一種核殼協(xié)效型硅鎂復(fù)合阻燃劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于無機(jī)功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種核殼協(xié)效型硅鎂復(fù)合阻燃劑 的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 鎂系阻燃劑包括水鎂石、氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、堿式硫酸鎂等，作為環(huán)境友好的 "綠色"無鹵阻燃劑和抑煙劑，在橡膠塑料領(lǐng)域有著廣泛用途。然而鎂系阻燃劑單獨(dú)使用時 阻燃效率較低，需要較高的填充量才能滿足聚合物材料的阻燃要求。高填充量不僅降低了 材料的加工性能，還使得聚合物材料力學(xué)性能急劇惡化。在實(shí)際應(yīng)用中為了降低阻燃填充 量，提高鎂系阻燃劑的阻燃效率，常將其與協(xié)效劑共同使用，例如鎂系/磷系、鎂系/氮磷 系、鎂系/膨脹石墨、鎂系/硅系、鎂系/硼酸鋅、鎂系/炭納米管、鎂系/錫酸鹽、鎂系/蒙 脫土等協(xié)同阻燃體系。然而，這些協(xié)同阻燃體系大都是簡單的物理混合使用，其協(xié)同效果只 是簡單的加和，各自的缺陷仍然存在，此外，由于鎂系阻燃劑和協(xié)效劑之間相互作用較弱， 在聚合物加工和燃燒過程中會出現(xiàn)各自富集的現(xiàn)象，對復(fù)合材料力學(xué)性能產(chǎn)生負(fù)面影響。
[0003] 因此，在鎂系/硅系物理混合的協(xié)同阻燃體系基礎(chǔ)上，為了進(jìn)一步彌補(bǔ)它們各自 的不足，降低阻燃劑的填充量，提高阻燃劑的阻燃效率，本發(fā)明提供了一種以鎂系阻燃劑為 核，硅系為殼的"核殼"結(jié)構(gòu)協(xié)效型硅鎂復(fù)合阻燃劑的制備方法，不僅成本低，操作簡單，同 時所得阻燃劑顆粒具有阻燃劑與協(xié)效劑之間相互作用強(qiáng)、、材料力學(xué)性能和阻燃性均較高 等特點(diǎn)，用于EVA塑料滿足國家對于電纜護(hù)套材料的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提出一種核殼協(xié)效型硅鎂復(fù)合阻燃劑的制備方法，以解決單純填充鎂系阻 燃劑或鎂系/硅系物理混合阻燃劑所帶來的高分子復(fù)合材料阻燃效率低和力學(xué)性能差等 問題。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：以微米級鎂系阻燃劑為原料，隨后向反應(yīng)器中加入一定比 例的溶劑分散制備成漿液，再將含硅醇溶液按一定的配方比例滴加到反應(yīng)器中進(jìn)行攪拌， 使物料混合均勻并完全反應(yīng)，再經(jīng)過過濾和干燥過程，得到核殼結(jié)構(gòu)協(xié)效型硅鎂復(fù)合阻燃 劑產(chǎn)品。其技術(shù)特征在于鎂系阻燃劑核的種類、顆粒粒度、溶劑組成、漿料固液比、硅系阻燃 劑殼的硅源選擇、濃度和配方如下：
[0006] -種核殼協(xié)效型硅鎂復(fù)合阻燃劑的制備方法，步驟如下：
[0007] 步驟1 :將鎂系阻燃劑與溶劑按固液給定質(zhì)量比混合攪拌制成漿料，攪拌速度為 100~1200r/min，溫度為室溫，攪拌10~lOOmin ;
[0008] 步驟2 :持續(xù)保持100~1200r/min攪拌速度，并加入一定量的硅源溶液，生成硅 系阻燃劑；
[0009] 步驟3 :維持100~1200r/min攪拌速度，并加入硅源摩爾比為1~8的水，反應(yīng) 溫度為室溫，保持連續(xù)反應(yīng)6~12h ;
[0010] 步驟4:過濾并用水和工業(yè)乙醇交替洗滌濾餅，干燥后即得到核殼協(xié)效型硅鎂復(fù) 合阻燃劑；
[0011] 所述的鎂系阻燃劑為水鎂石、氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、堿式硫酸鎂中的一種或兩種 以上混合，粒度為1000~8000目；
[0012] 所述的溶劑為水、C1~C4醇中的一種或兩種以上混合；
[0013] 所述的鎂系阻燃劑和溶劑的固液質(zhì)量比為1:1~10 ;
[0014] 硅源選擇硅酸鈉、3-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅 烷，聚乙二醇三甲氧基硅丙基醚、氨丙基甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、硅酸 三甲酯中的一種或兩種以上混合，含硅溶液的質(zhì)量濃度為1.0%~25%;鎂系阻燃劑與硅系 阻燃劑之間的物質(zhì)的量比為100:3~40。
[0015] 本發(fā)明的有益效果：鎂系阻燃劑核表面沉積納米二氧化硅殼層能顯著提升復(fù)合阻 燃劑粒子的比表面積以及改善鎂系阻燃劑與塑料的相容性，從而使其應(yīng)用于聚合物制備復(fù) 合材料時能顯著提升與聚合物基體的相互作用，進(jìn)而改善復(fù)合材料力學(xué)性能，填充量小于 60wt%應(yīng)用于EVA時拉伸強(qiáng)度均大于10.0 OMPa，斷裂伸長率均大于150%，符合國家對于 電纜護(hù)套材料的要求；同時，由于硅系協(xié)效劑被束縛于鎂基阻燃劑粒子表面，避免了加工或 燃燒過程中在聚合物基體中的各自富集現(xiàn)象，使得二者產(chǎn)生強(qiáng)烈的協(xié)同阻燃效果，填充量 50wt%即可滿足阻燃UL94-V0級別，同時能使得EVA復(fù)合材料熱釋放速率極大的下降。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 以下結(jié)合技術(shù)方案詳細(xì)敘述本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0017] 實(shí)施例1
[0018] 取5000目氫氧化鎂粉體10kg置于反應(yīng)器中，加入20L乙醇制成漿料，再取含有 1. 8kg正硅酸乙酯的30L乙醇溶液一次性加入反應(yīng)器中保持100r/min攪拌轉(zhuǎn)速，隨后加 入1L去離子水，持續(xù)反應(yīng)10h，反應(yīng)完成后將產(chǎn)品過濾洗滌，干燥后即可得到蓬松的復(fù)合阻 燃劑產(chǎn)品。將產(chǎn)品應(yīng)用于EVA塑料中，填充量小于60wt%應(yīng)用于EVA時拉伸強(qiáng)度均大于 10.0 OMPa，斷裂伸長率均大于150%，符合國家對于電纜護(hù)套材料的要求；填充量50wt%滿 足阻燃UL94-V0級別。其性能優(yōu)于同等填充量氫氧化鎂與二氧化硅簡單混合型阻燃劑。
[0019] 表1硅鎂復(fù)合阻燃劑的極限氧指數(shù)和UL94垂直燃燒測試
[0020]
[0021] 實(shí)施例2
[0022] 取6000目堿式碳酸鎂粉體12kg置于反應(yīng)器中，加入25L甲醇制成漿料，再取含 有2. 0kg正硅酸甲酯的20L甲醇溶液一次性加入反應(yīng)器中保持150r/min攪拌，，隨后加入 1. 2L去離子水，持續(xù)反應(yīng)6h，反應(yīng)完成后將產(chǎn)品過濾洗滌，干燥后即可得到蓬松的復(fù)合阻 燃劑產(chǎn)品。將產(chǎn)品應(yīng)用于EVA塑料中，填充量小于60wt%應(yīng)用于EVA時拉伸強(qiáng)度均大于 10.0 OMPa，斷裂伸長率均大于150%，符合國家對于電纜護(hù)套材料的要求；填充量50wt%滿 足阻燃UL94-V0級別。
[0023] 實(shí)施例3
[0024] 取2500目水鎂石粉體10kg置于反應(yīng)器中，加入30L丙醇制成漿料，再取溶有 1. 8kg正硅酸丙酯的20L丙醇溶液一次性加入反應(yīng)器中保持250r/min攪拌轉(zhuǎn)速，隨后加 入0. 8L去離子水，持續(xù)反應(yīng)12h ;反應(yīng)完成后將產(chǎn)品過濾洗滌，干燥后即可得到蓬松的復(fù)合 阻燃劑產(chǎn)品。將產(chǎn)品應(yīng)用于EVA塑料中，填充量小于60wt %應(yīng)用于EVA時拉伸強(qiáng)度均大于 10.0 OMPa，斷裂伸長率均大于150%，符合國家對于電纜護(hù)套材料的要求；填充量48wt%滿 足阻燃UL94-V0級別。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種核殼協(xié)效型硅鎂復(fù)合阻燃劑的制備方法，其特征在于，步驟如下： 步驟1 :將鎂系阻燃劑與溶劑按固液給定質(zhì)量比混合攪拌制成漿料，攪拌速度為100~ 1200r/min，溫度為室溫，攪拌10~IOOmin ; 步驟2 :持續(xù)保持100~1200r/min攪拌速度，并加入一定量的硅源溶液，生成硅系阻 燃劑； 步驟3 :維持100~1200r/min攪拌速度，并加入硅源摩爾比為1~8的水，反應(yīng)溫度 為室溫，保持連續(xù)反應(yīng)6~12h ; 步驟4 :過濾并用水和工業(yè)乙醇交替洗滌濾餅，干燥后即得到核殼協(xié)效型硅鎂復(fù)合阻 燃劑； 所述的鎂系阻燃劑為水鎂石、氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、堿式硫酸鎂中的一種或兩種以上 混合，粒度為1000~8000目； 所述的溶劑為水、Cl~C4醇中的一種或兩種以上混合； 所述的鎂系阻燃劑和溶劑的固液質(zhì)量比為1:1~10 ; 硅源選擇硅酸鈉、3-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷， 聚乙二醇三甲氧基硅丙基醚、氨丙基甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、硅酸三 甲酯中的一種或兩種以上混合，含硅溶液的質(zhì)量濃度為1.0%~25%;鎂系阻燃劑與硅系阻 燃劑之間的物質(zhì)的量比為100:3~40。
【專利摘要】本發(fā)明屬于無機(jī)功能材料技術(shù)領(lǐng)域，提供了一種核殼協(xié)效型硅鎂復(fù)合阻燃劑的制備方法。在1000～8000目鎂系阻燃劑表面沉積包覆特定納米結(jié)構(gòu)的二氧化硅，得到高比表面積、結(jié)構(gòu)和性能穩(wěn)定的核殼結(jié)構(gòu)高效復(fù)合阻燃劑。本發(fā)明流程簡單、操作方便、成本較低、工藝條件易控制，復(fù)合阻燃劑顆粒尺寸可調(diào)控、阻燃劑粒子表面納米結(jié)構(gòu)可控，在較低填充量時就能顯著提升聚合物復(fù)合材料的力學(xué)性能和阻燃性能。填充量小于60wt％應(yīng)用于EVA時拉伸強(qiáng)度均大于10.00MPa，斷裂伸長率均大于150％均符合國家對于電纜護(hù)套材料的要求；填充量50wt％滿足阻燃UL94-V0級別，同時能使得EVA復(fù)合材料熱釋放速率極大的下降。
【IPC分類】C08L23/08, C08K3/22, C08K9/10, C08K3/26
【公開號】CN105037804
【申請?zhí)枴緾N201510378176
【發(fā)明人】龐洪昌, 寧桂玲, 王雪松, 林 源
【申請人】大連理工大學(xué)
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月30日