[发明专利]一种含硼阻燃剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种含硼阻燃剂的制备方法，属于材料制备领域。

背景技术

阻燃剂是指用于提高材料阻燃性能，阻止其被引燃并抑制火焰传播的重要助剂。目前常用的合成高分子和天然高分子材料大都需要添加阻燃剂以获得符合国家标准的阻燃性能。常见的用于阻燃的元素主要是元素周期表中的第II主族的镁、第III主族的硼和铝、第V主族的N、P和Sb、第VII主族的卤素以及一些锌化合物和钼化合物。

含镁的助燃剂主要是Mg(OH)₂和硼酸镁等化合物，氢氧化镁具有耐热温度高的特点，但其碱性较强、表面能很高，很容易团聚而导致材料的力学性能下降；同时氢氧化镁只有在添加量达到30％以上时才能获得较好的阻燃效果，这都限制了氢氧化镁的使用范围。硼酸镁是一种新型阻燃材料，其颗粒多为晶须状，阻燃性能较好，但合成比较困难，价格昂贵。

铝系的阻燃剂主要是Al(OH)₃，它作为无机无卤阻燃剂被看作最环保的阻燃剂之一，然而氢氧化铝也有添加分数过高的问题，常常和别的阻燃剂协同使用。磷系阻燃剂是被广泛开发的一类阻燃剂，其中的无机磷阻燃剂主要依靠形成碳层并抑制燃烧的途径完成阻燃，但需要添加PH3捕捉剂，否则有可能在燃烧中形成剧毒PH3，此外红磷阻燃剂颜色较深，不能用于无色、浅色或白色材料的阻燃。含卤素的阻燃剂是通过自由基湮灭的方式抑制火灾，是目前最有效的阻燃剂类别之一，然而含卤素阻燃剂的材料在火灾中有可能产生卤酸，引起腐蚀并对人员的呼吸系统发生毒害，所以目前发达国家相继限制甚至禁止了含卤阻燃剂的使用。钼系阻燃剂具有较好的消烟性能，但其价格昂贵，常见于高端阻燃剂产品。

硼系化合物具有低毒、抑烟和阻燃性能优良等特点，我国作为硼资源大国，开发硼系阻燃剂具有很好的应用前景。硼酸是最简单的硼系阻燃剂，但其热失重温度较低，常常和其他阻燃剂配伍使用。硼砂也是较常见的阻燃剂，也常常和硼酸配伍用于纤维素材料的阻燃。硼酸锌是目前最常用的硼系阻燃剂，具有阻燃、成碳、抑烟、抑阴燃和防止生成熔滴等作用，是非常高效的阻燃材料，目前已经有系列定型产品问世。然而硼酸锌常需要在高温下通过硼酸或硼砂与含锌化合物的反应制备而得，其反应时间也较长(何琼：溶剂热改性法制备亚微米级低水硼酸锌[J].无机盐工业，2006，4(36)：16～18；邹旭华：新型阻燃剂硼酸锌(2335)的合成研究[J].应用化工，2001，30(2)：32～34)。因此研究如何通过简易的方法获得具有高热失重率和防熔滴性能的硼系阻燃剂是非常必要的。

发明内容

本发明的目的在于通过一种简单的方法获得具有高热失重率和阻燃效果的含硼阻燃材料。该类阻燃材料的热失重率可调，热失重温度高于200℃。在受热过程中，该材料可通过释放大量水分来稀释可燃性气体，同时材料当中的硼元素有助于形成壳层，其有机组分可以形成碳层，其不可燃的二氧化硅组分有助于防止燃烧熔滴的产生。

本发明的目的是通过如下的技术方案实现的：一种含硼阻燃剂的制备方法，其特征在于该方法按如下步骤进行：将硼酸和可溶性糖溶解于40℃～90℃的水中，硼元素和可溶性糖的摩尔比为1/0.08～1/5，然后混入二氧化硅溶胶，硼元素和硅元素的摩尔比例为1/1～1/10，然后将该混合物进行喷雾干燥，获得含有二氧化硅和糖类的硼系阻燃剂，喷雾干燥过程中热风进口温度200℃～150℃，出口温度150℃～100℃；本发明中，所述方法中的可溶性糖选自蔗糖、葡萄糖、果糖、乳糖、半乳糖、麦芽糖、鼠李糖和甘露糖当中的任意一种或任意几种的混合物；所述方法中的硼元素和可溶性糖的摩尔比优选1/0.1～1/4；所述方法中的硅溶胶是酸性硅溶胶或碱性硅溶胶，硅溶胶当中的二氧化硅质量含量为10wt％～40wt％；所述方法中的硼元素和硅元素的摩尔比例优选1/2～1/8。

相比于常见的硼系阻燃剂，本方法获得的阻燃剂兼具阻燃、抑烟、释放水分、形成碳层和阻止熔滴等多种功能，可以添加于涂料、高分子和合成纤维等材料中完成阻燃功能。由于材料中含有惰性二氧化硅和高温粘性的硼化物，可以有效阻止材料燃烧过称中形成熔滴，非常有利于在分子量较低且燃烧时易发生熔融流淌的高分子材料中使用。

具体实施方式