一种硅基阻燃剂.pdf

本发明公开了一种硅基阻燃剂，所述硅基阻燃剂包含复配比例为450～550：1～5:1～3:1～2:0.2～1的硅酸钠、氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵，所述硅酸钠为模数1.4～1.8的硅酸钠。本发明的硅基阻燃剂经过复配后，具有高效阻燃、无毒、防熔滴、抑烟等效果，且提高了硅酸钠阻燃剂的表面活性,有利于阻燃剂在基体中的分散，提高了材料的加工性能和力学性能。

权利要求书
1.  一种硅基阻燃剂，其特征在于：所述硅基阻燃剂包含复配比例为450～550：1～5:1～3:1～2:0.2～1的硅酸钠、氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵。

2.  如权利要求1所述的硅基阻燃剂，其特征在于：所述硅酸钠为模数为1.4～1.8的硅酸钠。

3.  如权利要求1所述的硅基阻燃剂，其特征在于：所述硅基阻燃剂包含复配比例为500：3:3:1:0.6的硅酸钠、氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵。

4.  如权利要求1、2或3所述的硅基阻燃剂，其特征在于：所述硅酸钠为经过表面改性后的硅酸钠，所述表面改性用的表面改性剂为氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物中的任一种。

5.  如权利要求4所述的硅基阻燃剂，其特征在于：所述表面改性用的表面改性剂为N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。

6.  如权利要求4所述的硅基阻燃剂，其特征在于：所述表面改性剂的添加量为所述硅酸钠的0.5～5wt％。

说明书一种硅基阻燃剂
技术领域
本发明涉及阻燃剂技术领域，尤其涉及用于纤维织物的阻燃剂，具体涉及一种硅基阻燃剂。
背景技术
随着社会的发展和生活水平的提高，纺织品的使用范围和消费量不断增加。因纺织品着火引起的火灾也不断增加，造成生命及财产损失。所以，提高纺织品的阻燃性能十分必要。
织物阻燃剂需要满足以下要求：(1)能同时抑制有焰和无焰燃烧；(2)使用量较少，阻燃效果好；(3)阻燃性能持久，具有耐洗性；(4)阻燃剂对人体没有伤害，织物整理后可直接与人体接触；(5)受热或燃烧的产物低毒，对环境友好；(6)织物的物理机械性能和外观基本不受影响；(7)使用简单方便，价格低廉。但是，目前商业中的阻燃剂都达不到上述的所有要求。
纤维织物用的阻燃剂主要有卤系(包括溴系和氯系)、磷系、氮系和硅系。含卤素阻燃剂阻燃效果显著，但由于卤系阻燃剂对环境的破坏，其应用受到限制。而仅含单一组分的磷系、氮系和硅系阻燃剂阻燃性能并不理想，难以满足应用的需求。
含硅、磷、氮的阻燃剂，高效、低毒、环境友好。当含硅、磷、氮的阻燃剂使用时，高温下，氮受热分解后放出不燃性气体，起到稀释可燃气体和带走大量热的作用，从而降低聚合物的表面温度，抑制燃烧。磷由于其凝固相阻燃机理及部分气相阻燃机理，在阻燃过程中不仅能降低材料的热释放速率，提高阻燃效果，还会分解成焦磷酸或多磷酸，促进成炭。而硅可增加这些炭层的稳定性，并且有一定的抑烟作用。由此可见，含硅、磷、氮的无机阻燃剂具有重要的应用价值。
无卤阻燃剂克服了许多传统阻燃剂存在的缺点，但在实际应用中还存在着与聚合物相容性差的问题，这会对复合材料的物理机械性能带来不利影响，限 制了复合材料的使用范围。
尤其是，硅基阻燃剂作为无机阻燃剂具有较强的极性与亲水性，同非极性聚合物材料相容性差，界面难以形成良好的结合和粘接，导致基材的力学性能、加工性能受到损害，也极大限制了基材的应用范围。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的不足，提供一种硅基阻燃剂，该阻燃剂不仅与聚合物具有良好的相容性，而且在具有更好的阻燃效果的同时兼具有冷却、抑烟、稀释气体、防熔滴等效果。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种硅基阻燃剂，所述硅基阻燃剂包含复配比例为450～550：1～5:1～3:1～2:0.2～1的硅酸钠、氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵。
作为一种优选的技术方案，所述硅酸钠为模数1.4～1.8的硅酸钠。
作为一种优选的技术方案，所述硅基阻燃剂包含复配比例为3:3:1:0.6的硅酸钠、氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵。
作为一种改进的技术方案，所述硅酸钠为经过表面改性后的硅酸钠，所述表面改性用的表面改性剂为氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷、双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物中的任一种。
作为一种优选的技术方案，所述表面改性用的表面改性剂为N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷。
作为一种优选的技术方案，所述表面改性剂的添加量为所述硅酸钠的0.5～5wt％。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的硅基阻燃剂，由硅酸钠、氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵按一定比例复配而成，基质燃烧时，二氧化硅在体系表面形成无定型硅保护层，具有阻燃、耐温等特点，有效地提高了高分子聚合物的热稳定性；阻燃剂中的磷能促进碳层的形成，硅酸钠因分解而生成SiO2层，与偏硼酸钠加热形成 的玻璃状涂层一起覆盖在纤维表面，形成致密的保护层，以防止纤维裂解的可燃性气体向外扩散，所以炭渣表面几乎没有气泡，保护层也成功地阻止了氧气的进入，让基质不易燃烧，阻止碳层的氧化；氢氧化铝吸热分解降低了纤维基体的温度，改善了其热稳定性，使炭渣保持了纤维燃烧前的结构形态，从而达到阻燃效果。从而使本发明的硅基阻燃剂具有高效阻燃、无毒、防熔滴、抑烟等效果。
本发明的硅基阻燃剂中的硅酸钠为经过表面改性后的硅酸钠，使用表面改性剂氨丙基三乙氧基硅烷、N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷或者双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物进行表面改性之后，提高了硅酸钠阻燃剂的表面活性,使其表面产生新的物理、化学功能，有利于阻燃剂在基体中的分散，提高材料的加工性能和力学性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是不同纤维织物遇明火后的燃烧效果对比图；
图中，左侧织物为添加了本发明的硅基阻燃剂的阻燃粘胶纤维织物；中间织物为对比阻燃粘胶纤维织物；右侧织物为常规粘胶纤维织物。
图2是普通纤维燃烧后的炭渣扫描电镜图；
图3是添加了本发明的硅基阻燃剂的阻燃纤维燃烧后的炭渣扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
图1，左侧织物为添加了本发明的硅基阻燃剂的粘胶纤维织物，中间对比阻燃粘胶纤维织物，是添加了无机磷系阻燃剂的粘胶纤维织物，右图为未使用阻燃剂的常规粘胶纤维织物。从图1中可以看出，在整个燃烧过程中(从上排第 一张图片开始至右边第三幅图片，再从下排开始至右边第三幅图片，是整个燃烧过程的六张代表性图片)，普通粘胶纤维织物遇明火后立即被点燃，在较短时间内快速燃烧完全；对比阻燃粘胶纤维织物遇明火后微燃，但有熔滴现象；添加了本发明的硅基阻燃剂的阻燃粘胶纤维织物遇火难燃，且无烟、无熔滴现象。
由此可以看出，本发明的硅基阻燃剂与普通阻燃剂相比具有冷却、抑烟、稀释气体、防熔滴等效果，实现了该硅基阻燃剂在阻燃织物中的有效阻燃。
从图2和图3中可以看出，未经阻燃处理的纤维织物燃烧的炭渣较为疏松，炭渣之间出现大面积的裂缝和泡孔，燃烧过程破坏了纤维原有的结构形态。而在纤维织物添加本发明的硅基阻燃剂后，阻燃剂中的磷能促进碳层的形成，硅酸钠因分解而生成SiO2层，与偏硼酸钠加热形成的玻璃状涂层一起覆盖在纤维表面，形成致密的保护层，以防止纤维裂解的可燃性气体向外扩散，所以炭渣表面几乎没有气泡，保护层也成功地阻止了氧气的进入，让基质不易燃烧，阻止碳层的氧化。氢氧化铝吸热分解降低了纤维基体的温度，改善了其热稳定性，使炭渣保持了纤维燃烧前的结构形态，从而达到阻燃效果。
实施例1
使用模数1.4的硅酸钠，与氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵按照48：2:1:1:0.3的复配比例复配得到硅基阻燃剂。
实施例2
使用模数1.8的硅酸钠，与氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵按照500：3:3:1:0.6的复配比例复配得到硅基阻燃剂。
实施例3
使用模数1.8的硅酸钠，先进行表面改性，与氨丙基三乙氧基硅烷混合均匀，氨丙基三乙氧基硅烷的使用量为所述硅酸钠的1.5wt％，然后与氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵按照500：3.5:1.5:1:1的复配比例复配得到硅基阻燃剂。
实施例4
使用模数1.4的硅酸钠，先进行表面改性，与表面改性剂N-β-氨乙基-γ- 氨丙基甲基二甲氧基硅烷混合均匀，表面改性剂N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷的使用量为所述硅酸钠的1wt％，然后与氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵按照500：3:3:1:0.6的复配比例复配得到硅基阻燃剂。
实施例5
使用模数1.6的硅酸钠，先进行表面改性，与表面改性剂N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷混合均匀，表面改性剂氨N-β-(氨乙基)-γ氨丙基三甲氧基硅烷的使用量为所述硅酸钠的2wt％，然后与氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵按照520：4:3:2:0.8的复配比例复配得到硅基阻燃剂。
实施例6
使用模数1.4的硅酸钠，先进行表面改性，与表面改性剂双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物混合均匀，表面改性剂双(二辛氧基焦磷酸酯基)乙撑钛酸酯螯合物的使用量为所述硅酸钠的3wt％，然后与氢氧化铝、偏硼酸钠、聚磷酸铵和钼酸铵按照460：2:1:1:0.5的复配比例复配得到硅基阻燃剂。
实施例1-6的硅基阻燃剂的物理机械性能，以及将实施例1-6的硅基阻燃剂分别添加到粘胶纤维织物中，做燃烧实验的阻燃性能指标情况见表1。
表1