[发明专利]一种膨胀阻燃剂功能化硅酸盐及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多功能阻燃填料的制备，具体涉及一种有机/无机（有机膨胀型磷氮阻燃剂/硅酸盐）杂化纳米阻燃填料的制备方法。

背景技术

高分子材料，无论是塑料、橡胶，还是纤维，一般氧指数较低，属于易燃材料，燃烧时产生大量烟雾、有毒气体，使人中毒，甚至死亡，如何降低高分子材料的燃烧性能已成为人们日益关注的技术和社会问题。近年来，由高分子材料引发的火灾频繁发生，给人民的生命、财产安全带来极大的威胁，如“央视大楼火灾”、上海“11-15特大火灾”等，都是由于违规使用阻燃性能差的高分子材料所致。因此，各国都对高分子阻燃剂的研制、生产、应用、测试及阻燃法规的建立、完善作了大量的工作，也为阻燃剂的发展提供了广阔的市场。目前，研究具有阻燃性能的高分子材料已发展成为功能材料领域研究中的重点课题之

一般来说，提高高分子材料阻燃性能的主要途径是外加阻燃剂。按照化学组份，阻燃剂可分为无机阻燃剂和有机阻燃剂。无机阻燃剂主要包括无机硅系阻燃剂、纳米无机物阻燃剂、石墨阻燃剂等；而有机阻燃剂主要是指卤系、磷系、有机硅系、硼系等阻燃剂。目前我国使用的阻燃剂主要以有机卤系阻燃剂为主，尽管它与有机高聚物相容性好，阻燃效果好，添加量少，对材料的其他性能影响很小，但在燃烧过程中发烟量较大，且释放出的可能产生二噁英、呋喃、卤化氢等有毒性、腐蚀性的物质。目前，全世界阻燃剂研究朝着无卤阻燃的方向发展，无卤阻燃剂具有安全、无毒、价廉等优点，因而无卤阻燃剂的开发已经成为当前阻燃剂研究领域的一个热点。无卤阻燃剂中以无机阻燃剂和有机膨胀型阻燃剂发展快。常用的无机阻燃剂主要有硅酸盐、氢氧化铝、氧化锑、红磷、膨胀石墨等。无机添加型阻燃剂的优点是不挥发、价格低、毒性低、热稳定性好、有持久的阻燃效果；但是无机阻燃剂加入到聚合物基体中分散性能差，容易团聚，一般要经过有机改性才能添加到聚合物基体中使用，而常规改性剂为热稳定性较差的有机分子，因此，常规有机改性剂改性后的无机硅酸盐的阻燃性能会变差。有机阻燃剂是研究最为活跃的一种阻燃剂。它具有阻燃效率高、热稳定性适中等优点，但是有机阻燃剂价格昂贵，而且会增大燃烧时的烟雾浓度。因此，制备无卤高效低烟低毒成新型阻燃剂发展方向。

发明内容

本发明针对有机阻燃剂阻燃效果好，但是燃烧时烟物量大、成本高，影响聚合物基体材料的机械性能；无机阻燃剂虽具有无卤、无毒、低烟等优点，但却存在阻燃效果低，添加量大、在聚合物基体分散差等问题，提供一种集增强、阻燃、抑烟功能于一体的膨胀阻燃剂功能化硅酸盐及其制备方法。

本发明膨胀阻燃剂功能化硅酸盐是一种有机/无机杂化阻燃填料，其中“有机”指有机膨胀型磷氮阻燃剂，“无机”指硅酸盐；是一种实用型多功能复合阻燃剂；本发明利用有机阻燃剂高阻燃性能及无机阻燃填料的增强性能，用有机阻燃剂有机改性无机阻燃填料，提高无机阻燃填料的分散性，降低有机阻燃剂给聚合物造成的机械性能缺陷。

本发明的目的通过如下技术方案实现：

一种膨胀阻燃剂功能化硅酸盐，由有机部分B和无机部分A组成，其结构式为（1）所示：

式（1）

其中，R1为碳原子数大于或者等于2的直链亚甲基或胺基；R₂、R₃为苯环或甲基；

有机部分B通过含胺基硅烷偶联剂水解后形成的硅羟基与无机部分A的表面及层间的羟基发生脱水反应，使有机部分B接枝到无机部分A；

所述无机部分A的原料为无机硅酸盐，包括蒙脱土、埃洛石、高岭土或羟基磷灰石；

所述有机部分B是由磷酰氯化合物与胺基硅烷偶联剂发生消除反应所形成。

所述磷酰氯化合物为二苯基氯化磷、二苯基磷酰氯、苯基二氯化磷、苯基磷酰二氯、氧氯化磷和甲基二氯化磷中的一种或多种。

所述胺基硅烷偶联剂为Y-氨丙基三乙氧基硅烷、Y-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-Y-氨丙基三甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-Y-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β(氨乙基)-Y-氨丙基三乙氧基硅烷、N-β(氨乙基)-Y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷或氨乙基氨乙基氨丙基三甲氧基硅烷。