一种阻燃剂微胶囊及硅橡胶阻燃材料的制备方法
【专利摘要】本发明提供一种阻燃剂微胶囊及硅橡胶阻燃材料的制备方法，以阻燃剂聚磷酸铵为囊芯，选用酚醛树脂为囊材，以无水乙醇为溶剂，对阻燃剂进行物理包覆的微胶囊化处理方法，并采用所述微胶囊制备硅橡胶阻燃材料。采用物理包覆法对阻燃剂进行微胶囊化处理，处理过程中不涉及聚合反应，包覆效果不受反应条件等复杂因素影响，包覆效果稳定可控，并且操作步骤简单。采用挥发性较大的无水乙醇作为酚醛树脂的溶剂，无毒且容易去除。采用40g阻燃剂微胶囊制备的硅橡胶阻燃材料，其氧指数高于直接添加聚磷酸铵的硅橡胶材料，硅橡胶材料的氧指数及拉伸强度分别达到33%和1.53MPa；添加MCAPP对硅橡胶力学性能的不良影响小于APP。
【专利说明】一种阻燃剂微胶囊及硅橡胶阻燃材料的制备方法
【技术领域】[0001]本发明涉及一种硅橡胶阻燃材料及其制备方法，尤其涉及一种利用酚醛树脂对阻燃剂聚磷酸铵进行物理包覆的微胶囊化处理方法，并将阻燃剂微胶囊用于硅橡胶阻燃材料制备的方法。
[0002]
【背景技术】
[0003]硅橡胶以特殊的硅氧键(-S1-O-)作为主链，具有优异的耐高低温性，可在-50~250 0C下长期工作，具有耐老化性、电气绝缘性、生理惰性好和压缩形变小的特点。在汽车、电子电工、航空航天和化工等领域具有广泛的用途。虽然，硅橡胶的极限燃烧氧指数比较高，但仍小于25%。为使硅橡胶汽车、电子电工等领域得到更广泛的应用，通常需要对硅橡胶进行阻燃改性。
[0004]聚磷酸铵(APP)是一种非卤族阻燃剂，它具有热稳定性好、化学稳定性能好、产品接近中性和毒性低的优点。但由于APP与聚合物基体的相容性不好，且吸湿性较大，限制了其在硅橡胶等材料中的应用。采用微胶囊化技术对APP进行包覆，可以赋予APP更好的耐水性，并改善其与聚合物基体的相容性，扩大APP应用范围。目前，对聚磷酸铵进行微胶囊化处理的方法主要为化学包覆法，即通过囊材对应的单体发生聚合反应，在反应过程中加入囊芯，使反应生成的囊材包覆于阻燃剂表面。这种方法包覆效果较好，但存在一定的局限性。原因在于:(1)包覆过程中需控制聚合反应，反应条件及副产物对包覆质量影响较大，不易形成质量稳定的产品；(2)反应体系中存在单体、预聚体、副产物等多种成分，对制备的阻燃剂微胶囊纯净度有一定影响。
[0005]
【发明内容】
[0006]针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种阻燃剂微胶囊的制备方法，解决包覆过程中需控制聚合反应，受反应条件等复杂因素影响，包覆效果不稳定问题。
[0007]本发明还提供具有较好的氧指数及拉伸强度的硅橡胶阻燃材料及其制备方法。
[0008]实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现:一种阻燃剂微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤:
1)用无水乙醇溶解酚醛树脂，得酚醛树脂-乙醇溶液；无水乙醇与酚醛树脂的体积重量比 ml/g 为 100 ~120:10 ；
2)在配好的酚醛树脂-乙醇溶液中加入聚磷酸铵APP混合，其中，酚醛树脂-乙醇溶液与聚磷酸铵的重量比为85~90:100 ；
然后，在85~90°C恒温水浴中保温使无水乙醇挥发，从而使酚醛树脂在聚磷酸铵表面析出，形成阻燃剂微胶囊MCAPP ；3)将上述阻燃剂微胶囊MCAPP水洗除去未包覆的聚磷酸铵APP，经过干燥后研磨成粉末得到纯阻燃剂微胶囊，密封保存。
[0009]相比现有技术，本发明具有如下有益效果:
1、本发明以阻燃剂聚磷酸铵为囊芯，选用酚醛树脂为囊材，以无水乙醇为溶剂，对阻燃剂进行物理包覆的微胶囊化处理方法，获得纯阻燃剂微胶囊MCAPP。本发明采用物理包覆法对阻燃剂进行微胶囊化处理，处理过程中不涉及聚合反应，包覆效果不受反应条件等复杂因素影响，包覆效果稳定可控，并且操作步骤简单。阻燃剂包覆效果稳定、可控。其中，采用挥发性较大的无水乙醇作为酚醛树脂的溶剂，无毒且容易去除；乙醇易溶于水，阻燃剂微胶囊经水洗后，基本可去除残留的乙醇，不干扰阻燃效果。
[0010]2、酚醛树脂自身具有一定的阻燃性，采用酚醛树脂包覆聚磷酸铵后，可进一步提高聚磷酸铵的阻燃性。本发明采用的40g阻燃剂微胶囊(MCAPP)制备的硅橡胶阻燃材料氧指数达到33%，高于直接添加同等用量的聚磷酸铵的硅橡胶材料。
[0011]3、MCAPP对硅橡胶力学性能的不良影响小于APP。聚磷酸铵与硅橡胶界面结合不好，对材料力学性能有不良影响。采用酚醛树脂包覆聚磷酸铵，可改善阻燃剂与硅橡胶的界面结合，有利于力学性能提高。本发明采用的40g阻燃剂微胶囊(MCAPP)制备的硅橡胶阻燃材料拉伸强度为1.53MPa，高于直接添加同等用量的聚磷酸铵的硅橡胶材料。
[0012]4、阻燃硅橡胶材料通常用作电线电缆绝缘层或保护层材料，而聚磷酸铵有一定的吸水性，直接添加入硅橡胶会使硅橡胶材料的电绝缘性变差；酚醛树脂具有较好的电绝缘性能，且不溶于水。采用酚醛树脂包覆聚磷酸铵后，可以避免聚磷酸铵的吸水性对硅橡胶材料电绝缘性能的不利影响。
[0013]5、本发明原料易得，成本低；而且制备方法简单、可控。
[0014]
【专利附图】
【附图说明】
[0015]图1为MCAPP和APP的傅里叶红外分析图。
[0016]图2为MCAPP添加量对硅橡胶氧指数的影响图线。
[0017]图3为MCAPP用量对硅橡胶拉伸强度的影响。
[0018]
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0020]本发明所采用的原料均为常规工业原料，没有特别要求。酚醛树脂采用热塑性酚醛树脂(例如北京市津同乐泰化工产品有限公司，PF-2123 ;天津树脂厂，PF-217 ;山东莱芜润达新材料有限公司，PF-T);所述聚磷酸铵APP为II型聚磷酸铵。硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶(成都中蓝晨光化工研究院有限公司，甲基乙烯基硅橡胶110-2 ;东爵有机硅集团有限公司，甲基乙烯基硅橡胶110-2 ;浙江新安化工集团股份有限公司，MVQ-110)。
[0021]实施例1:
一、阻燃剂微胶囊的制备:
1、将IOg酚醛树脂加入100ml (约79g)的无水乙醇中并用玻璃棒搅拌，使其充分溶解；再向烧杯中加入100g聚磷酸铵APP，将烧杯放入85~90°C的恒温水浴锅中，并用电动搅拌器搅拌，使无水乙醇挥发，从而使酚醛树脂在聚磷酸铵表面析出，形成阻燃剂微胶囊MCAPP。
[0022]2、将上述阻燃剂微胶囊水洗，除去未包覆的APP然后再干燥并研磨成粉末得纯阻燃剂微胶囊MCAPP，密封保存。
[0023]二、硅橡胶材料的制备:
1、称取20g纯阻燃剂微胶囊MCAPP，将其与白炭黑、硫化剂、结构调节剂等以及硅橡胶在开炼机中混炼成硅橡胶片材，温度控制在50°C左右，时间20min ； 其中，白炭黑40g,硫化剂I g，结构调节剂1.0 g和娃橡胶95 g;所述娃橡胶为甲基乙烯基硅橡胶；所述结构调节剂为甲基硅油；所述的硫化剂为双二五。
[0024]2、将一定量硅橡胶片按模具尺寸裁剪后，放于平板硫化机中硫化成型，硫化温度为168°C，时间约25min。
[0025]最后，测试硅橡胶材料的氧指数及拉伸强度，氧指数及拉伸强度分别为28%和
2.98MPa0
[0026]实施例2:
一、阻燃剂微胶囊的制备:
1、将IOg酚醛树脂加入IlOml的无水乙醇中并用玻璃棒搅拌，使其充分溶解；再向烧杯中加入100g聚磷酸铵APP，将烧杯放入85~90°C的恒温水浴锅中，并用电动搅拌器搅拌，使无水乙醇挥发，从而使酚醛树脂在聚磷酸铵表面析出，形成阻燃剂微胶囊MCAPP。
[0027]2、将上述阻燃剂微胶囊水洗，除去未包覆的APP然后再干燥并研磨成粉末，密封保存。
[0028]二、硅橡胶材料的制备:
1、称取40g阻燃剂微胶囊MCAPP，将其与白炭黑、硫化剂、结构调节剂等以及硅橡胶在开炼机中混炼成硅橡胶片材，温度为55°C，时间20min ；
其中，白炭黑42g，硫化剂1.5 g，结构调节剂1.0 g和硅橡胶100 g ;所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶；所述结构调节剂为甲基硅油；所述的硫化剂为双二五。
[0029]2、将一定量硅橡胶片按模具尺寸裁剪后，放于平板硫化机中硫化成型，硫化温度为 165°C，时间 30min。
[0030]最后，测试硅橡胶材料的氧指数及拉伸强度，氧指数及拉伸强度分别为33%和1.53MPa0
[0031]实施例3:
一、阻燃剂微胶囊的制备:
1、将IOg酚醛树脂加入120ml的无水乙醇中并用玻璃棒搅拌，使其充分溶解；再向烧杯中加入100g聚磷酸铵APP，将烧杯放入85~90°C的恒温水浴锅中，并用电动搅拌器搅拌，使无水乙醇挥发，从而使酚醛树脂在聚磷酸铵表面析出，形成阻燃剂微胶囊MCAPP。
[0032]2、将上述阻燃剂微胶囊水洗，除去未包覆的APP然后再干燥并研磨成粉末，密封保存。
[0033]二、硅橡胶材料的制备:
1、称取60g阻燃剂微胶囊MCAPP，将其与白炭黑、硫化剂、结构调节剂等以及硅橡胶在开炼机中混炼成硅橡胶片材，温度:45°C，时间25min ；其中，白炭黑42g，硫化剂2 g，结构调节剂1.5 g和硅橡胶98 g;所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶；所述结构调节剂为甲基硅油；所述的硫化剂为双二五。
[0034]2、将一定量硅橡胶片按模具尺寸裁剪后，放于平板硫化机中硫化成型，硫化温度为 170°C，时间 25min。
[0035]最后，测试硅橡胶材料的氧指数及拉伸强度，氧指数及拉伸强度分别为35%和.1.08MPa。
[0036]参见图1，为MCAPP和APP的傅里叶红外分析图。与APP的光谱图相比，MCAPP的光谱图在一定程度的偏移。MCAPP在1650 cm—1 (苯环的振动)有较强的特征吸收峰，而APP在1650CHT1处的峰强较弱。从而证明了 MCAPP体系中含有酚醛树脂。
[0037]参见图2，为MCAPP添加量对硅橡胶氧指数的影响图线。可以看出硅橡胶的极限氧指数随MCAPP的添加量增加而增加。添加40份MCAPP的硅橡胶极限氧指数为33%，较添加40份APP的硅橡胶极限氧指数31%提高了 6.45%。
[0038]参见图3，为MCAPP用量对硅橡胶拉伸强度的影响。对比添加了 40份MCAPP和40份APP的硅橡胶体系，可见添加了 40份MCAPP的硅橡胶的拉伸强度比添加40份APP的硅橡胶的拉伸强度提高34%，究其原因，应为酚醛树脂包覆层增加了 APP与硅橡胶的相容性，从而改善了材料的力学性能。
[0039]本发明采用过酚醛树脂作囊材包覆聚磷酸铵，采用物理包覆法制备的聚磷酸铵微胶囊用于制备硅橡胶阻燃材料。按GB/T 10707-2008和GB/T 528-2009测定方法分别对硅橡胶材料的氧指数及拉伸强度进行检测，效果明显优于现有技术。
[0040]最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
【权利要求】
1.一种阻燃剂微胶囊的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)用无水乙醇溶解酚醛树脂，得酚醛树脂-乙醇溶液；无水乙醇与酚醛树脂的体积重量比 ml/g 为 100 ~120:10 ； 2)在配好的酚醛树脂-乙醇溶液中加入聚磷酸铵混合，其中，酚醛树脂-乙醇溶液与聚磷酸铵的重量比为85~90:100 ； 然后，在85~90°C恒温水浴中保温使无水乙醇挥发，从而使酚醛树脂在聚磷酸铵表面析出，形成阻燃剂微胶囊； 3)将上述阻燃剂微胶囊水洗除去未包覆的聚磷酸铵，经过干燥后研磨成粉末得到纯阻燃剂微胶囊，密封保存。
2.如权利要求1所述阻燃剂微胶囊的制备方法，其特征在于，所述酚醛树脂采用热塑性酚醛树脂；所述聚磷酸铵APP为II型聚磷酸铵。
3.—种硅橡胶阻燃材料，其特征在于，采用权利要求1所述纯阻燃剂微胶囊，配以白炭黑、硫化剂和结构调节剂而成；其各个组份的质量份数为: 阻燃剂微胶囊20~60份，白炭黑40~42份，硫化剂I~2份，结构调节剂1.0~1.5份和硅橡胶95-100份。
4.如权利要求3所述硅橡胶阻燃材料，其特征在于，所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶；所述结构调节剂为甲 基硅油或羟基硅油；所述的硫化剂为双二五或过氧化二异丙苯。
5.如权利要求3或4所述硅橡胶阻燃材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤: 1)称取纯阻燃剂微胶囊、白炭黑、硫化剂、结构调节剂与硅橡胶在开炼机中混炼成硅橡胶片材，混炼温度为45~55°C，时间为20~25min ； 2)取步骤I)获得的硅橡胶片适量，按模具尺寸裁剪后，放于平板硫化机中硫化成型；其中，硫化温度为165~170°C，时间为25~30min。
【文档编号】C08L83/04GK103627221SQ201310624045
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年11月29日 优先权日:2013年11月29日
【发明者】李又兵, 盛旭敏, 陈文 , 李敬媛 申请人:重庆理工大学