阻燃热固性树脂及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种将阻燃ＳＡＰ颗粒混合到合成树脂中，尤其是可固化的热固性树脂中的方法和由该方法得到的制品。ＳＡＰ颗粒最优选用阻燃剂水溶液水合。关于这一点，阻燃剂溶液可基本上单独由水或由含有一种或多种水溶性无机阻燃剂的水溶液组成。当ＳＡＰ颗粒用无机阻燃剂水溶液进行水合时，可以随后干燥ＳＡＰ颗粒以基本上除去水份。通过这种方式，无机阻燃剂将作为干燥的残余物以物理方式保留在ＳＡＰ颗粒内。这样，ＳＡＰ颗粒充当均匀地分散有无机阻燃剂的物理基质。然后ＳＡＰ颗粒可以直接与合成树脂混合，或者备选地，将ＳＡＰ颗粒粉碎为含有无机阻燃剂水溶液的干燥残余物的更细的颗粒，然后与合适的合成树脂混合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般地涉及阻燃材料及其制备方法。在特别优选的实施方案中，本专利技术涉及使用阻燃高吸水性聚合物(SAP)的阻燃材料及其制备方法。
技术介绍
纤维玻璃增强塑料(FRP)复合物越来越多地用在各种最终用途中。例如，FRP复合物越来越多地在船只(特别是军用船只)中用作承重结构，例如用作轻质基座、甲板室和桅杆等1。FRP复合物的工业用途包括管道、阀门、离心泵、热交换器以及栅格、屏蔽物和通风管道。很多方面的市场需求促使了这些附加用途的出现，以便例如减少维护、降低重量、增加隐蔽性(特别是对于军舰)和降低成本。但是，FRP复合物必须具有充分的阻燃性，使得该复合物不是自燃源，也不会使火势迅速蔓延。一般将阻燃剂混合在FRP复合物中来得到所需的阻燃性。阻燃剂通过化学和/或物理机理，通过气相或凝聚相发挥作用，从而阻碍燃烧。一些普通类型的阻燃剂和作用机理包括2填料——起稀释聚合物和降低分解气体浓度的作用；水合填料——在燃烧表面释放不可燃气体，或在分解时吸热，从而冷却高温区；卤素、磷和锑——通过自由基机理在气相中阻断放热过程和抑制燃烧；磷——也可以在凝聚相中发挥作用，促进充当阻挡层的焦炭的形成，从而抑制气态产物扩散到火焰，并将聚合物与热和空气隔离；膨胀性材料——该材料与火焰或热接触时，膨胀形成多孔泡沫物质，这种物质充当热、空气和高温分解产物的阻挡层。在FRP复合材料中，填料和卤代树脂是用来获得阻燃性的最常用的手段。例如三水合氧化铝等填料在受热时释放出水。但是，必须加入大量的这些填料，这对机械性能有负面影响。卤代树脂具有明显的缺点，特别是燃烧时形成的卤化氢的毒性3。卤代树脂燃烧时释放的有毒烟气在飞机机身或船舱的封闭空间中是致命的。阻燃剂可以作为添加剂或活性材料混合到聚合物材料中。添加剂型阻燃剂通过与聚合物材料混合而被广泛地使用。在FRP树脂中，阻燃添加剂在纤维浸渍之前添加到树脂中。添加剂所带来的问题包括兼容性差、出现浸析和机械性能降低。活性阻燃剂通过阻燃剂与聚合物的共聚，从而试图克服添加剂所带来的问题。为此而设计的阻燃剂共聚后不发生浸析，或不会降低机械性能。在此情况下，大部分共聚的阻燃剂是基于存在前述毒性问题的卤代单体。近年来，在Sheu等的美国专利第6290887号(在此以参考的方式明确地引入它的全部内容)中，将预负载有水份的高吸水性聚合物(SAP)颗粒混合到热塑性聚合物(例如聚乙烯)中，以得到可以挤压成所需形状(例如通讯电缆的外护层)的富含SAP的塑料材料。因此理想的是，可以将阻燃SAP混合到可固化的热固性树脂中，而不会对树脂的固化过程造成不利影响。特别理想的是，在固化过程中该阻燃SAP可以与可固化的热固性树脂反应，从而在固化后SAP化学地键合(连接)到所得到的固化热固性树脂的聚合物链上。通过这种方式，可以为由这类热固性树脂形成的FRP复合物赋予更好的阻燃性能以及其它机械/物理性能(例如耐冲击性)。本专利技术旨在实现这些需求。
技术实现思路
广泛地讲，本专利技术涉及将阻燃SAP颗粒混合到合成树脂，尤其是可固化的热固性树脂中的产品及其方法。SAP颗粒最优选用阻燃剂水溶液进行水合。关于这一点，阻燃剂溶液基本上单独由水或由含有一种或多种水溶性无机阻燃剂的水溶液组成。当SAP颗粒用无机阻燃剂水溶液进行水合时，可以随后干燥SAP颗粒以基本上除去水份。通过这种方式，无机阻燃剂可以作为以物理方式夹带在SAP颗粒内的干燥残余物而保留下来。因此，SAP颗粒充当均匀地分散有无机阻燃剂的物理基质。然后SAP颗粒可以直接与合成树脂混合，或者作为备选方法，可将其粉碎为含有无机阻燃剂水溶液的干燥残余物的更细的颗粒，然后与合适的合成树脂混合。已经发现，当阻燃SAP颗粒混合到可固化的热固性树脂中并固化时，它不会影响热固性树脂的固化过程。也可以将SAP颗粒改性，从而使其包含一种或多种活性侧基，这些活性基团用来在固化过程中与热固性树脂反应，以便化学键合(连接)到该热固性树脂上。通过认真地考察本专利技术的示例性优选实施方案的下列详细描述，将会更清楚地看出上述方面和其它方面以及各种优点。具体实施例方式高吸水性聚合物(SAP)本身是众所周知的，这类聚合物可吸收其自身重量许多倍的水。实际上在本专利技术的实施中可以使用任何SAP。例如，可以使用美国专利第5461085、5525703、5612384和/或5669894(在此以参考的方式明确地引入其全部内容)中公开的SAP。市场上可以得到各种化学形式的SAP，包括取代和未取代的天然和合成聚合物，例如淀粉丙烯腈接枝聚合物的水解产物、羧甲基纤维素、交联的聚丙烯酸酯、磺化的聚苯乙烯、水解的聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯腈等。成品SAP一般为颗粒形式。这里使用的“SAP颗粒”等术语是指粒状、纤维、薄片、球状、粉末、片状和/或其它固体形状以及SAP领域的技术人员所知道的形式。在本专利技术的实施中可以使用具有低于约100微米(例如在约0.20微米至约50微米之间，更优选在约0.50微米至约10微米之间)至最高约500微米(例如在约100至约500微米之间)的标称粒度的SAP颗粒。这里使用的术语“标称粒度”是指能通过标称目数的筛子的颗粒尺寸。SAP颗粒可以碾碎到更细的颗粒形式以得到所需的标称粒度。例如，可以首先将含有水溶性无机阻燃剂残余物的干燥的SAP颗粒碾碎到约300微米或300微米以下的标称粒度，然后以阻燃有效量与热固性树脂混合。在本专利技术的实施中使用的SAP颗粒最优选为水合形式。术语“水合的SAP颗粒”是指SAP颗粒处于水合状态，其中SAP颗粒吸收了其自身重量的至少5％的水，通常吸收了其重量的数倍的水。相反地，术语“干燥的SAP颗粒”是指事先被水合，但是随后被干燥到吸水量为其自身重量的5％以下，一般在3％以下的SAP颗粒。SAP颗粒可以用含有一种或多种无机阻燃剂的水溶液进行水合。最优选地，所述无机阻燃剂是水溶性的，从而它们可以溶解在水中形成随后可以被SAP颗粒吸收的无机阻燃剂水溶液。一旦吸水后，将SAP颗粒干燥以除去水，从而使无机阻燃剂作为无机阻燃剂水溶液的干燥残余物以物理方式留在SAP颗粒内。术语“干燥的残余物”是指蒸发 或除去水后，以物理方式留下的溶质(例如无机阻燃剂)。术语“水溶性”是指每100毫升水溶解至少约1g溶质，更优选每100毫升水溶解至少约10g溶质。在本专利技术的实施中可以使用的水溶性无机阻燃剂的具体例子包括原硼酸和四硼酸、四硼酸钠及其水合物、偏硼酸钠及其水合物、硼酸锌、磷酸及其钠盐衍生物、亚磷酸及其钠盐衍生物、正磷酸铵、连二磷酸铵、磷酸氢二铵、磷酸二氢铵、次磷酸铵、正磷酸二氢铵、氨基磺酸铵、溴化铵、硫酸铵和钨酸钠。最优选地，基于阻燃SAP颗粒的总重量，SAP颗粒中的无机阻燃剂的量在约1重量％至约500重量％之间，更优选约25重量％至约200重量％之间。可以将SAP改性，使其包含一种或多种活性侧基，这类基团在固化过程中充当与可固化的热固性树脂反应的位点，并可化学键合(连接)到该树脂上。改性SAP的活性侧基实际上是能与存在于热固性树脂中的官能团反应的任何基团。根据本专利技术，提供给改性SAP的活性基团的例子包括例如，丙烯酸、甲基丙烯酸、苯乙烯基、环氧乙烷、异氰酸酯、芳香醇、硫醇、羧酸、羟基、胺基等基团。热本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种阻燃高吸水性聚合物颗粒，该颗粒包含高吸水性聚合物颗粒和无机阻燃剂水溶液的干燥残余物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁E罗杰，帕斯卡尔德沙特莱，贾尼斯P史蒂文森，
申请(专利权)人：月神创新公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]