[发明专利]含水凝胶不饱和聚酯树脂阻燃复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物和复合材料技术领域，更明确地说涉及含水凝胶不饱和聚酯树脂阻燃复合材料及其制备方法的改进和创新。

背景技术

近年来，随着工业技术的不断进步，对新材料的性能要求越来越高.尤其是对某些特定材料，要求具有特殊的性能，这就需要研究人员不断探索新的材料或对通用材料进行改性以满足需求。在大多数研究中，后者的方法往往可以较快实现。

不饱和聚酯树脂的综合性能优良，成形多样化而被广泛使用。其主要用于玻璃钢，其次用于浇铸体、锚固剂、涂料、工艺品、绝缘材料和家庭装饰材料等。在实际使用时通常在不饱和聚酯中加入填料，如碳酸钙、氢氧化铝、滑石粉、硫酸钙、阻燃剂、防收缩剂及增韧剂等来改善其性能。但由于树脂黏度大，填充容量低，填料掺合时比较困难等，使用受到一定程度的限制。其中阻燃型不饱和树脂通常使用含卤素或磷系阻燃剂。这些阻燃剂一般存在成本高、燃烧后产生有毒物质等缺点。

针对上述问题，在50年代后期出现了含水不饱和聚酯树脂，可通过热引发、室温氧化-还原引发或辐射引发聚合为体形结构得到。它具有成本低、固化放热少、体积收缩小、阻燃性能好和易成型加工等优点。但含水不饱和聚酯树脂也有诸多不足之处：第一，含水不饱和聚酯保水率比较低，长期置于空气中会以较快速度失水，从而减弱或失去阻燃能力，同时导致尺寸收缩。第二，虽然在高含水率情况下具有明显的阻燃性能，但过高的含水率导致材料力学性能显著下降。第三，随着含水率的提高，断裂伸长率急剧降低，导致材料脆性变大，容易开裂。第四，材料受热或燃烧时表面容易出现龟裂的情况并未得到改善。这些问题大大阻碍了含水不饱和聚酯树脂的实际应用。

发明内容

本发明的目的，就在于克服上述缺点和不足，提供一种含水凝胶不饱和聚酯树脂阻燃复合材料及其制备方法。它使不饱和聚酯共混物具有较高的保水率，使复合材料长期置于空气中保持稳定的含水率、良好的阻燃能力和尺寸稳定性；提高了复合材料的断裂伸长率、韧性，使材料不容易开裂，具有更优良的力学性能；材料受热或燃烧时表面不出现龟裂，进一步提高了其极限氧指数。

为了达到上述目的，本发明包括含水不饱和聚酯树脂。其质量份组分如下：不饱和聚酯树脂100、乳化剂0-20、不饱和聚酯固化剂0.5-3、不饱和聚酯促进剂0.05-1.5、水相聚合引发剂0-2、水相聚合交联剂0-5、水溶性单体1-50、水50-100。其中不饱和单体水溶液由可进行自由基聚合的不饱和单体及其引发剂、交联剂、水以及乳化剂组成，不饱和单体水溶液中不饱和单体的质量百分含量为1-50％。

上述水溶性单体为丙烯酸钠、丙烯酸、丙烯酰胺、衣康酸、顺丁烯二酸酐、2-丙烯酰胺基-2甲基丙磺酸AMPS或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵DMC中之一种或多种单体的混合物。丙烯酸钠效果最好。

乳化剂为SPAN-60、SPAN-80、SPAN-85、TWEEN-80、TX-10、三乙醇胺、氢氧化钠、氧化镁中之一种或多种联合使用。SPAN-80和TX-10或SPAN-80和三乙醇胺效果最好。

水相聚合引发剂为过硫酸钾、过硫酸铵、过硫酸钠之一种。过硫酸钾效果最好。

水相聚合交联剂为N，N-亚甲基双丙烯酰胺。

固化剂为过氧化二苯甲酰或过氧化二苯酮，优选为过氧化二苯甲酰。促进剂为N，N-二甲基苯胺、环烷酸钴之一或二者混合物。N，N-二甲基苯胺效果最好。

不饱和聚酯树脂为各种市售工业化产品，一般含有34％-36％质量百分含量的苯乙烯。

含水凝胶不饱和聚酯树脂阻燃复合材料的制备方法包括如下步骤：

(1)将交联剂溶解于水溶性单体的水溶液中，同时通氮排氧30分钟，过滤；再将引发剂和乳化剂溶解于过滤后的溶液中，得浓度为1-50％的水溶性单体水溶液；

(2)含水凝胶不饱和聚酯树脂的乳化：将乳化剂溶解于不饱和聚酯树脂中，把(1)所配制的不饱和水溶性单体水溶液慢慢加入不饱和聚酯树脂中，同时用高剪切分散乳化机进行乳化；

(3)含水凝胶不饱和聚酯树脂的固化：向不饱和聚酯树脂乳液中加入固化剂和促进剂固化，将固化后的不饱和聚酯树脂复合材料置于室温或50-70℃温度下继续反应1-5小时，得到含水凝胶不饱和聚酯树脂复合材料。

上述步骤(3)在固化前还经过脱气，脱气是采用超声波脱气或真空脱气。固化温度是20-35℃，固化时间是5-20分钟。

反乳液中的水溶性单体利用不饱和聚酯固化产生热量同时发生交联聚合反应。