[发明专利]一种层层自组装改性磷酸硼、其制备方法及其应用

说明书

本发明涉及一种层层自组装改性磷酸硼、其制备方法及其应用，属于阻燃材料技术领域。通过在磷酸硼表面依次自组装含氨基的硅烷偶联剂层、硅酸盐层、含氨基的硅烷偶联剂层，得到所述改性磷酸硼，所述改性磷酸硼的制备工艺简单，成本低；而且通过控制所述改性磷酸硼表面硅烷偶联剂以及硅酸盐的含量，从而实现对所述改性磷酸硼的阻燃性能及与树脂基材相容性的可控调节。本发明所述改性磷酸硼用于改善环氧树脂的阻燃性能时，具有添加量少、阻燃效率高、产烟量低、力学性能优良以及低成本等特点，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及一种层层自组装改性磷酸硼、其制备方法及其应用，属于阻燃材料技术领域。

背景技术

环氧树脂(EP)是一类重要的热固型聚合物材料，由于具有优异的力学性能、电性能和黏接性能而被广泛用作电子电器、建筑、航空航天、船舶运输及其他领域重要的基础树脂材料。然而，由于EP的易燃性(纯环氧树脂氧指数低至20％左右)使其应用受到限制；而且用于EP的传统含卤阻燃剂四溴双酚A，由于可能存在对人体和环境的危害已被列入关注物质名单，正在世界范围内进行风险评估。因此，发明新型无卤阻燃剂及阻燃EP材料十分必要。

层层自组装阻燃技术是通过材料表面纳米结构调控获得多功能阻燃效果的新型无卤阻燃技术，极具发展潜力及应用价值。该技术是将电荷相反的电解质、聚电解质等功能组分在水溶液中分别沉积在被处理的材料表面，形成纳米尺度的薄膜复合材料，利用组装组分的特性获得阻燃、抑烟、增容、增强及增韧等多功能。层层自组装多用于表面相大于体相的纤维织物、薄膜及泡沫塑料的阻燃处理，近年出现了粉体填料表面组装阻燃纳米材料的报导。

催化成炭阻燃技术是将少量具有催化成炭作用的添加剂用于聚合物材料，在燃烧条件下，通过催化聚合物热降解产物自身交联，形成阻止热量及氧气传递、抑制可燃产物释放的炭层，实现对聚合物的阻燃。相对于传统的膨胀阻燃、磷(膦)酸酯阻燃及无机填料等无卤阻燃聚合物体系而言，催化成炭阻燃技术具有添加量少、阻燃效率高、燃烧产烟量低、工艺简单、成本低及环境友好等优点。

固体酸磷酸硼(BP)以往被广泛用作包括脱水反应在内的多种反应的催化剂。近年，BP被尝试作为阻燃剂或协同剂用于聚合物材料的阻燃研究，而且经过大量研究发现，BP作为催化成炭阻燃剂具有良好的阻燃性能。然而，单纯添加催化成炭阻燃剂获得阻燃性能的同时，往往导致聚合物复合材料力学性能的下降。目前，也未见将层层自组装技术与催化成炭阻燃技术相结合，利用硅烷偶联剂的界面增容、硅酸盐层的阻隔作用进行磷酸硼表面处理，获得兼具良好阻燃性能以及力学性能的聚合物复合材料的报道。

发明内容

有鉴于此，本发明目的之一在于提供一种层层自组装改性磷酸硼，通过在磷酸硼表面依次自组装含氨基的硅烷偶联剂层、硅酸盐层、含氨基的硅烷偶联剂层，从而改善磷酸硼与树脂基材的相容性及阻燃性能；

目的之二在于提供所述层层自组装改性磷酸硼的制备方法，主要通过对自组装液成分和浓度的调控，控制改性磷酸硼表面硅烷偶联剂以及硅酸盐的含量，从而实现对改性磷酸硼阻燃性能及与树脂基材相容性可控，所述方法工艺简单，成本低；

目的之三在于提供所述层层自组装改性磷酸硼的应用，所述改性磷酸硼用于改善EP的阻燃性能时，具有添加量少、阻燃效率高、产烟量低、力学性能优良以及低成本等特点，具有良好的应用前景。

本发明的目的由以下技术方案实现的。

一种层层自组装改性磷酸硼，所述改性磷酸硼是由含氨基的硅烷偶联剂层、硅酸盐层、含氨基的硅烷偶联剂层依次自组装在磷酸硼表面得到的。

所述磷酸硼中的硼原子与磷原子的摩尔比为1:1；通过接枝引入的含氨基的硅烷偶联剂占所述改性磷酸硼质量的2.7％～3.8％，由静电吸附引入的硅酸盐占所述改性磷酸硼质量的9.7％～14.2％；所述改性磷酸硼的粒径优选50nm～100nm。