[发明专利]一种复合型膨胀阻燃剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种膨胀阻燃剂及其制备技术，特别涉及一种具有有机-无机复合结构的膨胀型阻燃剂及其制备方法。

背景技术

随着聚合物的广泛应用，它们的易燃性也给人们的生命和财产也带来了越来越多的潜在危害，如何获得优良的阻燃性成为聚合物研究的重要课题。通过添加阻燃剂来提高聚合物材料的阻燃性是一个非常有效的途径，因此，研制开发优异阻燃性的阻燃剂成为研究的重点。

膨胀阻燃剂（IFR）是一种高效的无卤阻燃剂，在燃烧过程中具有低烟、低毒、低腐蚀性和无融滴滴落等优点，引起了广泛关注。膨胀型阻燃剂可分为化学膨胀阻燃剂和物理膨胀阻燃剂两种。化学膨胀阻燃剂是指以磷、氮、碳为主要核心成分的阻燃剂尽管效果良好，但是需要很高的添加量，同时阻燃剂的添加往往引起热性能及力学性能等树脂的下降，而且在加工使用的过程中存在迁移或者析出等问题（参见文献：Modesti M, Lorenzetti A, Simioni F, Camino G. Expandable graphite as an intumescent flame retardant in polyisocyanurate–polyurethane foams. Polymer Degradation and Stability. 2002;77:195-202.）。

 物理型膨胀阻燃剂的典型代表为可膨胀石墨（EG），其阻燃机理是靠自身体积膨胀形成的膨胀绝热层来延缓或者抑制燃烧和降解。但是，该类阻燃剂与聚合物之间不发生或很少发生化学作用，而且形成的蠕虫状炭层之间的粘附力较弱，形成的炭层容易发生破坏。此外，由于与树脂之间结合力较弱，不仅会引起树脂基体力学性能的大幅下降，而且还存在“烛芯”效应（参见文献：Zhu HF, Zhu QL, Li J, Tao K, Xue LX, Yan Q. Synergistic effect between expandable graphite and ammonium polyphosphate on flame retarded polylactide. Polymer Degradation and Stability. 2011;96:183-9.）。因此，限制了EG的广泛应用。

 为了克服上述问题，人们将两种膨胀型阻燃剂混合复配，利用两者的混合物来提高聚合物的阻燃性。研究工作显示，在相同添加量下两种类型的膨胀阻燃剂混合物比单独的化学膨胀阻燃剂或物理膨胀阻燃剂有更优异的阻燃性（参见文献：Zhu HF, Zhu QL, Li J, Tao K, Xue LX, Yan Q. Synergistic effect between expandable graphite and ammonium polyphosphate on flame retarded polylactide. Polymer Degradation and Stability. 2011;96:183-9.）。但是，将两种膨胀阻燃剂混合起来仍然存在许多问题。首先，物理膨胀阻燃剂和化学膨胀阻燃剂形成的炭层缺乏化学键作用，燃烧后形成的炭层仍然保持各自的结构彼此之间界面清晰（参见文献：Han ZD, Dong L, Li Y, Zhao H. A comparative study on the synergistic effect of expandable graphite with APP and IFR in polyethylene. Journal of Fire Sciences. 2007;25:79-91.）。其次，物理混合，使得物理型阻燃剂较难在有机基体中获得良好的分散性及界面作用力，影响阻燃性能的发挥，并可能劣化其他物理机械性能。第三，为了获得化学膨胀阻燃剂的阻燃效果，通常化学膨胀阻燃剂需要较高的添加量（参见文献：Gao F, Tong LF, Fang ZP. Effect of a novel phosphorous–nitrogen containing intumescent flame retardant on the fire retardancy and the thermal behaviour of poly(butylene terephthalate). Polymer Degradation and Stability. 2006;91:1295-9.），使得材料的耐热性降低。

 因此，研发一种将两种类型的膨胀阻燃剂优点结合，并克服两者共混使用中存在问题的新型膨胀阻燃剂具有重要的应用价值。

发明内容