[发明专利]一种核-壳结构复合阻燃剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于核-壳结构复合阻燃剂及其制备技术领域，具体涉及一种用三聚氰胺甲醛树脂(MF)包覆可膨胀石墨所形成的核-壳结构复合阻燃剂及其制备方法。

背景技术

随着科学技术的进步，高分子材料已广泛应用于建筑建材、汽车、电子和航天等领域，在国民经济建设和人民生活中起着举足轻重的作用。但是大多高分子材料的易燃性或者可燃性，已成为不可忽视的安全问题，所以研究与开发阻燃型高分子材料迫在眉睫(A.B.Morgan，et al.John Wily & Sons，Inc.Hoboken，NJ，2007).

无卤阻燃剂由于其环境友好、高效和低烟的特点，已成为世界阻燃领域的重要研究方向。在目前开发应用的无卤阻燃剂中，有以聚磷酸铵(APP)、季戊四醇(PER)、三聚氰胺(MA)为代表的膨胀型阻燃剂和以氢氧化镁为代表的无卤添加型阻燃剂。而可膨胀石墨作为一种新型的无机膨胀型阻燃剂，由于添加量少和良好的阻燃效果受到了广泛的关注和研究。

可膨胀石墨(以下简称EG)是一种利用化学和物理的方法将插层剂(一般选用硫酸)插入到石墨层间的具有碳六角网络平面结构所形成的晶体化合物。可膨胀石墨在受热时，层间插入物质受热分解或汽化会产生大量的膨胀热，此膨胀热远远大于石墨层间的范德华力，使片层间的连接处被气流胀开，石墨层间距离再次扩大，形成了蠕虫状膨胀石墨。该膨胀热是源于EG在200℃以上时发生如下氧化还原反应(Clarke R，et al.Advances in Physics，1984，33：469)：

24nC+mH₂SO₄+1/2O₂→C_24n⁺(HSO₄^-)(m-1)H₂SO₄+1/2H₂O

当添加有EG的高分子复合材料受热分解或者燃烧时，其表面能生成一层“蠕虫状”膨胀层，该膨胀层具有隔热、隔氧、抑烟和防熔滴的功能，最终起到阻止燃烧的作用。例如：EG阻燃硬质聚氨酯泡沫(RPUF)就显示出优异的阻燃作用，在RPUF中加入25wt％的EG后，其氧指数可从22vol％提高到42vol％(Duquesne S，et al.Polymer Degradable Stability，2002，77：333)。同时也发现，当EG添加到高分子聚合物基体中时，由于EG是由石墨片组成的多片层结构，石墨片层之间有很大的间隙，加之石墨粒子尺度较大，因而石墨与基体之间的相容性较差，导致复合材料机械性能降低。例如：在RPUF中加入20wt％的EG后，其压缩强度从纯RPUF的14.4MPa下降到8.9Mpa，压缩模量也从258.6Mpa下降到205.5Mpa(Lei Shi，et al.Polymer-Plastics Technology and Engineering，2005，44：1323)。为了解决这一问题，本发明人曾提出通过细化EG粒子(以下简称pEG)的技术措施来达到不影响或减弱EG对基体机械性能的影响。但是，没想到当EG的粒子尺寸减小后，又带来了一个新问题，即被封闭在石墨片层之间的插层氧化剂受热时所产生的气体还没有来得及把石墨片层完全胀开，就从片层之间逃离出来了，使能够体现其阻燃性的膨胀体积减小了。如在RPUF中分别加入10wt％的EG和pEG粒子后，其氧指数分别为32.5vol％和23.5vol％，阻燃性能明显下降(Lei Shi，et al.Polymer International，2006，55：862)。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足而提供一种核-壳结构的复合阻燃剂，该核-壳结构可使阻燃剂的膨胀体积获得增加，从而较大幅度地改善其阻燃性。

本发明的另一目的是提供一种制备上述核-壳结构的复合阻燃剂的方法，该方法制备工艺简单，易于工业化实施。

本发明提供的核-壳结构的复合阻燃剂，其特征在于该复合阻燃剂为呈暗灰色的固体颗粒，颗粒的核为平均粒径100-200μm可膨胀石墨，壳为三聚氰胺甲醛树脂，其在900℃高温热处理15s测得其体积膨胀率为58-74ml/g。

本发明提供的制备上述的核-壳结构复合阻燃剂的方法，该方法的工艺步骤和条件如下：