[发明专利]一种硅藻土基无机－有机杂化阻燃剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种硅藻土基无机‑有机杂化阻燃剂的制备方法，该阻燃剂以硅藻土为载体，将聚磷酸铵镶嵌到硅藻土上，再利用磷酸酯对硅藻土‑聚磷酸铵进行充填和包裹处理，并通过优化原料配比，反应温度、反应时间等工艺条件，得到含有P、N、Si等阻燃元素的硅藻土基无机‑有机杂化阻燃剂。将本发明所述的阻燃剂应用于不饱和聚酯，能够解决聚磷酸铵在不饱和聚酯中沉淀分层的现象，且能够改善该阻燃剂与基体相容性。本发明所述的阻燃剂含有P、N、Si等阻燃元素，分子结构间具有协同阻燃效果，使该阻燃剂具有较高的阻燃效率。本发明中所涉及的工艺过程无毒无害，绿色环保，且流程简单，制备效率高，原材料来源广，价格低，具有很好地应用前景。

技术领域

本发明属于阻燃剂制备及高分子材料改性技术领域，具体涉及一种硅藻土基无机-有机杂化阻燃剂的制备方法，以及该阻燃剂在不饱和聚酯(UPR)材料中的应用。

背景技术

随着高分子科学的快速发展，高分子材料制品已经广泛应用到我们的日常生活中。但高分子材料本身易燃的特点，极大增加了火灾中的财产和生命的损失，给我们的日常生活带来严重的威胁。目前，工业生产中大部分阻燃剂都存在添加量大，容易分层，与基体相容性差，破坏材料力学性能等特点。因此，无卤、低毒、低成本、高阻燃性、与基体相容性好的阻燃剂已经逐渐成为阻燃材料研究的热点。

硅藻土是由硅藻及其它微生物的硅质遗骸组成的生物硅质，其化学成分主要为SiO₂，附带比较少的Fe₂O₃、Al₂O₃、MgO等和少许的有机物质。硅藻土具有低密度，大孔隙度、强吸附性及高热稳定性等特点，且其价格低廉，资源丰富。专利CN103274624A公开了一种硅藻土发泡剂。若单独使用硅藻土对高分子材料进行阻燃时，由于其自身阻燃效率较低，通常不能是高分子材料达到理想的阻燃效果，在阻燃产业限制了其广泛应用(参见文献Sha L，Chen K.BioResources，2014，9(2)：3104-3116.)。

聚磷酸铵具有热稳定性好，阻燃效率高、安全环保等优点，已经被广泛应用于聚氨酯泡沫、不饱和聚酯、环氧树脂等材料的阻燃。聚磷酸铵在高温下发生分解反应，释放出氨气和水蒸气的不燃性气体，能够有效稀释燃烧环境中的可燃气体浓度，降低空气浓度，阻止高分子材料的燃烧。同时，聚磷酸铵在热解过程中会生产聚磷酸和聚偏磷酸，能够促进高分子材料炭化，隔绝外界热量对高分子基体的辐射，有效抑制火焰的蔓延和发展。专利CN101760049A公开了一种核壳型二氧化硅包覆聚磷酸铵的制备方法，得到了一种水溶性小，与基体相容性好的改性聚磷酸铵，但未对该改性聚磷酸铵的热稳定性和阻燃性能进行具体说明。但在使用聚磷酸铵对热固性塑料阻燃时，由于聚磷酸铵的密度大，相容性差，固化过程中容易在基体内发生分层现象，使其分散不均，极大破坏了材料的力学性能和阻燃性能，是目前工业生产中的一大难题(参见文献Shen M Y，Chen W J，et al.MaterialsChemistry and Physics，2016，173：205-212.)。

磷酸酯作为有机磷系阻燃剂中主要的品种之一，属于有机阻燃剂，对PC、ABS树脂等高分子产品都有着良好的阻燃效果。专利CN101831308A公开了一种高分子量固体磷酸酯阻燃剂的制备方法，得到了一种高热稳定性的磷酸酯类阻燃剂。磷酸酯在热解过程中受热燃烧生成磷酸和聚磷酸，有促进成炭的作用。同时，热解过程会生成PO·，可以终止燃烧过程中的链式反应，达到抑制燃烧的目的。(参见文献Lai X，Zeng X et al.PolymerComposites，2012， 33(1)：35-43.)

不饱和聚酯树脂是我国热固性树脂使用量最大的品种之一，应用于船舶、建筑材料、电气绝缘产品及工艺品等领域。但其极限氧指数(LOI)仅为19.8％，属于易燃产品。严重限制了不饱和聚酯的应用发展。目前，在不饱和聚酯阻燃改性过程中，开发新型高效阻燃剂是关键技术。现有的方法在基体相容性、阻燃效率、阻燃剂的用量及成本等方面不同程度上存在着一些不足和问题，需要设计开发更加高效的不饱和聚酯阻燃剂，以促进我国阻燃聚酯行业绿色、健康发展。