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一种氢氧化镁-微胶囊阻燃剂及其制备方法与流程

2021-02-02 20:02:30|474|起点商标网
本发明涉及氢氧化镁阻燃剂
技术领域:
,更具体地,涉及一种氢氧化镁-微胶囊阻燃剂及其制备方法。
背景技术:
:有机高分子材料具有链状网络结构、易加工成型性、多功能性、低成本与高性价比等特性,已应用于电子信息、工业、农业、交通运输、航空航天等广泛领域。然而,绝大多数有机高分子材料具有可燃或易燃性,在其应用并为人类提供丰富多彩物质条件和利益时,也给人类生命财产安全带来巨大威胁。有机高分子材料实际使用中受明火、热等作用特别容易燃烧,并释放大量热量、浓烈烟雾或毒害性气体,甚至可使人中毒或窒息死亡。近年来,卤系阻燃剂因遇热会产生有毒烟雾,给人类生命财产安全带来巨大威胁,因此部分这类产品已被《rohs指令》及《斯德哥尔摩公约》等法规限制或禁用。随着我国环保标准逐年提高和环境立法日趋完善,环保型绿色阻燃剂的需求量必将不断加大,可预见氢氧化镁等绿色无机阻燃剂市场需求量势必显著增大。氢氧化镁作为一种典型的无机阻燃剂,由于其无酸、低成本和良好的抑烟性能,近年来受到了越来越多的关注。由于氢氧化镁的作用是通过吸热分解和释放超过300℃的水产生氧化残渣,它可以阻止热反馈到火焰材料内部,显示出完全环保的优点。然而,氢氧化镁在实际商业应用中还存在一些问题,最大缺点是阻燃效率相对较低,需要很高的添加量;但过高的添加量无疑会导致体系相容性差,难以在聚合物基体中分散无机阻燃,从而导致加工性能显著恶化。中国专利“一种超细改性氢氧化镁阻燃剂及其制备方法”公开了一种超细改性氢氧化镁阻燃剂,包括以下重量份的制备原料:碱性沉淀剂30~50份、镁盐20~30份、活化剂6~8份、表面活性剂8~12份、分散剂1~3份。该发明制得的超细改性氢氧化镁阻燃剂,有着较高的阻燃效率,与材料的相容性好,有较高的性价比,环保,无毒性。上述发明中,有效地解决了氢氧化镁阻燃剂与材料的相容性,但上述超细改性氢氧化镁阻燃剂的颗粒仅为微米级,阻燃效果较为一般,并且,上述制得的超细改性氢氧化镁与其它材料复配制备阻燃材料时,其添加量仍较高。技术实现要素:本发明旨在克服上述现有技术的至少一种缺陷(不足),提供一种氢氧化镁-微胶囊阻燃剂,用于解决氢氧化镁阻燃剂阻燃效果差、添加量高、与其它材料相容性差的问题。本发明的另一目的在于提供一种氢氧化镁-微胶囊阻燃剂的制备方法。本发明采取的技术方案是,一种氢氧化镁-微胶囊阻燃剂,包括以氢氧化镁为阻燃芯以及依次包覆在阻燃芯外的表面改性层、dopo层和聚合层。本发明的氢氧化镁-微胶囊阻燃剂是以氢氧化镁颗粒为阻燃芯,在外层包覆多层次不同的外壳,可以有效解决单组分阻燃剂效率低的缺陷,又能提高其分散性以及与高分子材料间的相容性。进一步地,所述氢氧化镁为片层结构,粒径为300~400nm。氢氧化镁为片层结构且其颗粒粒径为纳米级别,颗粒间致密性更好,阻燃效果也更好。进一步地,所述表面改性层为氢氧化镁颗粒表面乙烯化而形成。进一步地,所述聚合层为活性单体在dopo层上原位聚合形成的高分子层。一种如上述的氢氧化镁-微胶囊阻燃剂的制备方法,将纳米片层氢氧化镁颗粒表面乙烯化后用dopo与之反应,最后通过原位聚合包覆形成所述氢氧化镁-微胶囊阻燃剂。进一步地,包括如下步骤:s1纳米片层氢氧化镁颗粒的制备:将无水氯化镁、复合分散剂a、蒸馏水混合,在低温下强烈搅拌均匀后,缓慢滴加质量百分比为20%的氨水后,继续缓慢滴加质量浓度为8%的氢氧化钠溶液,均匀搅拌后,升温继续反应,待反应完成后冷却至室温,再过滤、洗涤、真空烘干;s2dopo包覆氢氧化镁颗粒的制备:将s1制得的氢氧化镁加入改性剂、蒸馏水,用冰醋酸调节ph至酸性,搅拌均匀后,升温反应,待反应完全后,将预先溶解于无水乙醇中的dopo的混合溶液加入,升温,恒温回流,再离心分离,用无水乙醇、蒸馏水依次洗涤多次,冷冻干燥到恒重;s3多层包覆氢氧化镁颗粒的制备:向s2制得的dopo包覆氢氧化镁颗粒加入复合分散剂b、蒸馏水搅拌分散,再加入预聚物,搅拌分散均匀后,冷却至室温用醋酸调节ph至酸性,加热,缓慢升温,保温搅拌反应完成后,冷却,用稀碳酸钠调ph至碱性,洗涤干燥。更进一步地,包括如下步骤:s1纳米片层氢氧化镁颗粒的制备:将30~60份无水氯化镁、1~5份复合分散剂a、50~150份蒸馏水混合,维持温度5~10℃,强烈搅拌混合30~60分钟,缓慢滴加质量百分比为20%氨水10~25份后,继续缓慢滴加20~65份质量浓度为8%氢氧化钠溶液,均匀搅拌30~60分钟,升温至35~45℃继续反应120~150分钟,冷却至室温,再过滤、洗涤、70~90℃真空烘干;s2dopo包覆氢氧化镁颗粒的制备:将s1制得的氢氧化镁称取10~60份、加入3~25份改性剂、100~300毫升蒸馏水,冰醋酸调节ph至3~4,搅拌10~30分钟,升温至60~70℃反应120~150分钟;然后,将预先溶解于50~100毫升无水乙醇中的5~20份dopo的混合溶液加入,升温至85~95℃恒温回流3~6小时,再离心分离,用无水乙醇、蒸馏水依次洗涤三次,冷冻干燥至恒重;s3多层包覆氢氧化镁颗粒的制备:向s2制得的dopo包覆氢氧化镁颗粒称取30~90份,加入0.15~1.0份复合分散剂b和100~500份蒸馏水分散于反应器中,后加入40~100份预聚物,60~75℃搅拌分散,30~45分钟后冷却至室温用醋酸调ph至4~5.5,加热,缓慢升温至60~80℃,保温搅拌120~150分钟,冷却;用稀碳酸钠调ph至8~9过滤,洗涤干燥。进一步地,所述复合分散剂a为十二烷基硫酸钠、聚乙烯醇、乙二醇、果糖、葡萄糖、十六烷基三甲基溴化铵、明胶中的两种。优选地,所述复合散剂a为十二烷基硫酸钠:聚乙烯醇以质量比1:0.5~3配制或十二烷基硫酸钠与明胶以质量比1:0.5~3配制或果糖与十六烷基三甲基溴化铵以质量比1:0.5~3配制或葡萄糖与明胶以质量比1:0.5~3配制或乙二醇与果糖以质量比1:0.5~3配制。单一分散剂在极性较强的盐溶液中易发生析出现象,分散效果不好,按上述方式进行复配分散效果较好,制备的氢氧化镁片层结构颗粒粒径分布窄。进一步地,所述改性剂为硅烷偶联剂、单不饱和脂肪酸、多不饱和脂肪酸中的一种。进一步地,所述硅烷偶联剂为3-三乙氧基甲硅烷基-1-丙胺、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷中的一种。进一步地,所述单不饱和脂肪酸为油酸;所述多不饱和脂肪酸为亚麻酸、花生四稀酸、二碳五稀酸、二十二碳六稀酸、二十二碳五稀酸中的一种。进一步地,所述复合分散剂b为聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠、乳化剂op-10、硬脂酸中的两种。优选地,所述复合分散剂b为聚乙二醇与硬脂酸以质量比1:1~2配制或十二烷基苯磺酸钠与乳化剂op-10以质量比1:1~2配制或十二烷基硫酸钠与乳化剂op-10以质量比1:1~2配制或聚乙二醇与十二烷基硫酸钠以质量比1:1~2配制。进一步地,所述预聚物为三聚氰胺-甲醛树脂预聚物、尿素-甲醛预聚物、苯酚-甲醛预聚物中的一种。本发明技术方案提出一体化构建思路,将氢氧化镁与多组份阻燃剂通过化学方法原位构建出具有多层结构的氢氧化镁-微胶囊阻燃剂,不仅解决单组份阻燃剂效率低的缺陷,而且降低多组份阻燃剂对树脂性能的恶化程度。一方面,氢氧化镁表面接枝作用形成具有反应活性的乙烯化氢氧化镁颗粒;另一方面,选择具有较好阻燃效率的中间体dopo,通过其p-h键对双键极具活性特征,在氢氧化镁表面包裹一层dopo;然后再通过原位聚合在氢氧化镁-dopo胶囊表面包覆一层薄薄高分子层,提高其分散性和与高分子材料间相容性,且形成具有p-si阻燃效应提高氢氧化镁阻燃剂阻燃效率,具有良好的应用性。与现有技术相比,本发明的有益效果为:(1)该方法制备的氢氧化镁阻燃剂,利用改性剂使其表面乙烯化,在搅拌的作用下,dopo结构中含有p-h键和表面乙烯化的氢氧化镁c=c发生化学反应,合成了一种具有p-si协同效应的氢氧化镁-微胶囊阻燃剂,有效改善氢氧化镁的阻燃效率低的缺陷。(2)采用原位聚合法对dopo改性氢氧化镁进行包覆,可以实现氢氧化镁与高分子材料的基体之间产生良好相容性和均匀分散的效果。具体实施方式本发明实施例仅用于示例性说明,不能理解为对本发明的限制。实施例1一种氢氧化镁-微胶囊阻燃剂的制备方法,包括如下步骤:s1:称取30份无水氯化镁、2.5份十二烷基硫酸钠、1.5份聚乙烯醇、100份蒸馏水,维持温度10℃,强烈搅拌混合30分钟,缓慢滴加质量百分比为20%的氨水15份后,继续缓慢滴加40份质量浓度为8%的氢氧化钠溶液,均匀搅拌30分钟。升温至40℃继续反应120分钟,冷却至室温。再过滤、洗涤、70℃真空烘干即得氢氧化镁粉末。s2:30份氢氧化镁、3份γ-氨丙基三乙氧基硅烷、100毫升蒸馏水,冰醋酸调节ph至3.5,搅拌10分钟,升温至65℃反应120分钟;然后,称取2份dopo,预先溶解于60毫升无水乙醇中,加入上述溶液中85℃恒温回流4小时,再离心分离,无水乙醇、蒸馏水依次洗涤三次,冷冻干燥至恒重。s3:称取适量30份dopo包覆氢氧化镁粉末、0.1份十二烷基硫酸钠、0.05份乳化剂(op-10)和100份蒸馏水分散于反应器中,后加入40份三聚氰胺-甲醛树脂预聚物溶液,60℃搅拌分散,30分钟后冷却至室温用醋酸调ph至4,加热,缓慢升温至60℃,保温搅拌120分钟,冷却;用稀碳酸钠调ph至8.5过滤,洗涤干燥,即得多层包覆氢氧化镁阻燃剂。实施例2一种氢氧化镁-微胶囊阻燃剂的制备方法,包括如下步骤:s1:称取35份无水氯化镁、2.25份十二烷基硫酸钠与2.25份明胶、120份蒸馏水,维持温度8℃,强烈搅拌混合30分钟,缓慢滴加质量百分比为20%氨水20份后,继续缓慢滴加45份质量浓度为8%氢氧化钠溶液,均匀搅拌30分钟。升温至45℃继续反应120分钟,冷却至室温。再过滤、洗涤、80℃真空烘干即得氢氧化镁粉末。s2:40份氢氧化镁、5.5份油酸、150毫升蒸馏水,冰醋酸调节ph至4.0,搅拌30分钟,升温至70℃反应120分钟;然后,称取15份dopo,预先溶解于70毫升无水乙醇中,加入上述溶液中95℃恒温回流4小时,再离心分离,无水乙醇、蒸馏水依次洗涤三次,冷冻干燥至恒重。s3:称取适量50份dopo包覆氢氧化镁粉末、0.2份十二烷基硫酸钠、0.2份乳化剂(op-10)和200份蒸馏水分散于反应器中,后加入60份三聚氰胺-甲醛树脂预聚物溶液,70℃搅拌分散,30分钟后冷却至室温用醋酸调ph至4.5,加热,缓慢升温至65℃,保温搅拌120分钟,冷却;用稀碳酸钠调ph至8.5过滤,洗涤干燥,即得多层包覆氢氧化镁阻燃剂。实施例3一种氢氧化镁-微胶囊阻燃剂的制备方法,包括如下步骤:s1:称取60份无水氯化镁、2份果糖、3份十六烷基三甲基溴化铵、150份蒸馏水,维持温度7℃,强烈搅拌混合60分钟,缓慢滴加质量百分比为20%氨水25份后,继续缓慢滴加65份质量浓度为8%氢氧化钠溶液,均匀搅拌60分钟。升温至45℃继续反应150分钟,冷却至室温。再过滤、洗涤、80℃真空烘干即得氢氧化镁粉末。s2:60份氢氧化镁、15份亚麻酸、300毫升蒸馏水,冰醋酸调节ph至4,搅拌30分钟,升温至70℃反应150分钟;然后,称取15份dopo,预先溶解于100毫升无水乙醇中,加入上述溶液中95℃恒温回流6小时,再离心分离,无水乙醇、蒸馏水依次洗涤三次,冷冻干燥至恒重。s3:称取适量90份dopo包覆氢氧化镁粉末、0.4份聚乙二醇、0.6份十二烷基硫酸钠和500份蒸馏水分散于反应器中,后加入100份三聚氰胺-甲醛树脂预聚物溶液,60℃搅拌分散,30分钟后冷却至室温用醋酸调ph至5.0,加热,缓慢升温至60℃,保温搅拌150分钟,冷却;用稀碳酸钠调ph至9过滤,洗涤干燥,即得多层包覆氢氧化镁阻燃剂。实施例4一种氢氧化镁-微胶囊阻燃剂的制备方法,包括如下步骤:s1:称取50份无水氯化镁、1份葡萄糖、3份明胶、50份蒸馏水,维持温度5℃,强烈搅拌混合42分钟,缓慢滴加质量百分比为20%氨水10份后,继续缓慢滴加20份质量浓度为8%氢氧化钠溶液,均匀搅拌60分钟。升温至35℃继续反应120分钟,冷却至室温。再过滤、洗涤、80℃真空烘干即得氢氧化镁粉末。s2:10份氢氧化镁、25份二十二碳五稀酸且溶于乙醇溶液、100毫升蒸馏水,冰醋酸调节ph至3,搅拌15分钟,升温至60℃反应120分钟;然后,称取20份dopo,预先溶解于50毫升无水乙醇中,加入上述溶液中90℃恒温回流3小时,再离心分离,无水乙醇、蒸馏水依次洗涤三次,冷冻干燥至恒重。s3:称取适量70份dopo包覆氢氧化镁粉末、0.3份聚乙二醇、0.45份硬脂酸和300份蒸馏水分散于反应器中,后加入80份三聚氰胺-甲醛树脂预聚物溶液,75℃搅拌分散,30分钟后冷却至室温用醋酸调ph至5.0,加热,缓慢升温至80℃,保温搅拌120分钟,冷却;用稀碳酸钠调ph至8过滤,洗涤干燥,即得多层包覆氢氧化镁阻燃剂。对比例1与实施例1的区别在于直接采用市售阻燃级的氢氧化镁,s2与s3步骤与实施例1一致。对比例2与实施例1的区别在于将实施例1的2.5份十二烷基硫酸钠也替换成聚乙烯醇,其它实施条件与实施例1一致。对比例3与实施例1的区别在于将实施例1的0.05份乳化剂op-10替换成十二烷基硫酸钠,其它实施条件与实施例1一致。将实施例1~4及对比例1~3制得的阻燃剂,分别按照15.0wt%的比例添加到dupont(美国杜邦)生产的hmevac8-7、mitsuichemicals(日本三井化学)生产的150、korealottechemical(韩国乐天化学)生产的va910乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)中,并制备成若干测试样条,按照下列测定方法测定对应指标:(1)燃烧性能测试极限氧指数(loi)测试,按照astmd2863进行测定,样条取自压力成型机压制所得样条,尺寸为100×6.5×3mm3,数据如表1所示:氧指数/%实施例1实施例2实施例3实施例4对比例1对比例2对比例3evahmevac8-730.431.6534.7136.1422.026.724.321.815029.433.4431.5432.2321.425.123.922.1va91027.835.8532.8031.8721.524.823.421.7表1乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)测试极限氧指数从表1中可发现,实施例1~4的阻燃剂用于hmevac8-7、150、va910三类甲基乙烯基硅橡胶原料中,实施例1~4的阻燃剂的氧指数明显高于对比例1~3的阻燃剂的,实施例1~4能较好地对hmevac8-7、150、va910三类乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)实现阻燃,无机氢氧化镁在乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)基材中分散均匀,具有良好的相容性;尤其是实施例3的阻燃剂对hmevac8-7、实施例2的阻燃剂对va910的阻燃效果优异。(2)垂直燃烧测试(ul-94)等级测定,遵循美国国家标准ul-94,样品尺寸为130×13×3mm3,垂直放置,正下方放置脱脂棉,分别施加两次10秒钟火焰记录燃烧现象,对材料进行燃烧评定。每组样品平行测定五次以保证数据的可靠性与可重复性。数据如表2所示:表2乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)测试水平燃烧率水平燃烧率实施例1实施例2实施例3实施例4对比例1对比例2对比例3evahmevac8-7hbhbhbhbhb75hb75hb75hb75150hbhbhbhbhb75hb75hb75hb75va910hbhbhbhbhb75hb75hb75hb75表3乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)测试垂直燃烧率垂直燃烧率实施例1实施例2实施例3实施例4对比例1对比例2对比例3evahmevac8-7v-1v-1v-0v-0v-2v-1v-2v-2150v-1v-1v-1v-1v-2v-2v-2v-2va910v-1v-0v-1v-1v-2v-2v-2v-2表4乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)测试熔滴熔滴实施例1实施例2实施例3实施例4对比例1对比例2对比例3evahmevac8-7无滴落无滴落无滴落无滴落十分激烈无滴落十分激烈十分激烈150无滴落无滴落无滴落无滴落十分激烈十分激烈十分激烈十分激烈va910无滴落无滴落无滴落无滴落十分激烈十分激烈十分激烈十分激烈从表2-4中可发现,阻燃剂实施例1~4的阻燃剂用于hmevac8-7、150、va910三类乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)原料中,其阻燃效果明显优于对比例1~3的阻燃剂用于hmevac8-7、150、va910三类乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)原料中。阻燃剂实施例1~4的阻燃剂均能够较好地对hmevac8-7、150、va910三类乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)实现阻燃,无机氢氧化镁在乙烯-醋酸乙烯共聚物(eva)基材阻燃效率较好;实施例3的阻燃剂对hmevac8-7、实施例2的阻燃剂对va910的阻燃效果优异。显然,本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明技术方案所作的举例,而并非是对本发明的具体实施方式的限定。凡在本发明权利要求书的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。当前第1页1 2 3 

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