[发明专利]一种核壳结构的含磷复合阻燃剂、其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于阻燃材料改性技术领域，涉及一种核壳结构的含磷复合阻燃剂、其制备方法与应用。

技术背景

PC/ABS合金集合PC和ABS的性能优势，其耐热性、抗冲击强度以及拉伸强度均优于单种聚合物基体，并且溶体粘度比纯PC低，加工性能更好，制品内应力和冲击强度对制品厚度的敏感性低，广泛应用于汽车工业、电子电器、机械制品等领域，为了满足这些领域的阻燃需求以及扩大其的应用领域范围，PC/ABS合金的阻燃性能要求逐渐提高。

目前，用于制备阻燃性PC/ABS合金的阻燃剂主要为无卤无锑的阻燃体系，包括磷类阻燃体系等。但实际应用中，含磷阻燃剂存在释放气体较多、耐热性较差、相容性差、容易迁移等系列问题。为了提高其耐热性、相容性以及迁移性，新型磷酸盐阻燃剂成为研发热点之一，包括将磷系阻燃剂与有机硅氧烷等协同使用，可以进一步提高材料的阻燃和力学性能。中国发明公开号为CN 104530677A中制备了一种苯基双环笼状磷酸酯硅氧烷阻燃PC/ABS合金，中国发明公开号为CN 104592731A中采用八(氨基苯基)-T8-倍半硅氧烷作为主阻燃剂，同时复配凹凸棒，可以在燃烧过程中稳定炭层的作用，从而显著提高PC/ABS的热氧稳定性。但以上现有技术都存在配方较复杂、成本高的不足，且实际聚合物加工和燃烧过程中阻燃剂会出现一定程度的各自富集现象，对聚合物的均衡阻燃和持久阻燃产生负面影响。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明提供一种核壳结构的含磷复合阻燃剂、其制备方法与应用，该核壳结构的含磷复合阻燃剂以磷系阻燃剂为核芯材料、以含硅凝胶层为壳层材料，具有阻燃效果好、与聚合物基体相容性好的优点，且制备方法简单，成本低，具有很好的应用前景。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种核壳结构的含磷复合阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

将磷系阻燃剂分散在溶剂中，加入表面活性剂，再调节溶液的pH值至8-12，然后加入硅源，升温至60℃-180℃反应2h-10h，经分离、洗涤后干燥，再经100℃-500℃高温处理1h-8h，得到核壳结构的含磷复合阻燃剂；

所述硅源为烷氧基硅烷和/或硅酸烷基酯，所述烷氧基为C1-C5的烷氧基，所述烷基为C1-C5的烷基。

所述硅源可以为烷氧基硅烷或硅酸烷基酯，或为烷氧基硅烷与硅酸烷基酯的混合物。所述烷氧基硅烷中烷氧基为C1-C5的烷氧基，即烷氧基中的烷基为C1-C5的烷基，所述烷氧基硅烷可以发生水解及交联反应，在磷酸锆粉体表面形成含硅凝胶层。优选的，所述烷氧基硅烷为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、3-缩水甘油醚氧丙基三乙氧基硅烷、乙烯基三-(β-甲氧基乙氧基)硅烷中的一种或几种。

所述硅酸烷基酯中烷基为C1-C5的烷基，该物质可以与水反应，在磷酸锆粉体表面形成含硅凝胶层。优选的，所述硅酸烷基酯为正硅酸甲酯、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、正硅酸丁酯中的一种或几种。

本发明所用的磷系阻燃剂在所述分散、反应及高温处理过程中不发生降解、变质等导致阻燃性能降低的化学反应即可，具体包括无机磷系阻燃剂和有机磷系阻燃剂，无机磷系阻燃剂具体可为磷酸铵、聚磷酸铵、磷酸锆或磷酸钛，有机磷系阻燃剂为磷酸酯、亚磷酸酯或膦酸脂。

优选的，所述磷系阻燃剂为磷酸锆。磷酸锆是多功能介孔材料，其中晶形为α-ZrP，属于阳离子型层状化合物，其表面和内部均具有大量的Lewis酸位点，具备固体酸的催化特性，用作阻燃剂可以发挥固体酸催化聚合物基体降解并促进成碳的作用，其层状结构也可以发挥物理隔质隔热作用。另外，其质量较轻，在燃烧过程中易随着热流和气流的上升而移动到碳层的表面，紧密卷曲堆积在残碳的表面，有效地覆盖未完全燃烧的聚合物基体，通过物理阻隔实现阻燃。

优选的，所述磷系阻燃剂的粒径为0.8μm～1.2μm。

优选的，所述分散是以转速200r/min-400r/min搅拌的同时进行超声震荡处理，分散过程的温度为25-100℃。

更优选的，所述超声处理的功率为50kW-120kW。

更优选的，所述分散的时间为30min-180min。

优选的，所述溶剂为醇类溶剂与水的混合溶剂，所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、丙醇、丁醇中的一种或几种。更优选的，所述混合溶剂中醇类溶剂与水的体积比为1:1-1:20，具体用量没有特殊限制。