含氮硅硼無鹵阻燃劑與DOPO協(xié)效阻燃PP/EVA復(fù)合材料的制備方法技術(shù)

含氮硅硼無鹵阻燃劑與DOPO協(xié)效阻燃PP/EVA復(fù)合材料的制備方法。本發(fā)明專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：含氮、硅、硼無鹵阻燃劑NSiB的制備方法，將硅烷偶聯(lián)劑KH?792加入到乙醇溶液中進(jìn)行水解反應(yīng)，反應(yīng)20?30min后加入硼酸，氮氣保護(hù)下反應(yīng)2?3h，干燥、分離得到NSiB。本發(fā)明專利技術(shù)選擇硅烷偶聯(lián)劑KH?792和硼酸合成的含氮、硅、硼無鹵阻燃劑NSiB，不僅合成方法簡單，操作性強，而且是一種環(huán)境友好型的高效阻燃劑。本發(fā)明專利技術(shù)采用含氮、硅、硼無鹵阻燃劑NSiB與含磷阻燃劑DOPO復(fù)配協(xié)效阻燃的方法，具有阻燃效率高、阻燃性持久且環(huán)保無污染，所制備的無鹵阻燃PP/EVA/DOPO/NSiB復(fù)合材料，具有較好的力學(xué)、加工、阻燃和熱穩(wěn)定性能。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于功能高分子材料領(lǐng)域，具體涉及合成一種含氮、硅、硼元素的阻燃劑NSiB，并利用該阻燃劑與含磷阻燃劑DOPO復(fù)配進(jìn)行協(xié)效阻燃，制備了無鹵阻燃PP/EVA/DOPO/NSiB復(fù)合材料。
技術(shù)介紹
9,10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物，簡稱DOPO，其結(jié)構(gòu)中含有P-H鍵，對烯烴、環(huán)氧化合物和羰基化合物極具活性，可反應(yīng)生成許多衍生物。DOPO及其衍生物可作為反應(yīng)型和添加型阻燃劑，其合成的阻燃劑無鹵、無煙、無毒，不遷移，阻燃性能持久。在提高材料的阻燃性能的同時，不影響材料的力學(xué)強度等機械性能。聚丙烯(PP)原料來源豐富，合成工藝簡單，而且具有電絕緣性、剛性、耐熱性好等優(yōu)點，但PP的缺口敏感度高，缺口沖擊強度低，通過將PP與熱塑性彈性體或橡膠共混是增加PP韌性的有效途徑。雖然EVA可以賦予PP一定的韌性，但是PP和EVA都屬于易燃材料，這限制了它們在一定領(lǐng)域的應(yīng)用。本專利技術(shù)合成的無鹵阻燃劑與含磷DOPO協(xié)效阻燃PP/EVA復(fù)合材料，既可以有效改善PP/EVA復(fù)合材料的易燃特性，也能提高PP/EVA復(fù)合材料的熱性能。阻燃改性是通過物理、化學(xué)的方法賦予材料一定的阻燃性能，降低材料的可燃性，減慢火焰蔓延速度。阻燃改性的方法按照阻燃劑引入方法大致分為添加型阻燃和反應(yīng)型阻燃。添加型阻燃是在聚酯樹脂制品的成型過程中加入阻燃劑，由于添加量大、與基體樹脂的相容性差等缺點，因此添加型阻燃劑的應(yīng)用逐漸減少；反應(yīng)型阻燃是用含阻燃元素的原料合成聚酯樹脂，即把阻燃基團接枝到聚酯的分子結(jié)構(gòu)中，雖然阻燃效果穩(wěn)定，但由于技術(shù)手段限制，某些阻燃基團難以實現(xiàn)接枝的目的。因此利用多種阻燃元素之間的協(xié)同作用是阻燃劑未來的重要發(fā)展方向。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為解決現(xiàn)有技術(shù)中，由于鹵系阻燃劑燃燒后會放出大量有毒氣體，對環(huán)境和人類造成嚴(yán)重危害，并且僅添加含有一種阻燃元素的阻燃劑對PP/EVA復(fù)合材料的阻燃性能改善不大。因此，本專利技術(shù)針對以上不足，本專利技術(shù)中采用溶液反應(yīng)方法合成一種具有氮、硅、硼阻燃元素、高效、無毒環(huán)保、無腐蝕性的無鹵阻燃劑，利用該無鹵阻燃劑與含磷DOPO復(fù)配協(xié)效阻燃作用，采用雙輥開煉機制備了阻燃性能和熱性能良好的無鹵阻燃PP/EVA/DOPO/NSiB復(fù)合材料。由于合成的無鹵阻燃劑含有氮、硅、硼元素，以期實現(xiàn)P-N、N-Si、N-B、Si-B等之間的協(xié)效作用，因此為了充分發(fā)揮阻燃劑的作用具有一定的理論和現(xiàn)實意義。同時，DOPO是一種環(huán)保、高效的無鹵含磷阻燃劑，其對復(fù)合材料的電性能、力學(xué)性能等影響較小。因此，無鹵阻燃劑NSiB與含磷阻燃劑DOPO協(xié)效阻燃的方法，既賦予了PP/EVA/DOPO/NSiB復(fù)合材料良好的阻燃性能，也使得無鹵阻燃復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性有所提高。本專利技術(shù)采用的技術(shù)方案如下：含氮、硅、硼無鹵阻燃劑NSiB的制備方法，將硅烷偶聯(lián)劑KH-792加入到乙醇溶液中進(jìn)行水解反應(yīng)，反應(yīng)20-30min后加入硼酸，氮氣保護(hù)下反應(yīng)2-3h，干燥、分離得到NSiB。進(jìn)一步的，將無水乙醇、去離子水加入有氮氣保護(hù)的三口燒瓶中，再滴加一定量的濃硫酸調(diào)節(jié)溶液的pH值為4-6，于80℃下攪拌10min；然后將硅烷偶聯(lián)劑KH-792加入乙醇水溶液中，水解反應(yīng)20-30min后加入硼酸，繼續(xù)在氮氣保護(hù)下反應(yīng)2-3h；反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、真空干燥、靜置、離心分離，留下層白色沉淀，再用丙酮洗滌、離心分離、烘干，得到NSiB。優(yōu)選的，硅烷偶聯(lián)劑KH-792與乙醇溶液的質(zhì)量比是1:19。優(yōu)選的，硼酸與硅烷偶聯(lián)劑KH-792的摩爾比是(0.5-2):1。本專利技術(shù)另一個目的是提供一種無鹵阻燃PP/EVA/DOPO/NSiB復(fù)合材料的制備方法：將含磷阻燃劑DOPO烘干，將PP、EVA、含磷阻燃劑DOPO和無鹵阻燃劑NSiB于雙棍開煉機中進(jìn)行熔融共混制得無鹵阻燃PP/EVA/DOPO/NSiB復(fù)合材料。該方法具體為：首先將含磷阻燃劑DOPO于80℃下烘干12h，將PP、EVA、含磷阻燃劑DOPO和無鹵阻燃劑NSiB于175℃雙輥開煉機中進(jìn)行熔融共混5-8min，最后在180℃平板硫化機中熱壓5-6min，取出于15MPa壓力下進(jìn)行冷壓20-30min，制得無鹵阻燃PP/EVA/DOPO/NSiB復(fù)合材料。進(jìn)一步的，PP與EVA質(zhì)量比為(4-4.5):1。進(jìn)一步的，含磷阻燃劑DOPO含量為6.0-8.0wt％，無鹵阻燃劑NSiB含量為0.3-0.6wt％。更優(yōu)選的，含磷阻燃劑DOPO為7.5wt％，無鹵阻燃劑NSiB為0.5wt％。本專利技術(shù)同時請求保護(hù)含氮、硅、硼無鹵阻燃劑NSiB與含磷阻燃劑DOPO復(fù)配協(xié)效阻燃，在制備無鹵阻燃復(fù)合材料中的應(yīng)用。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)比較，具有以下突出特點：(1)本專利技術(shù)選擇硅烷偶聯(lián)劑KH-792和硼酸合成的含氮、硅、硼無鹵阻燃劑NSiB，不僅合成方法簡單，操作性強，而且是一種環(huán)境友好型的高效阻燃劑。(2)本專利技術(shù)采用含氮、硅、硼無鹵阻燃劑NSiB與含磷阻燃劑DOPO復(fù)配協(xié)效阻燃的方法，具有阻燃效率高、阻燃性持久優(yōu)點，并且環(huán)保無污染，所制備的無鹵阻燃PP/EVA/DOPO/NSiB復(fù)合材料，具有較好的力學(xué)、加工、阻燃和熱穩(wěn)定性能。附圖說明圖1是無鹵阻燃劑NSiB的紅外譜圖；圖2是PP/EVA復(fù)合材料燃燒后的SEM圖片；圖3是PP/EVA/8.0wt％DOPO復(fù)合材料燃燒后的SEM圖片；圖4是PP/EVA/7.5wt％DOPO/0.5wt％NSiB復(fù)合材料燃燒后的SEM圖片；圖5是PP/EVA復(fù)合材料的TGA和DTGA曲線圖；其中圖5A為TGA曲線圖，圖5B為DTGA曲線圖；圖6是PP/EVA/8.0wt％DOPO復(fù)合材料的TGA和DTGA曲線圖；其中圖6A為TGA曲線圖，圖6B為DTGA曲線圖；圖7是PP/EVA/7.5wt％DOPO/0.5wt％NSiB復(fù)合材料的TGA和DTGA曲線圖，其中圖7A為TGA曲線圖，圖7B為DTGA曲線圖。具體實施方式以下通過具體實施例進(jìn)一步說明本專利技術(shù)描述的方法，但并不意味著本專利技術(shù)僅局限于這些實例。含氮、硅、硼無鹵阻燃劑NSiB的合成方法：將15-30g無水乙醇、0.8-2g去離子水加入裝有磁力攪拌、回流冷凝裝置、并有氮氣保護(hù)的三口燒瓶中，調(diào)節(jié)溶液的pH值為4-6，于80℃下攪拌10min。然后將硅烷偶聯(lián)劑KH-792加入乙醇水溶液中，水解反應(yīng)20-30min后加入硼酸，繼續(xù)在氮氣保護(hù)下反應(yīng)2-3h。反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)產(chǎn)物冷卻至室溫后進(jìn)行真空干燥，靜置，離心分離，留下層白色沉淀，再用丙酮洗滌數(shù)次，離心分離，于鼓風(fēng)干燥箱中80℃烘干6h，得到白色粉狀產(chǎn)物NSiB。實施例1-3的區(qū)別在于含氮、硅、硼無鹵阻燃劑NSiB中硅烷偶聯(lián)劑KH-792和硼酸的摩爾比不同，該摩爾比直接影響利用NSiB制備的PP/EVA/DOPO/NSiB復(fù)合材料的性能。表1為實施例1-3硅烷偶聯(lián)劑KH-792和硼酸的摩爾比。表1：硅烷偶聯(lián)劑KH-792硼酸實施例11.0g(0.0045mol)0.14g(0.00225mol)實施例21.0g(0.0045mol)0.28g(0.0045mol)實施例31.0g(0.0045mol)0.56g(0.009本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
含氮、硅、硼無鹵阻燃劑NSiB的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將硅烷偶聯(lián)劑KH?792加入到乙醇溶液中進(jìn)行水解反應(yīng)，反應(yīng)20?30min后加入硼酸，氮氣保護(hù)下反應(yīng)2?3h，干燥、分離得到NSiB。

【技術(shù)特征摘要】
1.含氮、硅、硼無鹵阻燃劑NSiB的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將硅烷偶聯(lián)劑KH-792加入到乙醇溶液中進(jìn)行水解反應(yīng)，反應(yīng)20-30min后加入硼酸，氮氣保護(hù)下反應(yīng)2-3h，干燥、分離得到NSiB。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含氮、硅、硼無鹵阻燃劑NSiB的制備方法，其特征在于，具體步驟為：將無水乙醇、去離子水加入有氮氣保護(hù)的三口燒瓶中，再滴加一定量的濃硫酸調(diào)節(jié)溶液的pH值為4-6，于80℃下攪拌10min；然后將硅烷偶聯(lián)劑KH-792加入乙醇水溶液中，水解反應(yīng)20-30min后加入硼酸，繼續(xù)在氮氣保護(hù)下反應(yīng)2-3h；反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)產(chǎn)物冷卻、真空干燥、靜置、離心分離，留下層白色沉淀，再用丙酮洗滌、離心分離、烘干，得到NSiB。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含氮、硅、硼無鹵阻燃劑NSiB的制備方法，其特征在于，硅烷偶聯(lián)劑KH-792與乙醇溶液的質(zhì)量比是1:19。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含氮、硅、硼無鹵阻燃劑NSiB的制備方法，其特征在于，硼酸與硅烷偶聯(lián)劑KH-792的摩爾比是(0.5-2):1。5.無鹵阻燃PP/EVA/DOPO/NSiB復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：將含磷阻燃劑DOPO烘干，將PP、EVA、含磷阻燃劑DOPO和無鹵阻燃劑N...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：夏英，任慶龍，張馨月，李智佳，叢世杰，郭靜，張鴻，
申請(專利權(quán))人：大連工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：遼寧;21