一种阻燃剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及轻工、化工材料的技术领域，特别是涉及一种阻燃剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 现今，阻燃高分子材料的阻燃剂主要有添加型阻燃剂和反应型阻燃剂两大类，其 中添加型阻燃剂是在聚合物合成后通过熔融共混等方式添加到聚合物中的，此方法的阻燃 改性工艺简单，能满足使用要求的阻燃剂品种多，是目前高分子材料领域主要应用的类型， 但需要解决阻燃剂的分散性、相容性、界面性等一系列的问题。其中添加型阻燃剂包括卤系 阻燃剂、无机阻燃剂、磷系阻燃剂、硼系阻燃剂、硅系阻燃剂等几大类。由于卤系阻燃剂在燃 烧分解时会产生大量的有毒气体和烟雾，不仅影响人类健康、而且污染环境，随着人类的环 保意识的提高，卤系阻燃剂的应用逐年减少，其中，卤系阻燃剂中的十溴二苯醚和六溴环十 二烷还被《斯德哥尔摩公约》列入持久性有机污染物名单。因此，研发高效的无卤阻燃剂成 为高分子材料领域研究的热点之一。无机阻燃剂主要有金属氢氧化物、水滑石、高岭土、氧 化锌、可膨胀石墨等，此类无机阻燃剂拥有良好的阻燃性能、消烟、填充等作用，而且过程中 不会释放有毒气体，具有环境友好等特点。但是，无机阻燃剂由于其应用时添加量大，因而 会降低所制备材料的力学性能，以及由于其与高分子相容性差，导致其应用受到限制。磷系 阻燃剂主要有红磷、聚磷酸铵、磷酸酯类等，因其无卤、低毒、用量少、效率高，因而在阻燃行 业备受关注。但是磷系阻燃剂与高分子相容性差、发烟量大、耐热性差、限制了其应用。硼类 化合物具有良好的阻燃特性、无毒和抑烟作用，但由于其水解的不稳定性和价格上的因素 在一定程度上限制了它的使用。硅系阻燃剂具有改善基材的加工性能、机械性能、耐热性能 等优点，但由于加工工艺比较复杂，有的需要侧向喂料，即在高聚物加工过程中添加，因而 限制其应用。
[0003] 水滑石化合物是一类无卤阻燃剂，因其特殊的层状结构和组成而具有阻燃和抑烟 双重功能。但由于水滑石阻燃剂作为无机阻燃剂存在与高分子材料相容性较差等缺陷，从 而限制了其应用。如果能够解决其与高分子材料相容性较差这一问题，并且，如果能够进一 步提高其阻燃性能，将成为具有良好应用前景的、环保型、高性能的阻燃剂。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的之一在于针对现有技术中的不足之处而提供一种阻燃性能好、且与 高分子材料相容性好的阻燃剂。
[0005] 本发明的目的之二在于针对现有技术中的不足之处而提供一种阻燃性能好、且与 高分子材料相容性好的阻燃剂的制备方法。
[0006] 为达到上述目的之一，本发明通过以下技术方案来实现。
[0007] 提供一种阻燃剂，是由含硼有机硅树脂和水滑石复合而成，并为层状结构的复合 物。
[0008] 所述含硼有机硅树脂具有式I表示的结构：
式I; 所述含硼有机硅树脂的重均分子量为1500~2000,平均聚合度为5~10。
[0009] 为达到上述目的之二，本发明通过以下技术方案来实现。
[0010] 提供一种阻燃剂的制备方法，它包括以下步骤： 步骤一，含硼有机硅树脂和水滑石的制备： 含硼有机硅树脂的制备：由硅氧烷单体、硼酸、有机溶剂、水和催化剂反应制备含硼有 机硅树脂； 水滑石的制备：由铝盐、镁盐和十二烷基苯磺酸钠制备而成； 步骤二，将步骤一制得的水滑石过滤洗涤为中性;将含硼有机硅树脂用有机溶剂溶解， 得到溶解混合物，然后将洗涤为中性的水滑石加入到溶解混合物中，通过脱水缩合将水滑 石和含硼有机硅树脂进行复合反应，即制得所述阻燃剂。
[0011] 上述技术方案中，所述步骤一含硼有机硅树脂的制备步骤如下： 步骤A，水解反应:将苯基三乙氧基硅烷、二甲基二乙氧基硅烷、硼酸和有机溶剂混合 后，再加入催化剂和水，在一定温度下水解反应一定时间，得到水解液； 步骤B，缩聚反应:将步骤A制得的水解液通过减压蒸馏进行缩聚反应，制得所述含硼有 机硅树脂。
[0012] 上述技术方案中，所述步骤A的水解反应步骤中，所述苯基三乙氧基硅烷和所述二 甲基二乙氧基硅烷的摩尔比为1:1; 所述苯基三乙氧基硅烷和所述二甲基二乙氧基硅烷的总物质的量与所述硼酸之间的 摩尔比为1~4:1; 所述有机溶剂为无水乙醇，所述无水乙醇与所述苯基三乙氧基硅烷和所述二甲基二乙 氧基硅烷的总体积的体积比为1~3:2~4; 所述水的用量占所述苯基三乙氧基硅烷和所述二甲基二乙氧基硅烷完全水解所需的 水用量的摩尔百分比为45%~55%; 所述催化剂为摩尔浓度是2mol/L~3mol/L的盐酸;所述盐酸的体积用量占所述苯基三 乙氧基硅烷和所述二甲基二乙氧基硅烷的总体积的4%~6%。
[0013] 上述技术方案中，所述步骤A的水解反应步骤中，所述水解反应的温度为70°080 °C，所述水解反应的时间为1 h~2h。
[0014] 上述技术方案中，所述步骤B的缩聚反应步骤中，所述缩聚反应分为第一反应阶段 和第二反应阶段;所述第一反应阶段的反应温度为70°C~80°C，所述第一反应阶段的反应时 间为lh~2h;所述第二反应阶段的反应温度为110°C~120°C，所述第二反应阶段的反应时间 为0.5h~lh; 所述减压蒸馏的压强为〇. 〇3MPa~Ο. lOMPa。
[0015] 上述技术方案中，所述步骤一水滑石的制备步骤中，所述水滑石是由硝酸铝、硝酸 镁、十二烷基苯磺酸钠和水混合后，先在40°C~60°C下反应0.3h~0.8h，再升温至60°C~80°C 反应22h~26h，制得水滑石； 所述水滑石中，镁离子和铝离子的摩尔比为1~3:1，镁离子、铝离子和钠离子三者总的 摩尔浓度为〇.2M~0.5M; 所述水滑石的pH值为10.5~10.7。
[0016] 上述技术方案中，所述步骤二中，将含硼有机硅树脂用无水乙醇溶解后，得到溶解 混合物，然后将洗涤为中性的水滑石加入到溶解混合物中，在搅拌的条件下，于60°C~80°C 下通过脱水缩合将水滑石和含硼有机硅树脂进行复合反应22h~26h，得到反应混合物，然后 对反应混合物进行离心过滤，并洗涤至中性，然后于-50°0_70°C下进行冷冻干燥，即制得 所述阻燃剂。
[0017] 上述技术方案中，所述步骤二中，所述含硼有机硅树脂和所述水滑石的质量比为1 ~2:2~3〇
[0018] 本发明的有益效果： (1)本发明提供的一种阻燃剂，是由含硼有机硅树脂和水滑石复合而成，其中，含硼有 机硅树脂因同时含有硼和硅两种阻燃元素而具有良好的阻燃性能，而水滑石本身属于无机 阻燃剂，本申请通过含硼有机硅树脂中羟基与水滑石层板上的羟基进行脱水缩合，使得含 硼有机硅树脂接枝水滑石，进而合成一种由有机材料与无机材料复合的协效型的阻燃剂。 本发明所提供的一种阻燃剂，与水滑石或含硼有机硅树脂相比，均具有更加优异的阻燃性 能；并且，本发明所提供的一种阻燃剂，与水滑石相比，由于是由含硼有机硅树脂和水滑石 复合而成，因此，本发明的阻燃剂与高分子材料的相容性非常好，并且具