[发明专利]一种微胶囊化膨胀型阻燃剂及其在环氧树脂复合材料中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域，特别涉及一种微胶囊化膨胀型阻燃剂及其在环氧 树脂复合材料中的应用。

背景技术

环氧树脂可以广泛应用于涂料、土木、建筑、胶粘剂、电子电气、航天 航空等领域，但是，环氧树脂存在易燃烧的缺点，如通用型环氧树脂的氧指 数(LOI)只有20％左右，所以环氧树脂在使用前通常要经过阻燃处理。目 前用于环氧树脂的阻燃剂种类很多，包括卤系、磷-氮类以及金属氢氧化物阻 燃剂等，但是，卤系阻燃剂在热分解和燃烧中会产生大量烟尘、腐蚀性气体 以及一些有毒物质，严重危害人类健康，并对环境造成污染；金属氢氧化物 阻燃剂需要较大的添加量，从而严重影响环氧树脂的基本性能。以磷-氮体系 为主的无卤膨胀型阻燃剂(IFR)是以酸源、气源、炭源为组成的复合型阻 燃剂，含这类阻燃剂的复合材料受热时，酸源会催化炭源生成一层均匀的炭 质泡沫层，此层隔热、隔氧、抑烟，并能防止产生熔滴，具有良好的阻燃性 能，且符合当今要求阻燃剂少烟、低毒的发展趋势。但是，IFR存在与基体 相容性较差、易迁移、易吸潮等缺陷，从而对复合材料的阻燃、耐水、机械 等性能产生不利影响，大大限制了IFR在更多领域的广泛应用。如果能够采 用一种新的工艺，如对IFR的表面进行处理或将其微胶囊化，则可以在很大 程度上克服上述缺点，扩大IFR使用的范围，促进其进一步发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种与环氧树脂相 容性好、耐水性好、阻燃效率高的微胶囊化膨胀型阻燃剂。

本发明的另一目的在于提供一种上述微胶囊化膨胀型阻燃剂在环氧树脂 复合材料中的应用。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种微胶囊化膨胀型阻燃剂，是以聚磷酸铵(APP)为囊芯，以热固性 树脂三聚氰胺-甲醛(MF)树脂为囊材，是通过下述步骤制备得到：

(1)首先将质量比为1∶(1.2～2)的三聚氰胺与质量百分比浓度为37％ 的甲醛水溶液加入反应容器中，调整体系的pH为9～11，然后加热至 60～95℃，至溶液变清后，保温20～60分钟，得到三聚氰胺-甲醛预聚物；

(2)将质量比为1∶(0.1～0.3)的聚磷酸铵与所述三聚氰胺-甲醛预聚 物在乙醇溶剂中共混、搅拌，在反应体系的温度为60～100℃时加入硬化剂， 所述硬化剂的用量为三聚氰胺-甲醛预聚物质量的1％～5％；然后回流、反应 100～200分钟，再冷却、出料，经过滤、干燥后，制得微胶囊化膨胀型阻燃 剂。

所述硬化剂为氯化铵、磷酸二氢铵、磷酸二氢钾、磷酸氢铵、磷酸二氢 钠中的一种或一种以上混合物。

一种微胶囊膨胀阻燃环氧树脂复合物，包括下述重量百分比的组成：

环氧树脂                  53～70％

固化剂                    8～25％

固化促进剂                0～2.5％

微胶囊化膨胀型阻燃剂      3～10％

阻燃成炭促进剂            0～10％。

所述环氧树脂为双酚A型环氧树脂、双酚F型环氧树脂、双酚S型环氧 树脂、缩水甘油酯型环氧树脂、酚醛环氧树脂、脂环族环氧树脂、线性脂肪 族环氧树脂中的一种或一种以上混合物。

所述固化剂为间苯二胺、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)中的一种或一种以上混合物。

所述固化促进剂为咪唑或其衍生物、环咪化合物、醌化合物、三级胺或 其衍生物、四苯基硼酸盐或其衍生物。

所述阻燃成炭促进剂为二氧化钛、二氧化锰、二氧化硅、三氧化二镧、 三氧化二锑、三氧化二铬、硼酸锌、硼酸、二氧化锆、磷酸镍、磷酸锆、氧 化钼、微晶纤维素、氢氧化镁、氢氧化铝、水滑石、层状双氢氧化物、蒙脱 土中的一种或一种以上混合物。

所述微胶囊膨胀阻燃环氧树脂复合物的制备方法，包括下述步骤：先将 所述微胶囊化膨胀型阻燃剂和所述阻燃成炭促进剂在室温下混合；再加入所 述环氧树脂、所述固化剂和所述固化促进剂，搅拌均匀，按照通用的固化程 序固化混合物，即得到微胶囊膨胀阻燃环氧树脂复合材料。