一種靜電絮凝制備的膨脹型阻燃劑及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明屬于阻燃材料領域，具體涉及一種靜電絮凝制備的膨脹型阻燃劑及其制備 方法與應用。
【背景技術】
[0002] 高分子材料由于其優異的性能，當今生活中被廣泛地應用。但是由于大部分高分 子材料容易燃燒，極易引起火災，對社會和人民的生命和財產安全存在極大的安全隱患。為 了改善高分子聚合物易燃燒的缺點，近年來聚合物阻燃技術飛速發展，經歷了從鹵系阻燃 到無鹵阻燃的發展過程，阻燃體系不斷的豐富和完善，其中磷系阻燃劑大都具有低煙、無 毒、低鹵、無鹵等優點，符合阻燃劑的發展方向，具有很好的發展前景，成為目前阻燃研宄的 熱點。
[0003] 膨脹阻燃體系是一個以C、N、P為核心成分的阻燃體系，主要由酸源、炭源、氣源三 部分組成。酸源又稱脫水劑或炭化促進劑，一般是無機酸或燃燒中能原位生成酸的化合物， 如磷酸、硼酸、硫酸和磷酸酯等；炭源也叫成炭劑，它是形成泡沫炭化層的基礎，主要是一些 含碳量高的多羥基化合物，如淀粉、蔗糖、糊精、季戊四醇、乙二醇、酚醛樹脂等；氣源也叫發 泡源，是含氮化合物，如尿素、三聚氰胺、聚酰胺等。其中酸源在燃燒時產生酸，作為脫水劑 與炭源反應生成炭層，氣源釋放氣體使炭層膨脹，從而阻隔熱量傳遞和隔絕氧氣，實現阻燃 的目的。在現有的膨脹型阻燃體系中，大多由酸源、氣源、碳源復配而成，比如聚磷酸銨/三 聚氰胺/季戊四醇復配組合形成膨脹型阻燃體系。簡單的復配造成三要素的協同作用效果 減弱，使其阻燃效率提升不明顯。
【發明內容】
[0004] 為解決現有技術的缺點和不足之處，本發明的首要目的在于提供一種靜電絮凝制 備的膨脹型阻燃劑。
[0005] 本發明的另一目的在于提供上述靜電絮凝制備的膨脹型阻燃劑的制備方法。
[0006] 本發明的再一目的在于提供上述靜電絮凝制備的膨脹型阻燃劑的應用。
[0007] 為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：
[0008] -種靜電絮凝制備的膨脹型阻燃劑，該膨脹型阻燃劑具有核殼結構并集酸源、氣 源和炭源于一體，以酸源聚磷酸銨為內核，內核的表面包覆著一層雙氰胺甲醛樹脂作為氣 源，雙氰胺甲醛樹脂外層吸附著一層納米纖維素作為炭源。
[0009] 所述的納米纖維素在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1~100nm)。
[0010] 上述靜電絮凝制備的膨脹型阻燃劑的制備方法，包括以下步驟：
[0011] (1)在室溫條件10~30g雙氰胺40~80mL質量分數為37%甲醛溶液至反應容 器中，攪拌升溫至40~60°C后，加入第一批催化劑，升溫至70~80°C，此溫度下保持反應 1~3小時，然后加入第二批催化劑，保持反應2~4個小時，得雙氰胺甲醛預聚體；
[0012] (2)取20~160g聚磷酸銨加入100mL~150mL無水乙醇，攪拌，加入步驟⑴制 得的雙氰胺甲醛預聚體，然后緩慢加入納米纖維素粒子，快速攪拌10~40分鐘，然后抽濾、 洗滌、干燥，最后得白色粉末即為所述膨脹型阻燃劑。
[0013] 步驟⑴所述的雙氰胺、甲醛和催化劑的摩爾比例為1 : (1.5~3) : (0.3~1.2)， 所述的催化劑是指第一批催化劑和第二批催化劑的質量之和。
[0014] 步驟（1)所述的第一批催化劑和第二批催化劑均為氯化銨、氫氧化鈉、氫氧化鈣、 硫酸鋁、乙二胺和醋酸鈉中的至少一種。
[0015] 步驟⑴中所述的第一批催化劑和第二批催化劑的質量比例為2: (0. 5~2)。 [0016] 步驟（2)所述的納米纖維素粒子為通過酸解或者堿解含有纖維素的物質制備的 具有納米尺寸的含有多羥基的纖維素。
[0017] 所述的酸解為硫酸酸解或者鹽酸酸解。
[0018] 所述的含有纖維素的物質為微晶纖維素、淀粉、棉等。
[0019] 上述靜電絮凝制備的膨脹型阻燃劑可用于制備聚烯烴、聚氨酯、橡膠、聚碳酸酯、 聚丙烯等聚合物阻燃材料，還可用于紙張、木材、織物等的阻燃。
[0020] 針對于膨脹型阻燃劑的缺點，本發明采用利用靜電絮凝的方法，構建了一種三位 一體的核殼結構膨脹型阻燃體系。利用雙氰胺甲醛樹脂為氣源，同時利用其具有靜電絮凝 作用，先將帶有正電荷的雙氰胺甲醛包覆酸源（聚磷酸銨），然后將制備的帶負電的納米纖 維素粒子加入，使其被吸附。與現有技術相比，本發明具有以下優點及有益效果：
[0021] (1)本發明采用靜電絮凝法，將納米纖維素作為炭源引入阻燃體系中。
[0022] (2)本發明所制備的膨脹型阻燃體系集酸源、氣源、碳源于一體，具有良好的阻燃 性能。
[0023] (3)本發明所制備膨脹型阻燃劑由于外面包裹了一層樹脂，形成核殼結構，提高內 核酸源的耐水性。
[0024] (4)本發明所制備的膨脹性阻燃劑工藝簡單，可操作性強。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本發明所述膨脹型阻燃體系靜電絮凝的構建過程。
[0026] 圖2為聚磷酸銨（左）以及靜電絮凝制備的膨脹型阻燃劑（右）的SEM圖。
【具體實施方式】
[0027] 下面結合實施例和附圖對本發明作進一步詳細的描述，但本發明的實施方式不限 于此。
[0028] 實施例1
[0029] 按照以下步驟制備一種膨脹型阻燃劑：
[0030] (1)在室溫條件加入10. 2g的雙氰胺和30mL37%甲醛溶液至三口燒瓶中，攪拌升 溫至40°C后，加入2. 7g氯化銨；升溫至70°C，此溫度下保持反應1小時，然后加入6. 5g氯 化銨，后保持反應2個小時，得雙氰胺甲醛預聚體；
[0031] (2)取20g的聚磷酸銨加入100mL無水乙醇，攪拌，加入雙氰胺甲醛預聚體，然后緩 慢加入制備的納米纖維素粒子，快速攪拌10分鐘，然后抽濾、洗滌、干燥，最后得白色粉末 即為膨脹型阻燃劑。
[0032]實施例2
[0033] 按照以下步驟制備一種膨脹型阻燃劑：
[0034] (1)在室溫條件加入17. 2g的雙氰胺和50mL37%甲醛溶液至三口燒瓶中，攪拌升 溫至50°C后，加入2. 7g乙二胺。升溫至70°C，此溫度下保持反應1小時，然后加入6. 5g乙 二胺，后保持反應2個小時，得雙氰胺甲醛預聚體；
[0035] (2)取40g的聚磷酸銨加入120mL無水乙醇，攪拌，加入雙氰胺甲醛預聚體，然后緩 慢加入制備的納米纖維素粒子，快速攪拌15分鐘，然后抽濾、洗滌、干燥，最后得白色粉末 即為膨脹型阻燃劑。
[0036] 實施例3
[0037] 按照以下步驟制備一種膨脹型阻燃劑：
[0038] (1)在室溫條件加入22. 7g的雙氰胺和70mL37%甲醛溶液至三口燒瓶中，攪拌升 溫至60°C后，加入2. 7g氫氧化鈉。升溫至70°C，此溫度下保持反應1小時，然后加入6. 5g 乙二胺，后保持反應2個小時，得雙氰胺甲醛預聚體；
[0039] (2)取80g的聚磷酸銨加入120mL無水乙醇，攪拌，加入雙氰胺甲醛預聚體，然后緩 慢加入制備的納米纖維素粒子，快速攪拌20分鐘，然后抽濾、洗滌、干燥，最后得白色粉末 即為膨脹型阻燃劑。
[0040] 實施例4
[0041] 按照以下步驟制備一種膨脹型阻燃劑：
[0042] (1)在室溫條件加入24.