌1-2h，投入无机填料，继续搅拌30-60min，得预混料；
步骤二：将支化阻燃改性剂和固化剂与预混料进行混合，搅拌1-2h，在-0.098MPa的真空压力下进行抽真空操作，得阻燃耐高温胶黏剂。
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|---|---|---|---|---|
| CN117511244A (zh) * | 2023-11-27 | 2024-02-06 | 江苏大自然智能家居有限公司 | 一种防火复合木质地板及其制备方法 |
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2023
- 2023-04-07 CN CN202310363210.6A patent/CN116200153A/zh not_active Withdrawn
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