CN107936303A - 一种微胶囊型阻燃剂及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种微胶囊型阻燃剂及其制备方法。该阻燃剂包括以下重量份的组分：阴三芳基磷酸酯、酚醛树脂、氨甲基膦酸、偶联剂、阻燃协效剂、肉桂酸酯、香豆素酯、纳米壳聚糖、明胶、海藻酸钠、天然纤维等；其制备方法为：(1)按配方将三芳基磷酸酯和酚醛树脂混合，搅拌，再加入阴离子乳化剂、葡甘聚糖、氨甲基膦酸、偶联剂、阻燃协效剂和抗氧化剂，继续搅拌，然后加入天然纤维，搅拌，挤出；(2)将纳米壳聚糖、明胶、海藻酸钠混合，搅拌均匀，再加入黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯，搅拌；(3)将步骤(1)和步骤(2)所得产物混合，混合，制得微胶囊型阻燃剂。本发明制备得到的微胶囊型阻燃剂，热稳定性强，阻燃效果好，对环境的危害低。

Description

一种微胶囊型阻燃剂及其制备方法

技术领域

本发明属于阻燃材料领域，具体涉及一种微胶囊型阻燃剂及其制备方法。

背景技术

阻燃科学技术是为了适应社会安全生产和生活的需要，预防火灾发生，保护人民生命财产而发展起来的一门科学。阻燃剂是阻燃技术在实际生活中的应用，它是一种用于改善可燃易燃材料燃烧性能的特殊的化工助剂，广泛应用于各类装修材料的阻燃加工中。经过阻燃剂加工后的材料，在受到外界火源攻击时，能够有效地阻止、延缓或终止火焰的传播，从而达到阻燃的作用。阻燃剂可用于塑料、橡胶、纤维、木材、纸制品、涂料、粘合剂等材料的防火保护，在建筑材料、日用家电、电子器件、室内设计、衣食住行等各个方面均有广泛应用，对提高人们生活质量、保护人民生命财产安全具有至关重要的作用。

微胶囊化是利用微胶囊技术将材料微粒表面包覆一层性能稳定的高分子膜或无机材料而构成的具有核壳结构的复合材料。随着聚合物科学的发展，微胶囊化技术逐渐成熟，因此，包封了各种具有特殊性能和用途的材料的微胶囊也受到了广泛的关注和研究。但现有微胶囊薄膜一般均为化工合成材料，对环境危害比较大，且微胶囊阻燃剂存在热稳定性不好，体系成炭性低，迁移性强，且抗紫外线强度弱的问题。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供一种微胶囊型阻燃剂及其制备方法，可有效解决现有微胶囊阻燃剂成炭性差，热稳定性不足，以及对环境危害大的问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种微胶囊型阻燃剂，包括以下重量份的组分：

阴离子乳化剂10～20份、葡甘聚糖20～30份、三芳基磷酸酯60～80份、酚醛树脂20～30份、氨甲基膦酸20～30份、偶联剂5～10份、阻燃协效剂10～15份、黄芩苷2～5份、肉桂酸酯2～5份、香豆素酯2～5份、纳米壳聚糖30～50份、明胶30～40份、海藻酸钠20～30份、天然纤维60～80份以及抗氧化剂5～10份。

进一步地，包括以下重量份的组分：阴离子乳化剂18份、葡甘聚糖26份、、三芳基磷酸酯78份、酚醛树脂20份、氨甲基膦酸20份、偶联剂8份、阻燃协效剂12份、黄芩苷5份、肉桂酸酯3份、香豆素酯3份、纳米壳聚糖34份、明胶34份、海藻酸钠25份、天然纤维80份以及抗氧化剂8份。

进一步地，阴离子乳化剂为硬质酸钠、月桂酸皂、烷基磺酸钠或拉开粉。

进一步地，偶联剂为四乙烯基四甲基环四硅氧烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-(1，2-环丙氧基)丙基三甲氧基硅烷。

进一步地，阻燃协效剂为硼酸锌、氧化钛、氧化硅、氧化锌、氧化镁、氢氧化镁、水镁石、镁盐晶须、水菱镁石、氢氧化铝或磷酸铝。

进一步地，抗氧化剂为亚磷酸酯类抗氧剂选自亚磷酸三苯酯、亚磷酸二苯辛酯、亚磷酸二苯异辛酯、亚磷酸苯二异辛酯或亚磷酸三(壬基苯酯)。

进一步地，天然纤维为木棉纤维、亚麻纤维、竹纤维、剑麻纤维或蚕丝纤维。

上述微胶囊型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按配方将三芳基磷酸酯和酚醛树脂混合溶解，搅拌均匀，再加入阴离子乳化剂、葡甘聚糖、氨甲基膦酸、偶联剂、阻燃协效剂和抗氧化剂，继续搅拌1～2h，然后加入天然纤维，搅拌1～2h，然后于180～200℃，10～18MPa的挤出机中挤出；

(2)将纳米壳聚糖、明胶、海藻酸钠混合，并用水溶解，搅拌均匀，再加入黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯，搅拌均匀；

(3)将步骤(1)所得产物置于步骤(2)所得产物中，搅拌混合，制得微胶囊型阻燃剂。

本发明的有益效果为：

1、采用本发明配方中的三芳基磷酸酯和酚醛树脂复配混合，阻燃体系的氧指数最大，阻燃效果最好，燃烧时，在阻燃剂表面形成一层炭层，燃烧后有直立的炭骨架生成，并且，三芳基磷酸酯高温分解产生的磷酸和聚磷酸可以和酚醛树脂发生交联反应，促进体系成炭，而磷残留于碳层中，燃烧速度明显减低，黑烟量减少，熔融滴落现象消失，以增强阻燃剂的阻燃作用。

2、葡甘聚糖能与阴离子乳化剂形成一种“架桥”形结构，而三芳基磷酸酯、酚醛树脂和氨甲基膦酸在偶联剂的作用下，能够分别与该“架桥”形结构连接，形成一种大分子体型的网状结构，与单一线型结构不同，该体型结构有利于增强阻燃剂分子中各化学键的耐热氧稳定性，降低阻燃剂的迁移性，达到提高微胶囊型阻燃剂分子热稳定性的目的，同时，偶联剂和阴离子乳化剂还可极大的提升阻燃剂和被阻燃材料的相容性。

3、阻燃剂中添加的葡甘聚糖为一种大分子多糖，阻燃剂燃烧时，三芳基磷酸酯高温分解产生的磷酸和聚磷酸可以使其脱水成炭，进一步促进体系成炭，提升阻燃剂的阻燃效率。

4、在三芳基磷酸酯、酚醛树脂和氨甲基膦酸体系中加入阻燃协效剂硼酸锌后，明显提升了体系的极限氧指数，降低了热释放速率，表明硼酸锌和三芳基磷酸酯、酚醛树脂和氨甲基膦酸体系共用时，具有明显的协效作用，提升了阻燃剂的阻燃作用。

5、本发明中添加有具有微孔结构的亚麻纤维，通过亚麻纤维微孔的毛细作用力，将制备的阻燃剂吸入到微孔内，形成阻燃微管。由于毛细管力的作用，阻燃液体很难从微孔中溢出，然后，再将其置于纳米壳聚糖、明胶、海藻酸钠、黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯混合液中，对其进行包覆封孔，防止阻燃剂从微孔内流出，同时，还可在天然纤维表面形成薄膜，薄膜中的黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯成分，含有双键、共轭双键或三键结构，具有良好的吸收紫外线的功能，而纳米壳聚糖、明胶和海藻酸钠具有吸湿，防潮的功能，另外，还可为薄膜提供一定的机械强度。

6、亚麻纤维具有良好的热稳定性和化学稳定性，且亚麻纤维、明胶、海藻酸钠、黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯均为天然植物成分，环保无污染，在阻燃剂燃烧时，还具有一定的吸附有害气体的功能，降低了阻燃剂对环境造成的损害。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

实施例1

一种微胶囊型阻燃剂，包括以下重量份的组分：

硬质酸钠10份、葡甘聚糖20份、三芳基磷酸酯80份、酚醛树脂20份、氨甲基膦酸20份、四乙烯基四甲基环四硅氧烷10份、氧化硅10份、黄芩苷5份、肉桂酸酯2份、香豆素酯2份、纳米壳聚糖30份、明胶30份、海藻酸钠20份、木棉纤维60份以及亚磷酸三苯酯5份。

上述微胶囊型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按配方将三芳基磷酸酯和酚醛树脂混合溶解，搅拌均匀，再加入阴离子乳化剂、葡甘聚糖、氨甲基膦酸、偶联剂、阻燃协效剂和抗氧化剂，继续搅拌2h，然后加入天然纤维，搅拌1h，然后于180℃，10MPa的挤出机中挤出；

(2)将纳米壳聚糖、明胶、海藻酸钠混合，并用水溶解，搅拌均匀，再加入黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯，搅拌均匀；

(3)将步骤(1)所得产物置于步骤(2)所得产物中，搅拌混合，制得微胶囊型阻燃剂。

实施例2

一种微胶囊型阻燃剂，包括以下重量份的组分：

月桂酸皂18份、葡甘聚糖26份、、三芳基磷酸酯78份、酚醛树脂20份、氨甲基膦酸20份、四乙烯基四甲基环四硅氧烷8份、硼酸锌12份、黄芩苷5份、肉桂酸酯3份、香豆素酯3份、纳米壳聚糖34份、明胶34份、海藻酸钠25份、亚麻纤维80份以及亚磷酸二苯异辛酯8份。

上述微胶囊型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按配方将三芳基磷酸酯和酚醛树脂混合溶解，搅拌均匀，再加入阴离子乳化剂、葡甘聚糖、氨甲基膦酸、偶联剂、阻燃协效剂和抗氧化剂，继续搅拌2h，然后加入天然纤维，搅拌2h，然后于200℃，15MPa的挤出机中挤出；

(2)将纳米壳聚糖、明胶、海藻酸钠混合，并用水溶解，搅拌均匀，再加入黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯，搅拌均匀；

(3)将步骤(1)所得产物置于步骤(2)所得产物中，搅拌混合，制得微胶囊型阻燃剂。

实施例3

一种微胶囊型阻燃剂，包括以下重量份的组分：

月桂酸皂10份、葡甘聚糖30份、、三芳基磷酸酯60份、酚醛树脂30份、氨甲基膦酸20份、四乙烯基四甲基环四硅氧烷10份、硼酸锌15份、黄芩苷3份、肉桂酸酯5份、香豆素酯5份、纳米壳聚糖40份、明胶40份、海藻酸钠30份、亚麻纤维73份以及亚磷酸二苯异辛酯10份。

上述微胶囊型阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)按配方将三芳基磷酸酯和酚醛树脂混合溶解，搅拌均匀，再加入阴离子乳化剂、葡甘聚糖、氨甲基膦酸、偶联剂、阻燃协效剂和抗氧化剂，继续搅拌1h，然后加入天然纤维，搅拌1h，然后于190℃，18MPa的挤出机中挤出；

(2)将纳米壳聚糖、明胶、海藻酸钠混合，并用水溶解，搅拌均匀，再加入黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯，搅拌均匀；

(3)将步骤(1)所得产物置于步骤(2)所得产物中，搅拌混合，制得微胶囊型阻燃剂。

对比例1

与实施例2相比，配方中缺少亚麻纤维、海藻酸钠、明胶和香豆素酯，其余组分及操作过程均与实施例2相同。

对比例2

与实施例2相比，配方中缺少三芳基磷酸酯、偶联剂和阴离子乳化剂，其余组分及操作过程均与实施例2相同。

对比例3

与实施例2相比，配方中缺少阴离子乳化剂、葡甘聚糖和阻燃协效剂，其余组分及操作过程均与实施例2相同。

检测

分别取等量的实施例1～3和对比例1～3制备得到的微胶囊型阻燃剂，检测其阻燃性能，其结果见表1。

表1 微胶囊型阻燃剂阻燃性能对比

	极限氧指数	垂直燃烧性
			实施例1	24.3	FV-0
实施例2	30.8	FV-0
			实施例3	23.5	FV-0
对比例1	17.6	未通过
			对比例2	20.5	FV-1
对比例3	20.6	FV-1

由表1数据可知，实施例1～3制备得到的微胶囊型阻燃剂的极限氧指数均高于对比例，以实施例2极限氧指数最高，且实施例1～3和对比例1的垂直燃烧性能也均高于对比例2和对比例3，由此，只有在本发明特定配方和步骤的配合下，才能制备得到具有良好阻燃性能的微胶囊型阻燃剂。

再分别取等量的实施例1～3和对比例1～3制备得到的微胶囊型阻燃剂，于室外放置10～15天后，实施例1～3制备得到的微胶囊型阻燃剂的损坏率为0.5％～2％，内部包裹的阻燃剂均未呈潮湿状，而对比例1～3的制备得到的微胶囊型阻燃剂的损坏率和吸水量均高于实施例1～3，尤以对比例1的阻燃剂吸水量最大，再于紫外环境下放置2～5天，此时，实施例1～3和对比例2制备得到的微胶囊型阻燃剂的损坏率远远低于对比例1和对比例3，而对比例3的损坏率也低于对比例1，由此，采用本发明方法制备得到的微胶囊型阻燃剂，不仅具有良好的阻燃性能，还具有良好的抗紫外性能和防潮性能。

Claims (8)

1.一种微胶囊型阻燃剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：

阴离子乳化剂10～20份、葡甘聚糖20～30份、三芳基磷酸酯60～80份、酚醛树脂20～30份、氨甲基膦酸20～30份、偶联剂5～10份、阻燃协效剂10～15份、黄芩苷2～5份、肉桂酸酯2～5份、香豆素酯2～5份、纳米壳聚糖30～50份、明胶30～40份、海藻酸钠20～30份、天然纤维60～80份以及抗氧化剂5～10份。

2.根据权利要求1所述的微胶囊型阻燃剂，其特征在于，包括以下重量份的组分：阴离子乳化剂18份、葡甘聚糖26份、三芳基磷酸酯78份、酚醛树脂20份、氨甲基膦酸20份、偶联剂8份、阻燃协效剂12份、黄芩苷5份、肉桂酸酯3份、香豆素酯3份、纳米壳聚糖34份、明胶34份、海藻酸钠25份、天然纤维80份以及抗氧化剂8份。

3.根据权利要求1或2所述的微胶囊型阻燃剂，其特征在于，所述阴离子乳化剂为硬质酸钠、月桂酸皂、烷基磺酸钠或拉开粉。

4.根据权利要求1或2所述的微胶囊型阻燃剂，其特征在于，所述偶联剂为四乙烯基四甲基环四硅氧烷、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、乙烯基三乙氧基硅烷、缩水甘油醚基丙基三甲氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷或γ-(1，2-环丙氧基)丙基三甲氧基硅烷。

5.根据权利要求1或2所述的微胶囊型阻燃剂，其特征在于，所述阻燃协效剂为硼酸锌、氧化钛、氧化硅、氧化锌、氧化镁、氢氧化镁、水镁石、镁盐晶须、水菱镁石、氢氧化铝或磷酸铝。

6.根据权利要求1或2所述的微胶囊型阻燃剂，其特征在于，所述抗氧化剂为亚磷酸三苯酯、亚磷酸二苯辛酯、亚磷酸二苯异辛酯、亚磷酸苯二异辛酯或亚磷酸三(壬基苯酯)。

7.根据权利要求1或2所述的微胶囊型阻燃剂，其特征在于，所述天然纤维为木棉纤维、亚麻纤维、竹纤维、剑麻纤维或蚕丝纤维。

8.权利要求1～6任一项所述的微胶囊型阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)按配方将三芳基磷酸酯和酚醛树脂混合溶解，搅拌均匀，再加入阴离子乳化剂、葡甘聚糖、氨甲基膦酸、偶联剂、阻燃协效剂和抗氧化剂，继续搅拌1～2h，然后加入天然纤维，搅拌1～2h，然后于180～200℃，10～18MPa的挤出机中挤出；

(2)将纳米壳聚糖、明胶、海藻酸钠混合，并用水溶解，搅拌均匀，再加入黄芩苷、肉桂酸酯和香豆素酯，搅拌均匀；

(3)将步骤(1)所得产物置于步骤(2)所得产物中，搅拌混合，制得微胶囊型阻燃剂。