本发明专利技术公开了一种含氮硅溶胶协同磷阻燃环氧丙烯酸酯涂层的制备方法，以甲基丙烯酸缩水甘油酯、磷酸、KH‑570和KH‑550为原料制备含磷物质TGMAP和含氮硅溶胶，并与环氧丙烯酸酯配合，经过紫外光固化制备含P‑N‑Si的环氧丙烯酸酯涂层。通过红外光谱仪、极限氧指数仪和垂直燃烧仪等表征复合EA涂层的结构、热稳定及其阻燃性能，结果表明采用本发明专利技术方法制备的环氧丙烯酸酯涂层中，含氮硅溶胶不变，随着TGMAP的增加，残炭率及膨胀倍数明显增大，续燃时间明显变短，LOI值也明显增加，说明含N硅溶胶与TGMAP具有良好的协同阻燃作用。
【技术实现步骤摘要】
一种含氮硅溶胶协同磷阻燃环氧丙烯酸酯涂层的制备方法
本专利技术涉及阻燃材料
，具体涉及一种含氮硅溶胶协同磷阻燃环氧丙烯酸酯涂层的制备方法。
技术介绍
阻燃涂料可以应用于木材、塑料、电缆等比较容易燃烧的材质表面，不仅可以保留材质本身性能，还能给材质提供防火保护。阻燃涂料的阻燃机理一般分为以下几种：(1)吸热作用：物体燃烧时，着火点高的阻燃剂在燃烧过程会发生脱水、相变化或者是脱卤化氧等吸热分解反应，导致涂层表面的热量与火焰区的热量被吸收，因而热裂解反应速率降低，减少可燃性气体的产生。(2)覆盖作用：阻燃剂在燃烧时会在涂层表面产生稳定泡沫或者玻璃网状隔离层，相当于在凝聚相与火焰中间形成一片隔离层，隔离氧气的同时也阻挡了可燃气体溢出，抑制燃烧。(3)气体稀释作用：阻燃剂在燃烧过程中会发生吸热分解反应，会生成一些难燃气体，这些气体会稀释涂层燃烧处的可燃气，使其浓度变低，同时降低火焰中心氧气浓度，阻止涂层继续燃烧。(4)凝聚相阻燃作用：涂层燃烧时，阻燃物质的加入会使涂层发生一系列凝聚相反应，促进涂层成炭。残炭量增加，可燃气体的生成减少，达到阻燃作用。(5)抑制链反应：阻燃剂会将反应产生的自由基吸附在表面，自由基浓度因此降低，燃烧所发生的连锁反应也将受到抑制或者阻断，火焰的传播得到控制，火焰的温度也会下降，使得燃烧进行的速度降低一直到终止。(6)微粒的表面吸收效应：如果将一定数量的惰性粒子加到可燃气体中，惰性粒子会吸收能量，抑制燃烧反应，而且在粒子的表面上，将气相反应中生成的多能量氢自由基转化成少能量的氢过氧自由基，这样就抑制了气相燃烧。常用阻燃剂有卤系阻燃剂、磷系阻燃剂、氮系阻燃剂、硅系阻燃剂。卤系阻燃剂，虽然其阻燃效果显著、用量少、成本低，但是含卤阻燃剂在高温会产生大量有毒气体，不仅对环境造成破坏，也对人体安全造成威胁。磷系阻燃剂不会产生有毒气体，而且磷元素与氮元素、硅元素有良好的协同作用，通过复配的磷氮类及氮硅类阻燃EA具有低烟无毒的特点，但是添加型含磷阻燃剂通常需要添加量大(20％-40％)。氮系阻燃剂在高温中释放大量的不燃气体，如二氧化碳、氨气、一氧化氮、二氧化氮、氮气等，有着良好的膨胀阻燃效果，但是由于二氧化氮遇水容易形成硝酸，氨气遇水容易形成氨水，对一些不耐酸碱的材质有一定的影响。硅系阻燃剂在高温生成稳定的二氧化硅炭化层，有低燃速、低释热、低烟、无毒的特点，但是无机硅阻燃剂与基材的相容性较差。目前阻燃EA涂层只基于磷、氮、硅三系阻燃剂制备的，但是同时利用三种元素的阻燃剂还鲜有人研究。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种含氮硅溶胶协同磷阻燃环氧丙烯酸酯涂层的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种含氮硅溶胶协同磷阻燃环氧丙烯酸酯涂层的制备方法，包括以下步骤：1)含氮硅溶胶的制备将硅烷偶联剂KH-570、硅烷偶联剂KH-550以及蒸馏水加入烧杯中，置于磁力油浴锅中搅拌，所述硅烷偶联剂KH-570、硅烷偶联剂KH-550以及蒸馏水的摩尔比为0.13-0.17∶0..8-1.2∶0.1，然后缓慢滴加稀盐酸至溶液pH值为1～2，然后加热至45-55℃，反应2.5-3.5h，产物经干燥后得到无色透明粘稠溶液，即含氮硅溶胶；2)含磷物质TGMAP的制备将磷酸置于圆底烧瓶，置于冰水浴中搅拌，然后逐滴加入用丙酮溶解的浓度为2.8-3.2mol/L的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，再加入苯酚，所述磷酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯和苯酚的用量比为0.15mol∶0.28-0.32mol∶0.11-0.15g，然后将烧瓶转移到油浴锅中加热至75-85℃，反应7-9h，然后降温、减压蒸馏，得到无色产品TGMAP；3)复合阻燃EA涂层的制备将TGMAP、含氮硅溶胶、环氧丙烯酸酯混合均匀得到混合物，混合物中各组分质量百分比为：TGMAP10-50％、含氮硅溶胶20％、环氧丙烯酸酯30-70％，然后往混合物中加入光引发剂，得到混合树脂，将混合树脂均匀涂布在涂层载体上，光照固化，得到阻燃环氧丙烯酸酯涂层。步骤1)中，所述稀盐酸的浓度为0.8-1.2mol/L。步骤1)中，所述干燥是在28-35℃真空干燥箱内干燥2.5-3.5h。步骤1)中，所述硅烷偶联剂KH-570、硅烷偶联剂KH-550以及蒸馏水的摩尔比为0.15∶0.1∶0.1。步骤2)中，所述磷酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯和苯酚的用量比为0.15mol∶0.3mol∶0.13g，所述甲基丙烯酸缩水甘油酯的浓度为3mol/L。步骤2)中，降温至50-60℃后，减压蒸馏2.5-3.5。步骤3)中，所述混合物中各组分质量百分比为：TGMAP40-50％、含氮硅溶胶20％、环氧丙烯酸酯30-40％。优选的，所述混合物中各组分质量百分比为：TGMAP40％、含氮硅溶胶20％、环氧丙烯酸酯40％。步骤3)中，所述光引发剂的加入量为混合物总量的4％。步骤3)中，先将TGMAP和含氮硅溶胶用0.8-1.2KW的超声波超声分散20-40min，待完全分散后，再加入环氧丙烯酸酯，搅拌均匀得到混合物并超生波震荡30-40min，然后往混合物中加入1173光引发剂，搅拌均匀后再超声10-15min，得到混合树脂。本专利技术采用以上技术方案，以KH-550和KH-570为原料制备含N硅溶胶，同时用磷酸与甲基丙烯酸缩水甘油酯制备含磷阻燃物质TGMAP，再将TGMAP和含氮硅溶胶应用到环氧丙烯酸酯中，制备阻燃环氧丙烯酸酯涂层，通过红外光谱仪、极限氧指数仪和垂直燃烧仪等表征复合EA涂层的结构、热稳定及其阻燃性能，结果表明采用本专利技术方法制备的环氧丙烯酸酯涂层中，含氮硅溶胶不变，随着TGMAP的增加，残炭率及膨胀倍数明显增大，续燃时间明显变短，LOI值也明显增加，说明含N硅溶胶与TGMAP具有良好的协同阻燃作用。附图说明图1为含氮硅溶胶的红外光谱图；图2为TGMAP的红外光谱图；图3为含磷氮硅阻燃EA涂层煅烧前形貌；图4为含磷氮硅阻燃EA涂层500℃煅烧后形貌。具体实施方式一种含氮硅溶胶协同磷阻燃环氧丙烯酸酯涂层的制备方法，包括以下步骤：1)含氮硅溶胶的制备将硅烷偶联剂KH-570、硅烷偶联剂KH-550以及蒸馏水加入烧杯中，置于磁力油浴锅中搅拌，所述硅烷偶联剂KH-570、硅烷偶联剂KH-550以及蒸馏水的摩尔比为0.13-0.17∶0..8-1.2∶0.1(优选为0.15∶0.1∶0.1)，然后缓慢滴加浓度为0.8-1.2mol/L的稀盐酸，至溶液pH值为1～2，然后加热至45-55℃，反应2.5-3.5h，产物在28-35℃真空干燥箱内干燥2.5-3.5h，得到无色透明粘稠溶液，即含氮硅溶胶；反应式如下所示：式1含氮硅溶胶的合成反应式2)含磷物质TGMAP的制备将磷酸置于圆底烧瓶，置于冰水浴中搅拌，然后逐滴加入用丙酮溶解的浓度为2.8-3.2mol/L的甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)，再加入苯酚，所述磷酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯和苯酚的用量比为0.15mol∶0.28-0.32mol∶0.11-0.15g，然后将烧瓶转移到油浴锅中加热至75-85℃，反应7-9h，然后降温至50-60℃，减压蒸馏2.5-3.5h，得到无色产品TGMAP；反应式如下所示：式2TGMAP的合成反应式3)复合阻燃EA涂本文档来自技高网...
【技术保护点】
1. 一种含氮硅溶胶协同磷阻燃环氧丙烯酸酯涂层的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：1）含氮硅溶胶的制备将硅烷偶联剂KH‑570、硅烷偶联剂KH‑550以及蒸馏水加入容器中，置于磁力油浴锅中搅拌，所述硅烷偶联剂KH‑570、硅烷偶联剂KH‑550以及蒸馏水的摩尔比为0.13‑0.17∶0..8‑1.2∶0.1，然后滴加稀盐酸至溶液pH值为1~2，然后加热至45‑55℃，反应2.5‑3.5 h，产物经干燥后得到含氮硅溶胶；2）含磷物质TGMAP的制备将磷酸置于烧瓶中并置于冰水浴中搅拌，然后逐滴加入用丙酮溶解的浓度为2.8‑3.2mol/L的甲基丙烯酸缩水甘油酯，再加入苯酚，所述磷酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯和苯酚的用量比为0.15mol∶0.28‑0.32mol∶0.11‑0.15g，然后将烧瓶转移到油浴锅中加热至75‑85℃，反应7‑9h，然后降温、减压蒸馏，得到TGMAP；3）复合阻燃EA涂层的制备将TGMAP 、含氮硅溶胶、环氧丙烯酸酯混合均匀得到混合物，混合物中各组分质量百分比为：TGMAP 10‑50%、含氮硅溶胶20%、环氧丙烯酸酯30‑70%，然后往混合物中加入光引发剂，得到混合树脂，将混合树脂均匀涂布在涂层载体上，光照固化，得到阻燃环氧丙烯酸酯涂层。...
【技术特征摘要】
1.一种含氮硅溶胶协同磷阻燃环氧丙烯酸酯涂层的制备方法，其特征在于：其包括以下步骤：1）含氮硅溶胶的制备将硅烷偶联剂KH-570、硅烷偶联剂KH-550以及蒸馏水加入容器中，置于磁力油浴锅中搅拌，所述硅烷偶联剂KH-570、硅烷偶联剂KH-550以及蒸馏水的摩尔比为0.13-0.17∶0..8-1.2∶0.1，然后滴加稀盐酸至溶液pH值为1~2，然后加热至45-55℃，反应2.5-3.5h，产物经干燥后得到含氮硅溶胶；2）含磷物质TGMAP的制备将磷酸置于烧瓶中并置于冰水浴中搅拌，然后逐滴加入用丙酮溶解的浓度为2.8-3.2mol/L的甲基丙烯酸缩水甘油酯，再加入苯酚，所述磷酸、甲基丙烯酸缩水甘油酯和苯酚的用量比为0.15mol∶0.28-0.32mol∶0.11-0.15g，然后将烧瓶转移到油浴锅中加热至75-85℃，反应7-9h，然后降温、减压蒸馏，得到TGMAP；3）复合阻燃EA涂层的制备将TGMAP、含氮硅溶胶、环氧丙烯酸酯混合均匀得到混合物，混合物中各组分质量百分比为：TGMAP10-50%、含氮硅溶胶20%、环氧丙烯酸酯30-70%，然后往混合物中加入光引发剂，得到混合树脂，将混合树脂均匀涂布在涂层载体上，光照固化，得到阻燃环氧丙烯酸酯涂层。2.根据权利要求1所述的一种含氮硅溶胶协同磷阻燃环氧丙烯酸酯涂层的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述稀盐酸的浓度为0.8-1.2mol/L。3.根据权利要求1所述的一种含氮硅溶胶协同磷阻燃环氧丙烯酸酯涂层的制备方法，其特征在于：步骤1）中，所述干燥是在28-35℃真空干燥箱内干燥2.5-3.5h。4.根据权利要求1所述的一种含氮硅溶胶协...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑炳云，杨磊，
申请(专利权)人：莆田学院，
类型：发明
国别省市：福建,35
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。