专利名称：一种阻燃三醋酸纤维素薄膜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及三醋酸纤维素薄膜技术领域，具体涉及一种阻燃三醋酸纤维素薄膜及其制备方法。
背景技术：
三醋酸纤维素薄膜具有优良的热塑性、透明性和机械性能，是安全电影胶片、照相机胶卷、X光等特种胶卷的片基材料，是航天空间电源材料中的绝缘薄膜隔膜和固体推进剂包覆层等材料，还是反渗透膜的优良原材料以及液晶显示器不可或缺的重要功能性光学薄膜等，其广泛应用于多种科技领域。但是，三醋酸纤维素极限氧指数仅为18.4%，属易燃物质，所以传统的三醋酸纤维素薄膜如美国柯达、日本富士和柯尼卡美能达、德国LOFO等国外公司，以及国内乐凯和阿尔梅公司，由于磷酸三苯酯与三醋酸纤维素具有较好的相容性，通常在三醋酸纤维素中添加磷酸三苯酯作为增塑阻燃剂，使生产的三醋酸纤维素薄膜具有自熄性，但对其阻燃特性都尚未有详细说明和标准评定，而磷酸三苯酯耐热性差，挥发性大，影响了阻燃效果的稳定性。同时，据相关介绍，国内外采用流涎法生产三醋酸纤维素薄膜，基本采用二氯甲烷等有毒或易挥发有机溶剂，操作安全性差，溶剂回收成本高。随着人们生活水平的提高和对火灾安全问题的重视，世界发达国家都提升了相关材料和产品的火灾安全系数，采用了严格的阻燃标准。本发明所公开的阻燃三醋酸纤维薄膜及其制备方法，尚未见文献和专利报道，符合当前阻燃技术的发展方向，具有重要的实用价值。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种阻燃三醋酸纤维素薄膜。本发明还要解决的技术问题是提供上述阻燃三醋酸纤维素薄膜的制备方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下:一种阻燃三醋酸纤维素薄膜的制备方法，该方法包括如下步骤:(I)将强极性非质子有机溶剂和有机磷系阻燃剂与三醋酸纤维素混合，于50 80°C下搅拌溶解后，获得均相、透明、粘稠状的三醋酸纤维素溶液；其中，所述的有机磷系阻燃剂为磷酸三苯酯与其他物质的混合物，所述的其他物质为磷酸三甲苯酯、磷酸三(二甲苯)酯、亚磷酸三苯酯、间苯二酚-双-(二苯基)磷酸酯和聚磷酸铵中的任意一种或几种；阻燃剂必须与三醋酸纤维素具有较好的相容性，这样有利于材料阻燃性的提高。磷酸三苯酯与上述这些物质复配后形成的聚合型磷系阻燃剂具有分子量大、热稳定性强、有效阻燃成分高的特点；(2)将步骤(I)得到的溶液按照常规方法进行真空脱泡；(3)将步骤(2)处理 后的溶液按照常规方法进行流涎、剥离、固定、干燥、冷却处理，得到阻燃三醋酸纤维素薄膜。
步骤(I)中，所述的强极性非质子有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基-2-吡咯烷酮和N-乙基-2吡咯烷酮中的一种或几种的混合物。步骤(I)中，所述的三醋酸纤维素为白色粉粒，分子式为[C6H7O2 (OCH3)x.(OH)3-xn，X ^ 2.85，聚合度η为320 360，结合醋酸为60.0 6L 0%。步骤(I)中，有机磷系阻燃剂的重量为三醋酸纤维素重量的10 20%。三醋酸纤维素内阻燃剂如果小于5重量％，由于阻燃成分过低而失去有效的阻燃效果，如果含量大于30重量％，由于增塑作用过强会影响到薄膜材料的机械性能，优选阻燃剂含量为12 20%。步骤(I)中，强极性非质子有机溶剂的重量占整个三醋酸纤维素溶液体系重量的70 90%。步骤(2)中，所述的常规方法为，在50 60°C下，将三醋酸纤维素溶液进行0.5小时的真空脱泡，然后平衡I 2小时。步骤(3)中，所述的常规方法为，步骤(2)处理后的溶液通过刮刀均匀流涎于洁净的玻璃板上，在80 110°C干燥下除去部分溶剂，获得具有自持强度的三醋酸纤维素流涎膜，经冷却从玻璃板上剥离后用框固定，置50°C烘箱内进行加热干燥至160°C，充分除去薄膜内的溶剂，经冷却即得。按照上述阻燃三醋酸纤维素薄膜的制备方法制备得到的阻燃三醋酸纤维素薄膜。其中，所述的薄膜厚度为50 μ m。薄膜的厚度可以通过刮刀与玻璃板之间的间距进行控制。有益效果:本发明的制备方法操作简单、安全性好、原料来源方便、成本低、选用的阻燃剂对环境友好、不涉及也不产生腐蚀性物质，有机溶剂使用种类少且易回收和循环使用。制备的阻燃三醋酸纤 维素薄膜，在保有其固定优良性能的基础上，薄膜的阻燃性能可达到 UL94V-0 级。
具体实施例方式根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。以下实施例阻燃性能采用UL94垂直燃烧试验的方法评价。实施例1:室温下，先将262.5g的N，N- 二甲基乙酰胺(DMAC)放入溶解瓶中，再加入2.5g磷酸三苯酯(TPP)和5.0g间苯二酚-双-(二苯基)磷酸酯(RDP)，搅拌均匀后加入42.5g三醋酸纤维素(TAC)，于50 80°C的温度范围内搅拌3小时进行充分溶解获得均相透明粘稠状的三醋酸纤维素溶液。在50 60°C下，将上述溶液进行30分钟左右的真空脱泡，充分除尽溶液内的气泡然后平衡I 2小时。将平衡后的溶液通过刮刀均匀流涎于洁净的玻璃板上，置烘箱内80 110°C下干燥15分钟至25分钟，除去部分溶剂，获得具有自持强度的三醋酸纤维素流涎膜，经冷却后从玻璃板上剥离，用框固定，置50°C烘箱内进行程序加热干燥至160°C，充分除去薄膜内的溶剂，经冷却即得阻燃三醋酸纤维素薄膜。具体的程序加热干燥工艺为:从50°C加热升温至100°c，保持20分钟；继续升温至140°C保持20分钟；继续升温至160°C保温10分钟，自然冷却至室温。薄膜的厚度通过调节刮刀与玻璃板的间距进行有效控制，薄膜最终厚度为50 μ m。采用UL94垂直燃烧试验方法，薄膜的阻燃性能达到了 UL94V-0的阻燃级别。薄膜的抗拉强度大于lOOMPa，断裂伸长率大于60%。实施列2:室温下，将200.0g的N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)放入溶解瓶中，再加入3.0g磷酸三苯酯(TPP)、3.5g间苯二酚-双-(二苯基)磷酸酯(RDP)和1.5g聚磷酸胺(APP)搅拌均匀后加入42.0g三醋酸纤维素(TAC)，于50 80°C温度范围内搅拌3小时进行充分溶解，获得均相透明粘稠状的三醋酸纤维素溶液。按实施例1的制膜方法，制得三醋酸纤维素薄膜，采用UL94垂直燃烧试验方法，薄膜的阻燃性能达到了 UL94V-0的阻燃级别，常规机械性能与实施例1相同。实施例3:同实施例1的方法，不同的是采用二甲基亚砜(DMSO)作为溶剂，制成的三醋酸纤维素薄膜的阻燃性能及常规机械性能与实施例1相同。
实施例4:同实施例2的方法，不同的是采用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)作为溶剂，制成的三醋酸纤维素薄膜的阻燃性能及常规机械性能与实施例2相同。实施例5:室温下将350.0g的N，N-二甲基乙酰胺(DMAC)放入溶解瓶中，再加入3.0g磷酸三苯酯(TPP)和4.0g聚磷酸铵(APP)，搅拌均匀后加入43.0g三醋酸纤维素(TAC)，于50_80°C的温度范围内搅拌3小时进行充分溶解，获得均相透明粘稠状的三醋酸纤维素溶液。按实施例1的制膜方法，制得三醋酸纤维素薄膜，阻燃性能及常规机械性能与实施例I相同。比较例1:同实施例1的方法，不同的是加入的阻燃剂为磷酸三苯酯(TPP)—种，制成的三醋酸纤维素薄膜的阻燃性能仅达到UL94V-1的阻燃级别。比较例2:室温下将350.0g的N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)放入溶解瓶中，再加0.5g磷酸三苯酯(TPP)、1.5g间苯二酚-双-(二苯基)磷酸酯(RDP)和0.5g聚磷酸铵(APP)，搅拌后加入47.5g三醋酸纤维素(TAC)，按实施列的制膜方法。制得的三醋酸纤维素薄膜阻燃性能仅达到UL94V-2的级别。比较例3:室温下，将200.0g的N，N- 二甲基甲酰胺(DMF)放入溶解瓶中再加入5.0g磷酸三苯酯、5.0g间苯二酹-双_(二苯基)磷酸酯(RDP)和2.0g聚磷酸铵,搅拌均勻后加入40.0g三醋酸纤维素按实施例的制膜方法，制得的三醋酸纤维素薄膜阻燃性能虽达到UL94V-0的阻燃级别，但薄膜的抗拉强度出现明显下降，小于70MPa，且挺度较差。
权利要求
1.一种阻燃三醋酸纤维素薄膜的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤: (1)将强极性非质子有机溶剂和有机磷系阻燃剂与三醋酸纤维素混合，于50 80°C下搅拌溶解后，获得均相、透明、粘稠状的三醋酸纤维素溶液； 其中，所述的有机磷系阻燃剂为磷酸三苯酯与其他物质的混合物，所述的其他物质为磷酸三甲苯酯、磷酸三(二甲苯)酯、亚磷酸三苯酯、间苯二酚-双-(二苯基)磷酸酯和聚磷酸铵中的任意一种或几种； (2)将步骤(1)得到的溶液按照常规方法进行真空脱泡； (3)将步骤(2)处理后的溶液按照常规方法进行流涎、剥离、固定、干燥、冷却处理，得到阻燃三醋酸纤维素薄膜。
2.根据权利要求1所述的阻燃三醋酸纤维素薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(I)中，所述的强极性非质子有机溶剂为N，N-二甲基甲酰胺、N，N-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、N-甲基-2-吡咯烷酮和N-乙基-2吡咯烷酮中的一种或几种的混合物。
3.根据权利要求1所述的阻燃三醋酸纤维素薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(I)中，所述的三醋酸纤维素为白色粉粒，分子式为[C6H7O2 (OCH3)x.(0H)3-xn，x ^ 2.85，聚合度η为320 360，结合醋酸为60.0 61.0%。
4.根据权利要求1所述的阻燃三醋酸纤维素薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(I)中，有机磷系阻燃剂的重量为三醋酸纤维素重量的10 30%。
5.根据权利要求1所述的阻燃三醋酸纤维素薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(I)中，强极性非质子有机溶剂的重量占整个三醋酸纤维素溶液体系重量的70 90%。
6.根据权利要求1所述的阻燃三醋酸纤维素薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的常规方法为，在50 60°C下，将三醋酸纤维素溶液进行0.5小时的真空脱泡，然后平衡I 2小时。
7.根据权利要求1所述的阻燃三醋酸纤维素薄膜的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的常规方法为，步骤(2)处理后的溶液通过刮刀均匀流涎于洁净的玻璃板上，在80 110°C干燥下除去部分溶剂，获得具有自持强度的三醋酸纤维素流涎膜，经冷却从玻璃板上剥离后用框固定，置50°C烘箱内进行加热干燥至160°C，充分除去薄膜内的溶剂，经冷却即得。
8.按照权利要求1 7中任意一项所述的阻燃三醋酸纤维素薄膜的制备方法制备得到的阻燃三醋酸纤维素薄膜。
9.根据权利要求8所述的阻燃三醋酸纤维素薄膜，其特征在于，薄膜厚度为50μ m。
全文摘要
本发明公开了一种阻燃三醋酸纤维素薄膜及其制备方法，将强极性非质子有机溶剂和有机磷系阻燃剂与三醋酸纤维素混合，搅拌溶解后，获得均相、透明、粘稠状的三醋酸纤维素溶液；其中，所述的有机磷系阻燃剂为磷酸三苯酯与其他物质的混合物，所述的其他物质为磷酸三甲苯酯、磷酸三(二甲苯)酯、亚磷酸三苯酯、间苯二酚-双-(二苯基)磷酸酯和聚磷酸铵中的任意一种或几种；将三醋酸纤维素溶液进行真空脱泡再进行流涎、剥离、固定、干燥、冷却处理，即得。本发明方法采用了强极性非质子有机溶剂，对环境友好，操作简单安全。该阻燃三醋酸纤维素薄膜，膜厚为50μm，采用UL94垂直燃烧试验方法，达到了V-0级。
文档编号C08K3/32GK103113624SQ20131007917
公开日2013年5月22日 申请日期2013年3月12日 优先权日2013年3月12日
发明者沈国强 申请人:宜兴市高拓高分子材料有限公司