一種阻燃固體潤滑材料的阻燃改性方法
【專利摘要】本發明涉及一種阻燃固體潤滑材料的阻燃改性方法，該方法是指一種通過三聚氰胺甲醛樹脂微膠囊化聚磷酸銨粉末并將其添加到固體潤滑材料中得到阻燃固體潤滑材料的方法，包括如下步驟：（1）采用三聚氰胺與甲醛溶液反應得到預聚體，再將預聚體分散到含有聚磷酸銨的乙醇溶液中，控制反應條件在聚磷酸銨表面形成一層三聚氰胺甲醛樹脂；（2）將干燥后的微膠囊聚磷酸銨與季戊四醇，固體潤滑材料進行熔融共混，得到固體混合物。（3）將固體混合物140-150℃的條件下熱壓成型。本發明工藝簡單，材料來源廣泛，所得的材料具有一定的阻燃特性,可以用于各種需要維護的機械潤滑。
【專利說明】一種阻燃固體潤滑材料的阻燃改性方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種阻燃固體潤滑材料的阻燃改性方法，屬于阻燃材料的【技術領域】。【背景技術】
[0002]固體潤滑材料可以用于高低溫、高真空、強輻射，以及粉塵、潮濕、海水等惡劣環境中；可以在不能使用潤滑油的環境條件下使用；重量輕、體積小、不像使用潤滑油那樣需要密封、儲存罐和供液系統；減輕了維護保養的工作量和費用。各種高分子材料如聚四氟乙烯、聚乙烯、尼龍、聚甲醛、聚苯硫醚等均可充當固體潤滑材料，這些高分子材料除了以粉末形式作為潤滑添加劑外，一般都作為基材添加其他固體潤滑助劑(如二硫化鑰、石墨、金屬粉末等)后制作成了高分子基復合潤滑材料。一般的高分子基材都是易燃的，在運輸、使用過程中存在安全隱患，使用范圍也被限制，且經過改性的新型阻燃高分子基固體潤滑材料很少報道。讓高分子材料具有阻燃能力通常方法是往其中加入阻燃添加劑。
[0003]近幾年，無鹵阻燃劑阻燃高分子引起了很大關注。隨全球環保呼聲的高漲，阻燃劑環保要求日漸提高，膨脹型阻燃劑屬于無鹵阻燃劑的一種，具有很好的應用前景。膨脹型阻燃劑組成通常包含有三種組分:酸源，碳源(或成炭劑)，氣源。作為酸源的物質通常為無機酸，例如聚磷酸銨(APP);成炭劑通常為多羥基化合物，例如季戊四醇(PER)，淀粉；氣源為在加熱條件下能產生氣體的物質，例如三聚氰胺(MEL)，尿素等等。但是大部分的膨脹型阻燃體系都存在潮解與阻燃基體相容性差等問題。例如，作為膨脹型阻燃體系的重要的組分APP容易吸水潮解，遷出基體，并且與有機物基體的相容性較差。尤其是作為固體潤滑材料的阻燃添加劑時，APP與固體潤滑材料較差的相容性勢必影響改性后固體潤滑材料的阻燃性能。為了解決APP應用在此存在的問題，提高其抗水性和與基體相容性，通常采用對APP進行表面改性，例如采用偶聯劑和 微膠囊化技術。三聚氰胺甲醛樹脂是廣泛使用的微膠囊囊壁材料。
【發明內容】
[0004]針對上述技術問題，本發明的目的是提供一種固體潤滑材料的阻燃改性方法，該方法工藝簡單。與聚磷酸銨相比，微膠囊聚磷酸銨作為阻燃填料可以顯著地提高該與材料的相容性，同時也能提高其阻燃性能。
[0005]為達到上述目的，本發明是通過以下技術方案實現的:
固體潤滑棒材料的阻燃改性方法，包括以下步驟:
(1)制備三聚氰胺甲醛預聚體:將三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩爾比1:3加入到500ml三口燒瓶中，使用10%Na2C03溶液調節混合物PH=8_10，水浴加熱到80°C并保溫lh，反應過程始終攪拌，最終制得三聚氰胺甲醛預聚體，即在聚磷酸銨表面形成一層三聚氰胺甲醛樹脂；
(2)制備微膠囊聚磷酸銨:將60g聚磷酸銨分散到150ml乙醇中，分散結束后的溶液加入到三口燒瓶中，同時加入步驟(1)中制得的三聚氰胺甲醛預聚體溶液，稀硫酸調節混合物的PH=4-5，水浴加熱混合物溫度到70°C，保溫2h，反應過程始終攪拌；反應完全后樣品冷卻到室溫，過濾，用蒸餾水洗滌，105°C干燥后，得到微膠囊聚磷酸銨粉末；
(3)制備阻燃固體潤滑材料
a、選取季戊四醇、固體潤滑材料和步驟(2)中制得的微膠囊聚磷酸銨，將原料混合，得到共混物；其中，各組分所占質量百分數為:微膠囊聚磷酸銨15~25%，固體潤滑材料65~75%和季戊四醇5~10% ;所述的固體潤滑材料包括聚醋酸乙烯酯、潤滑油脂、石墨、松香和硬脂酸；
b、將步驟a中制得的共混物在熔融狀態下進行混合，得固體混合物；熔融的工藝條件為:溫度140~150°C，轉速為70~90rpm，時間為10~30min ；
C、將步驟b中制得的熔融混合物進行壓力復合成型，溫度為140~150°C，壓力為I~2MPa，時間為3~5min，冷卻后即得到阻燃固體潤滑材料。
[0006]所述步驟(2)中微膠囊聚磷酸銨的溶解度為0.0866g/100ml。
[0007]本發明的有益效果如下:
未經包覆的聚磷酸銨是一種無機物質，與有機組分較多的固體潤滑材料天然相容性差，加上聚磷酸銨粉末本身容易吸水顆粒之間極易團聚在一起，在與固體潤滑材料混合過程中不容易分散，得到的阻燃固體潤滑材料橫斷面可以觀察到聚磷酸銨團聚現象產生的白色斑點；在本發明中，經過包覆的聚磷酸銨表面被一層有機的剛性外殼包覆，導致顆粒之間不易吸潮團聚，在與固體潤滑材料混合后得到的阻燃材料內部無明顯的聚磷酸銨團聚現象；微膠囊聚磷酸銨 在固體潤滑材料中分散度的提高，一定程度上也提高了體系的阻燃性能；因此本發明采用三聚氰胺與甲醛包覆聚磷酸銨制得微膠囊聚磷酸銨，再將微膠囊聚磷酸銨與固體潤滑材料混合后熱壓復合成型的工藝，具有環保、工藝簡單、快捷、高效的特點。
[0008]本發明獲得的固體潤滑材料的阻燃加工方法簡單，其采用的聚磷酸銨與季戊四醇都為環境友好型阻燃劑，在使用過程中不會對環境造成污染。本發明工藝簡單，材料來源廣泛，所得的材料具有一定的阻燃特性，可以用于機車輪緣間的機械潤滑。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0009]圖1為微膠囊聚磷酸銨的透射電鏡圖；
圖2為原產品固體潤滑材料、聚磷酸銨改性產品和實施例1中制得的產品橫截面放大對比圖；
圖3為實施例2中制得的產品橫截面放大圖；
圖4為實施例3中制得的產品橫截面放大圖；
圖5為實施例4中制得的產品橫截面放大圖；
圖6為實施例5中制得的產品橫截面放大圖；
圖7為實施例6中制得的產品橫截面放大圖；
圖8為實施例7中制得的產品橫截面放大圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合具體實施例對本發明作進一步的說明，但本發明的保護范圍并不限于此。[0011]實施例1
本發明阻燃固體潤材料的阻燃改性方法，包括如下步驟:
(1)制備三聚氰胺甲醛預聚體:三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩爾比1:3加入到500ml三口燒瓶中，使用10%Na2C03溶液調節混合物PH=8，水浴加熱到80°C并保溫lh，反應過程始終攪拌，最終制得三聚氰胺甲醛預聚體，即在聚磷酸銨表面形成一層三聚氰胺甲醛樹脂；
(2)制備微膠囊聚磷酸銨:將60g聚磷酸銨分散到150ml乙醇中，分散結束后的溶液加入到三口燒瓶中，同時加入步驟(1)中制得的三聚氰胺甲醛預聚體溶液，稀硫酸調節混合物的PH=4，水浴加熱混合物溫度到70°C，保溫2h，反應過程始終攪拌；反應完全后樣品冷卻到室溫，過濾，用蒸餾水洗滌，105°C干燥后，得到微膠囊聚磷酸銨粉末，微膠囊聚磷酸銨的溶解度為 0.0866g/100ml ；
(3)制備阻燃固體潤滑材料:
a、按各組分所占質量百分數選取季戊四醇7.5% (國藥集團化學試劑有限公司，以下實施例相同)、固體潤滑材料70%(固體潤滑材料包括聚醋酸乙烯酯、潤滑油脂、石墨、松香和硬脂酸，實驗室自制，以下實施例相同)和步驟(2)中制得的微膠囊聚磷酸銨22.5%,將原料混合，得到共混物；
b、將步驟a中制得的共混物在熔融狀態下進行混合，熔融的工藝條件為:溫度140°C，轉速為85rpm，時間為15min，得固體混合物；
C、將步驟b中制得的固體混合物進行壓力復合成型，溫度為140°C，壓力為1.5MPa，時間為3min，冷卻后即得到阻燃固體潤滑材料。
[0012]本實施例1中所得到的阻燃固體潤滑材料產品，根據GB\T2046.2-2009,當試樣尺寸4 mmX 10 mmX 150mm時，其所得氧指數為29%。
[0013]實施例2
本發明阻燃固體潤滑材料的阻燃改性方法，包括如下步驟:
(1)制備三聚氰胺甲醛預聚體:將三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩爾比1:3加入到500ml三口燒瓶中，使用10%Na2C03溶液調節混合物PH=9，水浴加熱到80°C并保溫lh，反應過程始終攪拌，最終制得三聚氰胺甲醛預聚體，即在聚磷酸銨表面形成一層三聚氰胺甲醛樹脂；
(2)制備微膠囊聚磷酸銨:將60g聚磷酸銨分散到150ml乙醇中，分散結束后的溶液加入到三口燒瓶中，同時加入步驟(1)中制得的三聚氰胺甲醛預聚體溶液，稀硫酸調節混合物的PH=4.5，水浴加熱混合物溫度到70°C，保溫2h，反應過程始終攪拌；反應完全后樣品冷卻到室溫，過濾，用蒸餾水洗滌，105°C干燥后，得到微膠囊聚磷酸銨粉末，微膠囊聚磷酸銨的溶解度為 0.0850g/100ml ；
(3)制備阻燃固體潤滑材料:
a、按各組分所占質量百分數選取季戊四醇10%、固體潤滑材料70%(固體潤滑材料包括聚醋酸乙烯酯、潤滑油脂、石墨、松香和硬脂酸，實驗室自制，以下實施例相同)和步驟(2)中制得的微膠囊聚磷酸銨20%，將原料混合，得到共混物；
b、將步驟a中制得的共混物在熔融狀態下進行混合，熔融的工藝條件為:溫度145°C，轉速為75rpm，時間為20min，得固體混合物；C、將步驟b中制得的固體混合物進行壓力復合成型，溫度為145°C，壓力為2MPa，時間為5min，冷卻后即得到阻燃固體潤滑材料。
[0014]本實施例2中所得到的阻燃固體潤滑材料產品，根據GB\T2046.2-2009,當試樣尺寸4 mmX 10 mmX 1 50mm時，其所得氧指數為28.3%。
[0015]實施例3
本發明阻燃固體潤滑材料的阻燃改性方法，包括如下步驟:
(1)制備三聚氰胺甲醛預聚體:將三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩爾比1:3加入到500ml三口燒瓶中，使用10%Na2C03溶液調節混合物PH=IO,水浴加熱到80°C并保溫lh，反應過程始終攪拌，最終制得三聚氰胺甲醛預聚體，即在聚磷酸銨表面形成一層三聚氰胺甲醛樹脂；
(2)制備微膠囊聚磷酸銨:將60g聚磷酸銨分散到150ml乙醇中，分散結束后的溶液加入到三口燒瓶中，同時加入步驟(1)中制得的三聚氰胺甲醛預聚體溶液，稀硫酸調節混合物的PH=5，水浴加熱混合物溫度到70°C，保溫2h，反應過程始終攪拌；反應完全后樣品冷卻到室溫，過濾，用蒸餾水洗滌，105°C干燥后，得到微膠囊聚磷酸銨粉末，微膠囊聚磷酸銨的溶解度為 0.0845g/100ml ；
(3)制備阻燃固體潤滑材料:
a、按各組分所占質量百分數選取季戊四醇12%、固體潤滑材料70%(固體潤滑材料包括聚醋酸乙烯酯、潤滑油脂、石墨、松香和硬脂酸，實驗室自制，以下實施例相同)和步驟(2)中制得的微膠囊聚磷酸銨18%，將原料混合，得到共混物；
b、將步驟a中制得的共混物在熔融狀態下進行混合，熔融的工藝條件為:溫度150°C，轉速為90rpm，時間為30min，得固體混合物；
C、將步驟b中制得的固體混合物進行壓力復合成型，溫度為150°C，壓力為1.5MPa，時間為5min，冷卻后即得到阻燃固體潤滑材料。
[0016]本實施例3中所得到的阻燃固體潤滑材料產品，根據GB\T2046.2-2009,當試樣尺寸4mm X 10mmX 1 50mm時，其所得氧指數為28.4。
[0017]實施例4
本發明阻燃固體潤滑材料的阻燃改性方法，包括如下步驟:
(1)制備三聚氰胺甲醛預聚體:將三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩爾比1:3加入到500ml三口燒瓶中，使用10%Na2C03溶液調節混合物PH=8.5，水浴加熱到80°C并保溫lh，反應過程始終攪拌，最終制得三聚氰胺甲醛預聚體，即在聚磷酸銨表面形成一層三聚氰胺甲醛樹脂；
(2)制備微膠囊聚磷酸銨:將60g聚磷酸銨分散到150ml乙醇中，分散結束后的溶液加入到三口燒瓶中，同時加入步驟(1)中制得的三聚氰胺甲醛預聚體溶液，稀硫酸調節混合物的PH=4.2，水浴加熱混合物溫度到70°C，保溫2h，反應過程始終攪拌；反應完全后樣品冷卻到室溫，過濾，用蒸餾水洗滌，105°C干燥后，得到微膠囊聚磷酸銨粉末，微膠囊聚磷酸銨的溶解度為 0.0830g/100ml ；
(3)制備阻燃固體潤滑材料:
a、按各組分所占 質量百分數選取季戊四醇15%、固體潤滑材料67% (固體潤滑材料包括聚醋酸乙烯酯、潤滑油脂、石墨、松香和硬脂酸，實驗室自制，以下實施例相同)和步驟(2)中制得的微膠囊聚磷酸銨18%，將原料混合，得到共混物；
b、將步驟a中制得的共混物在熔融狀態下進行混合，熔融的工藝條件為:溫度148°C，轉速為85rpm，時間為15min，得固體混合物；
C、將步驟b中制得的熔融混合物進行壓力復合成型，溫度為148°C，壓力為2MPa，時間為5min，冷卻后即得到阻燃固體潤滑材料。
[0018]本實施例4中所得到的阻燃固體潤滑材料產品，根據GB\T2046.2-2009,當試樣尺寸4mm X 10 mm X 1 50mm時，其所得氧指數為29%。
[0019]實施例5
本發明阻燃固體潤滑材料的阻燃改性方法，包括如下步驟:
(1)制備三聚氰胺甲 醛預聚體:將三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩爾比1:3加入到500ml三口燒瓶中，使用10%Na2C03溶液調節混合物PH=9.5，水浴加熱到80°C并保溫lh，反應過程始終攪拌，最終制得三聚氰胺甲醛預聚體，即在聚磷酸銨表面形成一層三聚氰胺甲醛樹脂；
(2)制備微膠囊聚磷酸銨:將60g聚磷酸銨分散到150ml乙醇中，分散結束后的溶液加入到三口燒瓶中，同時加入步驟(1)中制得的三聚氰胺甲醛預聚體溶液，稀硫酸調節混合物的PH=4.8，水浴加熱混合物溫度到70°C，保溫2h，反應過程始終攪拌；反應完全后樣品冷卻到室溫，過濾，用蒸餾水洗滌，105°C干燥后，得到微膠囊聚磷酸銨粉末，微膠囊聚磷酸銨的溶解度為 0.0836g/100ml ；
(3)制備阻燃固體潤滑材料:
a、按各組分所占質量百分數選取季戊四醇15%、固體潤滑材料75%(固體潤滑材料包括聚醋酸乙烯酯、潤滑油脂、石墨、松香和硬脂酸，實驗室自制，以下實施例相同)和步驟(2)中制得的微膠囊聚磷酸銨10%，將原料混合，得到共混物；
b、將步驟a中制得的共混物在熔融狀態下進行混合，熔融的工藝條件為:溫度142°C，轉速為70rpm,時間為IOmin,得固體混合物；
C、將步驟b中制得的固體混合物進行壓力復合成型，溫度為142°C，壓力為IMPa，時間為4min，冷卻后即得到阻燃固體潤滑材料。
[0020]本實施例5中所得到的阻燃固體潤滑材料產品，根據GB\T2046.2-2009,當試樣尺寸4mmX 10 mmX 150mm時，其所得氧指數為28.5%。
[0021]實施例6
本發明阻燃固體潤滑材料的阻燃改性方法，包括如下步驟:
(1)制備三聚氰胺甲醛預聚體:將三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩爾比1:3加入到500ml三口燒瓶中，使用10%Na2C03溶液調節混合物PH=8.2，水浴加熱到80°C并保溫lh，反應過程始終攪拌，最終制得三聚氰胺甲醛預聚體，即在聚磷酸銨表面形成一層三聚氰胺甲醛樹脂；
(2)制備微膠囊聚磷酸銨:將60g聚磷酸銨分散到150ml乙醇中，分散結束后的溶液加入到三口燒瓶中，同時加入步驟(1)中制得的三聚氰胺甲醛預聚體溶液，稀硫酸調節混合物的PH=4.5，水浴加熱混合物溫度到70°C，保溫2h，反應過程始終攪拌；反應完全后樣品冷卻到室溫，過濾，用蒸餾水洗滌，105°C干燥后，得到微膠囊聚磷酸銨粉末，微膠囊聚磷酸銨的溶解度為 0.0870g/100ml ；(3)制備阻燃固體潤滑材料:
a、按各組分所占質量百分數選取季戊四醇5%、固體潤滑材料70%(固體潤滑材料包括聚醋酸乙烯酯、潤滑油脂、石墨、松香和硬脂酸，實驗室自制，以下實施例相同)和步驟(2)中制得的微膠囊聚磷酸銨25%，將原料混合，得到共混物；
b、將步驟a中制得的共混物在熔融狀態下進行混合，熔融的工藝條件為:溫度146°C，轉速為73rpm，時間為25min，得固體混合物；
C、將步驟b中制得的固體混合物進行壓力復合成型，溫度為143°C，壓力為1.2MPa，時間為3.5min，冷卻后即得到阻燃固體潤滑材料。
[0022]本實施例6中所得到的阻燃固體潤滑材料產品，根據GB\T2046.2-2009,當試樣尺寸4mm X 10 mm X 1 50mm時，其所得氧指數為28%。
[0023]實施例7
本發明阻燃固體潤滑材料的阻燃改性方法，包括如下步驟:
(1)制備三聚氰胺甲醛預聚體:將三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩爾比1:3加入到500ml三口燒瓶中，使用10%Na2C03溶液調節混合物PH=9.7，水浴加熱到80°C并保溫lh，反應過程始終攪拌，最終制得三聚氰胺甲醛預聚體，即在聚磷酸銨表面形成一層三聚氰胺甲醛樹脂；
(2)制備微膠囊聚磷酸銨 :將60g聚磷酸銨分散到150ml乙醇中，分散結束后的溶液加入到三口燒瓶中，同時加入步驟(1)中制得的三聚氰胺甲醛預聚體溶液，稀硫酸調節混合物的PH=5，水浴加熱混合物溫度到70°C，保溫2h，反應過程始終攪拌；反應完全后樣品冷卻到室溫，過濾，用蒸餾水洗滌，105°C干燥后，得到微膠囊聚磷酸銨粉末，微膠囊聚磷酸銨的溶解度為 0.0845g/100ml ；
(3)制備阻燃固體潤滑材料:
a、按各組分所占質量百分數選取季戊四醇15%、固體潤滑材料65%(固體潤滑材料包括聚醋酸乙烯酯、潤滑油脂、石墨、松香和硬脂酸，實驗室自制，以下實施例相同)和步驟(2)中制得的微膠囊聚磷酸銨20%，將原料混合，得到共混物；
b、將步驟a中制得的共混物在熔融狀態下進行混合，熔融的工藝條件為:溫度150°C，轉速為90rpm，時間為25min，得固體混合物；
C、將步驟b中制得的固體混合物進行壓力復合成型，溫度為150°C，壓力為2MPa，時間為5min，冷卻后即得到阻燃固體潤滑材料。
[0024]本實施例7中所得到的阻燃固體潤滑材料產品，根據GB\T2046.2-2009,當試樣尺寸4mm X 10 mm X 1 50mm時，其所得氧指數為28.6%。
[0025]本發明所列舉的各原料都能實現本發明，各原料的上下限取值以及其區間值都能實現本發明，本發明工藝參數(如溫度、時間等)的上下限取值以及其區間值都能實現本發明，在此不列舉實施例。
[0026]上述實施例僅用于解釋說明本發明的發明構思，而非對本發明權利保護的限定，凡利用此構思對本發明進行非實質性的改動，均應落入本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種阻燃固體潤滑材料的阻燃改性方法，其特征在于包括以下步驟:(1)制備三聚氰胺甲醛預聚體:將三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩爾比1:3加入到500ml三口燒瓶中，使用10%Na2C03溶液調節混合物PH=8-10，水浴加熱到80°C并保溫lh，反應過程始終攪拌，最終制得三聚氰胺甲醛預聚體，即在聚磷酸銨表面形成一層三聚氰胺甲醛樹脂； (2)制備微膠囊聚磷酸銨:將60g聚磷酸銨分散到150ml乙醇中，分散結束后的溶液加入到三口燒瓶中，同時加入步驟(1)中制得的三聚氰胺甲醛預聚體溶液，稀硫酸調節混合物的PH=4-5，水浴加熱混合物溫度到70°C，保溫2h，反應過程始終攪拌；反應完全后樣品冷卻到室溫，過濾，用蒸餾水洗滌，105°C干燥后，得到微膠囊聚磷酸銨粉末； (3)制備阻燃固體潤滑材料: a、選取季戊四醇、固體潤滑材料和步驟(2)中制得的微膠囊聚磷酸銨，將原料混合，得到共混物；其中，各組分所占質量百分數為:微膠囊聚磷酸銨15~25%，固體潤滑材料65~75%和季戊四醇5~15% ;所述的固體潤滑材料包括聚醋酸乙烯酯、潤滑油脂、石墨、松香和硬脂酸； b、將步驟a中制得的共混物在熔融狀態下進行混合，得固體混合物；熔融的工藝條件為:溫度140~150°C，轉速為70~96rpm，時間為10~30min ； C、將步驟b中制得的固體混合物進行壓力復合成型，溫度為140~150°C，壓力為I~2MPa，時間為3~5min，冷卻后即得到阻燃固體潤滑材料。
2.如權利要求1所述阻燃固體潤滑材料的阻燃改性方法，其特征在于:所述步驟(2)中微膠囊聚磷酸銨的溶解 度為0.0866g/100ml。
【文檔編號】C10M125/24GK103965989SQ201410186154
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月6日 優先權日:2014年5月6日
【發明者】黃坤, 黃樟華 申請人:浙江寶晟鐵路新材料科技有限公司