[发明专利]一种P-N-Si阻燃纳米凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及一种P‑N‑Si阻燃纳米凝胶及其制备方法与应用，凝胶结构式为：制备方法包括：中间体I制备，中间体II制备，中间体III制备，P‑N‑Si阻燃纳米凝胶制备；凝胶应用于阻燃粘胶纤维、lyocell纤维或其他再生纤维素纤维的制备。本发明阻燃纳米凝胶是一种无卤且不会释放甲醛的环保型阻燃剂，受热时分解出的不燃性气体可使体系发泡，产生吹熄效应；纳米凝胶为纳米级微粒，共混添加到纺丝原液里面添加量降低到8％～16％，可有效降低工艺成本。

技术领域

本发明属于阻燃剂及其制备与应用领域，特别涉及一种P-N-Si阻燃纳米凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

阻燃剂是一类能有效阻止材料燃烧或抑制火焰传播的添加剂，目前国内外用于阻燃粘胶纤维素的阻燃剂纷繁众多，根据元素分类，主要分为卤系、磷系、氮系、硅系以及其中几种系列的混合体系。卤素有机化合物阻燃剂，如Lenging(奥地利)、Polynosic(日本)、HFG(日本)，这些含卤素有机化合物阻燃剂的纤维，虽然阻燃效果较好，但对环境不友好或燃烧时会释放出大量毒气及烟雾，对环境造成危害。安全性比较好的就是磷系，氮系，硅系阻燃剂，瑞士Sandoz公司的Sandoflam－5060焦磷酸酯类有机化合物，是一种有效的用于粘胶纤维的添加共混型阻燃剂。青岛大学采用溶胶-凝胶法制备无机纳米SiO₂阻燃粘胶复合纤维，北京赛欧兰阻燃纤维有限公司合成了氮硅系复合阻燃剂，与粘胶纺丝液共混纺制成丝，利用氮硅2种元素协同作用，来提高阻燃作用。

共混法制备阻燃粘胶纤维，其阻燃剂的添加量一般在8％～20％左右，阻燃剂的纳米化可以降低阻燃剂的添加量，减少成本。而目前市场上主要是利用物理研磨法来制备纳米微球，因此，提供一种粒径可控的阻燃纳米凝胶，将有效降低阻燃剂添加量；同时阻燃剂不含卤素，环保安全，符合绿色环保材料的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种P-N-Si阻燃纳米凝胶及其制备方法与应用，利用化学合成方法精准控制阻燃纳米凝胶的粒径大小，而无需用物理研磨法来形成微球，阻燃纳米凝胶利用共混法制备阻燃粘胶纤维，燃烧过程中阻燃纳米凝胶形成的交联网状结构保护层不会产生开口和裂缝，能极大提高纤维的阻燃性能，且阻燃纳米凝胶不含卤素，燃烧过程中不会释放有毒气体，符合绿色环保材料的要求。

本发明的一种P-N-Si阻燃纳米凝胶，所述凝胶的结构式为：

其中S＝1或2，X＝200～400，Y＝200～400；(当S为1时，苯环上的酯键位置相对R₂可以是邻位，对位或间位；当S为2时，苯环上的酯键位置相对R₂可以为2,3位,2,4位,2,5位,2,6位,3,4位或3,5位)

式中：R₁为含磷基团，

所述凝胶的粒径为150nm～900nm。

所述凝胶中磷质量含量为3.0～16％，氮质量含量为2.0～14％，硅质量含量为4.0～18％。

本发明的一种P-N-Si阻燃纳米凝胶的制备方法，包括：

(1)将羟基苯甲醛和催化剂加入溶剂中，得到羟基苯甲醛溶液，将含氨基物质溶解于溶剂中，得到含氨基物质溶液，滴加到羟基苯甲醛溶液中，搅拌反应，沉淀，干燥，得到中间体I，其中羟基苯甲醛、催化剂与含氨基物质的摩尔比为1-3:4×10^-4～6×10^-4:0.5-1.5，羟基苯甲醛溶液中羟基苯甲醛的浓度为3×10^-4mol/mL～1.2×10^-3mol/mL，含氨基物质溶液的浓度为6×10^-4mol/mL～1.2×10^-3mol/mL，中间体I结构式为：

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