一種核殼協效型硅鎂復合阻燃劑的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于無機功能材料技術領域，特別涉及到一種核殼協效型硅鎂復合阻燃劑 的制備方法。
【背景技術】
[0002] 鎂系阻燃劑包括水鎂石、氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、堿式硫酸鎂等，作為環境友好的 "綠色"無鹵阻燃劑和抑煙劑，在橡膠塑料領域有著廣泛用途。然而鎂系阻燃劑單獨使用時 阻燃效率較低，需要較高的填充量才能滿足聚合物材料的阻燃要求。高填充量不僅降低了 材料的加工性能，還使得聚合物材料力學性能急劇惡化。在實際應用中為了降低阻燃填充 量，提高鎂系阻燃劑的阻燃效率，常將其與協效劑共同使用，例如鎂系/磷系、鎂系/氮磷 系、鎂系/膨脹石墨、鎂系/硅系、鎂系/硼酸鋅、鎂系/炭納米管、鎂系/錫酸鹽、鎂系/蒙 脫土等協同阻燃體系。然而，這些協同阻燃體系大都是簡單的物理混合使用，其協同效果只 是簡單的加和，各自的缺陷仍然存在，此外，由于鎂系阻燃劑和協效劑之間相互作用較弱， 在聚合物加工和燃燒過程中會出現各自富集的現象，對復合材料力學性能產生負面影響。
[0003] 因此，在鎂系/硅系物理混合的協同阻燃體系基礎上，為了進一步彌補它們各自 的不足，降低阻燃劑的填充量，提高阻燃劑的阻燃效率，本發明提供了一種以鎂系阻燃劑為 核，硅系為殼的"核殼"結構協效型硅鎂復合阻燃劑的制備方法，不僅成本低，操作簡單，同 時所得阻燃劑顆粒具有阻燃劑與協效劑之間相互作用強、、材料力學性能和阻燃性均較高 等特點，用于EVA塑料滿足國家對于電纜護套材料的要求。
【發明內容】
[0004] 本發明提出一種核殼協效型硅鎂復合阻燃劑的制備方法，以解決單純填充鎂系阻 燃劑或鎂系/硅系物理混合阻燃劑所帶來的高分子復合材料阻燃效率低和力學性能差等 問題。
[0005] 本發明的技術方案為：以微米級鎂系阻燃劑為原料，隨后向反應器中加入一定比 例的溶劑分散制備成漿液，再將含硅醇溶液按一定的配方比例滴加到反應器中進行攪拌， 使物料混合均勻并完全反應，再經過過濾和干燥過程，得到核殼結構協效型硅鎂復合阻燃 劑產品。其技術特征在于鎂系阻燃劑核的種類、顆粒粒度、溶劑組成、漿料固液比、硅系阻燃 劑殼的硅源選擇、濃度和配方如下：
[0006] -種核殼協效型硅鎂復合阻燃劑的制備方法，步驟如下：
[0007] 步驟1 :將鎂系阻燃劑與溶劑按固液給定質量比混合攪拌制成漿料，攪拌速度為 100~1200r/min，溫度為室溫，攪拌10~lOOmin ;
[0008] 步驟2 :持續保持100~1200r/min攪拌速度，并加入一定量的硅源溶液，生成硅 系阻燃劑；
[0009] 步驟3 :維持100~1200r/min攪拌速度，并加入硅源摩爾比為1~8的水，反應 溫度為室溫，保持連續反應6~12h ;
[0010] 步驟4:過濾并用水和工業乙醇交替洗滌濾餅，干燥后即得到核殼協效型硅鎂復 合阻燃劑；
[0011] 所述的鎂系阻燃劑為水鎂石、氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、堿式硫酸鎂中的一種或兩種 以上混合，粒度為1000~8000目；
[0012] 所述的溶劑為水、C1~C4醇中的一種或兩種以上混合；
[0013] 所述的鎂系阻燃劑和溶劑的固液質量比為1:1~10 ;
[0014] 硅源選擇硅酸鈉、3-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅 烷，聚乙二醇三甲氧基硅丙基醚、氨丙基甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、硅酸 三甲酯中的一種或兩種以上混合，含硅溶液的質量濃度為1.0%~25%;鎂系阻燃劑與硅系 阻燃劑之間的物質的量比為100:3~40。
[0015] 本發明的有益效果：鎂系阻燃劑核表面沉積納米二氧化硅殼層能顯著提升復合阻 燃劑粒子的比表面積以及改善鎂系阻燃劑與塑料的相容性，從而使其應用于聚合物制備復 合材料時能顯著提升與聚合物基體的相互作用，進而改善復合材料力學性能，填充量小于 60wt%應用于EVA時拉伸強度均大于10.0 OMPa，斷裂伸長率均大于150%，符合國家對于 電纜護套材料的要求；同時，由于硅系協效劑被束縛于鎂基阻燃劑粒子表面，避免了加工或 燃燒過程中在聚合物基體中的各自富集現象，使得二者產生強烈的協同阻燃效果，填充量 50wt%即可滿足阻燃UL94-V0級別，同時能使得EVA復合材料熱釋放速率極大的下降。
【具體實施方式】
[0016] 以下結合技術方案詳細敘述本發明的具體實施例。
[0017] 實施例1
[0018] 取5000目氫氧化鎂粉體10kg置于反應器中，加入20L乙醇制成漿料，再取含有 1. 8kg正硅酸乙酯的30L乙醇溶液一次性加入反應器中保持100r/min攪拌轉速，隨后加 入1L去離子水，持續反應10h，反應完成后將產品過濾洗滌，干燥后即可得到蓬松的復合阻 燃劑產品。將產品應用于EVA塑料中，填充量小于60wt%應用于EVA時拉伸強度均大于 10.0 OMPa，斷裂伸長率均大于150%，符合國家對于電纜護套材料的要求；填充量50wt%滿 足阻燃UL94-V0級別。其性能優于同等填充量氫氧化鎂與二氧化硅簡單混合型阻燃劑。
[0019] 表1硅鎂復合阻燃劑的極限氧指數和UL94垂直燃燒測試
[0020]
[0021] 實施例2
[0022] 取6000目堿式碳酸鎂粉體12kg置于反應器中，加入25L甲醇制成漿料，再取含 有2. 0kg正硅酸甲酯的20L甲醇溶液一次性加入反應器中保持150r/min攪拌，，隨后加入 1. 2L去離子水，持續反應6h，反應完成后將產品過濾洗滌，干燥后即可得到蓬松的復合阻 燃劑產品。將產品應用于EVA塑料中，填充量小于60wt%應用于EVA時拉伸強度均大于 10.0 OMPa，斷裂伸長率均大于150%，符合國家對于電纜護套材料的要求；填充量50wt%滿 足阻燃UL94-V0級別。
[0023] 實施例3
[0024] 取2500目水鎂石粉體10kg置于反應器中，加入30L丙醇制成漿料，再取溶有 1. 8kg正硅酸丙酯的20L丙醇溶液一次性加入反應器中保持250r/min攪拌轉速，隨后加 入0. 8L去離子水，持續反應12h ;反應完成后將產品過濾洗滌，干燥后即可得到蓬松的復合 阻燃劑產品。將產品應用于EVA塑料中，填充量小于60wt %應用于EVA時拉伸強度均大于 10.0 OMPa，斷裂伸長率均大于150%，符合國家對于電纜護套材料的要求；填充量48wt%滿 足阻燃UL94-V0級別。
【主權項】
1. 一種核殼協效型硅鎂復合阻燃劑的制備方法，其特征在于，步驟如下： 步驟1 :將鎂系阻燃劑與溶劑按固液給定質量比混合攪拌制成漿料，攪拌速度為100~ 1200r/min，溫度為室溫，攪拌10~IOOmin ; 步驟2 :持續保持100~1200r/min攪拌速度，并加入一定量的硅源溶液，生成硅系阻 燃劑； 步驟3 :維持100~1200r/min攪拌速度，并加入硅源摩爾比為1~8的水，反應溫度 為室溫，保持連續反應6~12h ; 步驟4 :過濾并用水和工業乙醇交替洗滌濾餅，干燥后即得到核殼協效型硅鎂復合阻 燃劑； 所述的鎂系阻燃劑為水鎂石、氫氧化鎂、堿式碳酸鎂、堿式硫酸鎂中的一種或兩種以上 混合，粒度為1000~8000目； 所述的溶劑為水、Cl~C4醇中的一種或兩種以上混合； 所述的鎂系阻燃劑和溶劑的固液質量比為1:1~10 ; 硅源選擇硅酸鈉、3-(甲基丙烯酰氧）丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三甲氧基硅烷， 聚乙二醇三甲氧基硅丙基醚、氨丙基甲基二乙氧基硅烷、正硅酸乙酯、正硅酸丙酯、硅酸三 甲酯中的一種或兩種以上混合，含硅溶液的質量濃度為1.0%~25%;鎂系阻燃劑與硅系阻 燃劑之間的物質的量比為100:3~40。
【專利摘要】本發明屬于無機功能材料技術領域，提供了一種核殼協效型硅鎂復合阻燃劑的制備方法。在1000～8000目鎂系阻燃劑表面沉積包覆特定納米結構的二氧化硅，得到高比表面積、結構和性能穩定的核殼結構高效復合阻燃劑。本發明流程簡單、操作方便、成本較低、工藝條件易控制，復合阻燃劑顆粒尺寸可調控、阻燃劑粒子表面納米結構可控，在較低填充量時就能顯著提升聚合物復合材料的力學性能和阻燃性能。填充量小于60wt％應用于EVA時拉伸強度均大于10.00MPa，斷裂伸長率均大于150％均符合國家對于電纜護套材料的要求；填充量50wt％滿足阻燃UL94-V0級別，同時能使得EVA復合材料熱釋放速率極大的下降。
【IPC分類】C08L23/08, C08K3/22, C08K9/10, C08K3/26
【公開號】CN105037804
【申請號】CN201510378176
【發明人】龐洪昌, 寧桂玲, 王雪松, 林 源
【申請人】大連理工大學
【公開日】2015年11月11日
【申請日】2015年6月30日