一体化亚微米球膨胀型阻燃剂及其制备方法、应用技术

本发明专利技术公开了一种一体化亚微米球膨胀型阻燃剂及其制备方法、应用，通过两步法合成环糊精磷酸酯三聚氰胺盐，首先通过酯化反应将环糊精与磷酸合成为环糊精磷酸酯，然后利用成盐反应将环糊精磷酸酯与三聚氰胺进行反应，制备出环糊精磷酸酯三聚氰胺盐；采用环氧树脂和环糊精磷酸酯三聚氰胺盐共混的方法制备阻燃环氧树脂。本发明专利技术将“酸源、碳源、气源”三个部分通过化学反应集成到一起的新型阻燃剂，有利于提升阻燃效率，发挥环糊精、磷酸、三聚氰胺的一体化阻燃作用，同时，亚微米球结构的膨胀型阻燃剂可以极大地提升阻燃和抑烟作用。剂可以极大地提升阻燃和抑烟作用。剂可以极大地提升阻燃和抑烟作用。

【技术实现步骤摘要】
一体化亚微米球膨胀型阻燃剂及其制备方法、应用


[0001]本专利技术涉及环保型膨胀型阻燃剂
，具体涉及一体化亚微米球膨胀型阻燃剂及其制备方法、应用。

技术介绍

[0002]环氧树脂具有优良的耐腐蚀性、可塑性和介电性能，已经在家具、汽车、飞机、建筑等领域得到了广泛的应用，用于绝缘地板、汽车内饰、电路板封装等方面。但是，环氧树脂的极限氧指数仅为20％左右，属于一种易燃材料，在燃烧过程中产生了大量的热量和有毒烟气，具有很大的火灾危险性，很有必要对环氧树脂进行阻燃处理。用于阻燃环氧树脂的阻燃剂主要有卤素阻燃剂、磷系阻燃剂和无机阻燃剂，卤素阻燃剂的燃烧产物具有较强的毒性和腐蚀性，磷系阻燃剂会大大增加燃烧过程中的烟气释放量，无机阻燃剂，需要开发新型的环保高效阻燃剂。
[0003]膨胀型阻燃体系是一种环保型阻燃剂，它由酸源、炭源和气源等三个部分组成，阻燃剂在热分解过程中，酸源分解产生无机酸对炭源进行催化成炭，气源分解产生不燃气体对炭层进行充泡膨胀，产生高膨胀率的炭层来保护高聚物基体，防止高聚物基体继续热分解，表现出较好的阻燃作用。现有技术中也有阻燃高分子材料体系由热塑性聚醚酯弹性体、膨胀阻燃体系和阻燃协效剂组成，膨胀阻燃体系由酸源、气源和炭源组分混合而成，这种物理混合方式操作简单、使用方便，但造成了酸源、气源和炭源之间不能充分接触，即使在添加量较大的情况下，其阻燃效率的提升也会受到很大限制。因此，亟需一种能减少阻燃剂添加量、烟释放量的同时提高环氧树脂阻燃性能的新的阻燃剂及制备工艺方法。

技术实现思路

[0004]为解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供了一体化亚微米球膨胀型阻燃剂及其制备方法、应用，发挥环糊精、磷酸、三聚氰胺的一体化阻燃作用，解决了上述
技术介绍
中提到的现有的阻燃剂在提高环氧树脂阻燃性能的同时、烟释放量增加的问题，以及存在阻燃剂添加量多的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一体化亚微米球膨胀型阻燃剂，所述的膨胀型阻燃剂的平均粒径为0.1～1微米，所述一体化亚微米球膨胀型阻燃剂是环糊精磷酸酯三聚氰胺盐，其结构式为：
[0006][0007]结构中包含了磷酸、环糊精和三聚氰胺，分别作为酸源、碳源和气源。
[0008]优选的，所述的环糊精磷酸酯三聚氰胺盐是通过两步法合成的：首先通过酯化反
应将环糊精与磷酸合成为环糊精磷酸酯，然后利用成盐反应将环糊精磷酸酯与三聚氰胺进行反应，得到环糊精磷酸酯三聚氰胺盐。
[0009]此外，为了实现上述目的，本专利技术还提出了一体化亚微米球膨胀型阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：
[0010]S1、将环糊精加入到磷酸中搅拌，然后升温反应一段时间；
[0011]S2、待温度降至45℃～55℃时，加入三聚氰胺与无水乙醇的混合液，升温至一定温度并进行搅拌；
[0012]S3、反应结束后，用无水乙醇抽滤洗涤产品数次，将抽滤好的产物置于真空烘箱中干燥，得到灰色粉末。
[0013]优选的，所述步骤S1中，环糊精与磷酸的质量比为1:4～12。
[0014]优选的，所述磷酸的浓度为85％。
[0015]优选的，所述步骤S1中的搅拌，搅拌转速为350r/mi n；所述的升温反应一段时间具体是：升温至145℃～155℃反应1～2h。
[0016]优选的，所述步骤S2中，三聚氰胺与无水乙醇的质量比为1:1～4；所述的升温至一定温度并进行搅拌具体是：升温至75℃～81℃进行搅拌0.5～1h。
[0017]优选的，所述步骤S3中的真空烘箱中干燥具体是：在真空烘箱中90℃干燥6～12h。
[0018]此外，为了实现上述目的，本专利技术还提出了一体化亚微米球膨胀型阻燃剂的应用，所述一体化亚微米球膨胀型阻燃剂在阻燃环氧树脂复合材料中的应用。
[0019]优选的，所述阻燃环氧树脂复合材料中包括10wt％的环糊精磷酸酯三聚氰胺盐及90wt％的环氧树脂。
[0020]本专利技术的有益效果是：
[0021]1)本专利技术的一体化亚微米球膨胀型阻燃剂(PCDM)，其分子结构中包含了磷酸、环糊精、三聚氰胺等三个组分，分别作为酸源、碳源、气源，本专利技术将“酸源、碳源、气源”三个部分通过化学反应集成到一起的新型阻燃剂，有利于提升阻燃效率；
[0022]2)本专利技术的阻燃剂在燃烧过程中磷酸基团分解催化聚合物基体成炭，环糊精基团作为碳源能够分解产生更多的残炭，三聚氰胺作为气源能够促进炭层发泡膨胀，从而阻隔外部火焰和热量进一步分解基体；磷酸分解产生的磷氧自由基(PO
·
和PO2·
)能够在气相中捕获消除H
·
和OH
·
自由基，从而达到抑制火焰继续燃烧的作用；三聚氰胺分解产生的含氮惰性气体能够起到稀释气相中的自由基和可燃热解产物的作用，以上这些作用的协同发挥，可以大幅度提高聚合物材料的火安全性能；
[0023]3)本专利技术的膨胀型阻燃剂的平均粒径为0.1
‑
1微米，亚微米球结构的膨胀型阻燃剂可以极大地提升阻燃和抑烟作用。
附图说明
[0024]图1为本专利技术的10wt％PCDM/EP和EP用锥形量热仪测试后的残炭形貌图；
[0025]图2为本专利技术实施例1制备的PCDM及其前驱体的红外光谱(FTIR)图。
具体实施方式
[0026]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完
整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0027]请参阅图1
‑
图2，本专利技术通过两步法合成一体化亚微米球膨胀型阻燃剂环糊精磷酸酯三聚氰胺盐(PCDM)，其结构式为：
[0028][0029]其中，环糊精的结构式为：
[0030][0031]具体的两步法反应过程如下：首先通过酯化反应将环糊精与磷酸合成为环糊精磷酸酯，然后利用成盐反应将环糊精磷酸酯与三聚氰胺进行反应，制备出环糊精磷酸酯三聚氰胺盐；反应如下所示：
[0032][0033]具体为：首先以环糊精粉体和磷酸为原料，将二者搅拌混合均匀后，升温至恒温后使其发生酯化反应生成环糊精磷酸酯(深褐色)；然后，降低体系温度，添加三聚氰胺和无水乙醇的混合溶液，继续升温后发生成盐反应，将反应产物进行抽滤洗涤和真空干燥，制备出环糊精磷酸酯三聚氰胺盐灰色粉末。
[0034]实施例1
[0035]称取4g～6g环糊精与28.9g～42.5g磷酸(浓度为85％)搅拌均匀后，升温至145℃～155℃反应1h～2h。将体系温度降至45℃～55℃，加入33.5g～50.5g三聚氰胺与80g～120g无水乙醇的混合液，升温至75℃～81℃进行搅拌0.5h～1h。上述反应结束后，用无水乙
醇抽滤洗涤产品数次，将抽滤好的产物置于真空烘箱中90℃下本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一体化亚微米球膨胀型阻燃剂，其特征在于，所述的膨胀型阻燃剂的平均粒径为0.1～1微米，所述一体化亚微米球膨胀型阻燃剂是环糊精磷酸酯三聚氰胺盐，其结构式为：结构中包含了磷酸、环糊精和三聚氰胺，分别作为酸源、碳源和气源。2.根据权利要求1所述的一体化亚微米球膨胀型阻燃剂，其特征在于：所述的环糊精磷酸酯三聚氰胺盐是通过两步法合成的：首先通过酯化反应将环糊精与磷酸合成为环糊精磷酸酯，然后利用成盐反应将环糊精磷酸酯与三聚氰胺进行反应，得到环糊精磷酸酯三聚氰胺盐。3.一种根据权利要求1或2所述的一体化亚微米球膨胀型阻燃剂的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：S1、将环糊精加入到磷酸中搅拌，然后升温反应一段时间；S2、待温度降至45℃～55℃时，加入三聚氰胺与无水乙醇的混合液，升温至一定温度并进行搅拌；S3、反应结束后，用无水乙醇抽滤洗涤产品数次，将抽滤好的产物置于真空烘箱中干燥，得到灰色粉末。4.根据权利要求3所述的一体化亚微米球膨胀型阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中，环糊精与磷酸的质量比为1:4～12。5.根据权利要求3所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：智茂永，赵银龙，杨雄，樊榕，刘全义，陈现涛，
申请(专利权)人：中国民用航空飞行学院，
类型：发明
国别省市：