[发明专利]一种双层核壳结构膨胀型阻燃剂及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，特别涉及一种双层核壳结构膨胀型阻燃剂及其制备方法与应用。

背景技术

随着聚合物在近代生活中越来越广泛的应用，聚合物阻燃技术飞速发展，经历了从卤系阻燃到无卤阻燃的发展过程，阻燃体系不断的丰富和完善，其中膨胀型阻燃体系以其无卤、低烟、低毒、防融滴和无腐蚀气体产生等优点，成为目前阻燃研究的热点。

膨胀阻燃体系是一个以C、N、P为核心成分的阻燃体系，主要由酸源、炭源、气源三部分组成。其中酸源在燃烧时产生酸，作为脱水剂与炭源反应生成炭层，气源释放气体使炭层膨胀，从而阻隔热量传递和隔绝氧气，实现阻燃的目的。聚磷酸铵(APP)做为一种重要的阻燃剂，常在膨胀型阻燃体系中作为酸源使用，然而由于其自身结构的原因，APP吸湿性很强，且与基体的相容性不好，在共混过程中容易出现团聚等问题，在高温高湿环境下容易向材料表面迁移，造成阻燃性能下降。Wu(Wu K，Wang ZZ，Liang HJ.Microencapsulation of Ammonium Polyphosphate：Preparation，Characterization，and Its Flame Retardance in Polypropylene.Polym.Compos.2008；29：854-860)等研究了蜜胺树脂(MF)微胶囊化APP的合成(蜜胺树脂可以作为气源)，经微胶囊化APP的耐水性有了一定提高。然而，微胶囊化阻燃剂只含有酸源(APP)和气源(MF)，要达到一定的阻燃性能，仍须同炭源(如季戊四醇)复配。但传统炭源多为醇类化合物，耐水与相容性较差，“短板效应”严重制约了膨胀阻燃复合材料综合性能的进一步提高。因此，以蜜胺树脂为囊材的核壳结构型阻燃剂的阻燃与耐水性能有待进一步提高。

发明内容

本发明的首要目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种相容性好、阻燃和耐水性能优良的双层核壳结构膨胀型阻燃剂。

本发明的另一目的在于提供所述的双层核壳结构膨胀型阻燃剂的制备方法。

本发明的再一目的在于提供所述的双层核壳结构膨胀型阻燃剂的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：一种双层核壳结构膨胀型阻燃剂，以聚磷酸铵(APP)为囊芯，囊材由内向外依次为环氧树脂层和三聚氰胺-甲醛树脂层；

所述的环氧树脂层优选由环氧树脂与固化剂按质量比1∶(0.1～0.5)混合，于60～100℃下搅拌反应1～4小时反应得到；

所述的固化剂优选为间苯二胺、聚酰胺、脂肪胺或其衍生物、脂环胺或其衍生物、双氰胺(DICY)、4，4-二氨基二苯基砜(DDS)、4，4-二氨基二苯甲烷(DDM)中的一种或至少两种；

所述的三聚氰胺-甲醛树脂层优选由三聚氰胺-甲醛预聚体水溶液与硬化剂混合，于60～100℃下搅拌反应1～4小时反应得到；三聚氰胺-甲醛预聚体与硬化剂按质量比1∶(0.01～0.05)配比；

所述的三聚氰胺-甲醛预聚体水溶液优选通过以下制备方法制备得到：将三聚氰胺和质量百分比37％的甲醛水溶液按质量比1∶(1～2)配比混合，溶于水中，调pH值为8～9，搅拌升温至60～95℃，保温反应20～120分钟，得到三聚氰胺-甲醛预聚体水溶液；三聚氰胺-甲醛预聚体水溶液中三聚氰胺-甲醛预聚体的量为三聚氰胺和甲醛质量的总和；

所述的硬化剂优选为磷酸氢二铵、氯化铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾或磷酸二氢钠中的一种或至少两种；

所述的双层核壳结构膨胀型阻燃剂的制备方法，包括下述步骤：

(1)将三聚氰胺和质量百分比37％的甲醛水溶液按质量比1∶(1～2)配比混合，溶于水中，调pH值为8～9，搅拌升温至60～95℃，保温反应20～120分钟，得到三聚氰胺-甲醛预聚体水溶液；

(2)将聚磷酸铵(APP)粉粒悬浮于分散剂中，加入环氧树脂和固化剂，于60～100℃下搅拌反应1～4小时，然后加入三聚氰胺-甲醛预聚体水溶液和硬化剂，在60～100℃下搅拌反应1～4小时，抽滤、洗涤、干燥后即得双层核壳结构膨胀型阻燃剂；其中，聚磷酸铵(APP)、三聚氰胺-甲醛预聚体与环氧树脂按质量比1∶(0.1～0.5)∶(0.1～0.5)配比；三聚氰胺-甲醛预聚体与硬化剂按质量比1∶(0.01～0.05)配比；环氧树脂与固化剂按质量比1∶(0.1～0.5)配比。

步骤(1)中所述的水优选为蒸馏水；

步骤(1)中所述的pH值优选通过碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾或碳酸氢钾中的至少一种进行调节；