一种用于工程塑料表面的膨胀阻燃涂层及其制备方法与流程

本发明涉及一种用于工程塑料表面的膨胀阻燃涂层及其制备方法，属于阻燃涂层技术领域。

背景技术：

随着社会的进步，公共设施的增加，各类工程塑料产品的消费量迅速增长。而当今由高分子工程塑料引起的火灾也不断增加，造成了不必要的经济损失。因此，对高分子工程塑料进行阻燃处理以延缓火灾蔓延速度，减少生命财产损失意义重大。然而，在阻燃的处理方式上，传统的方法都是采用共混方式将阻燃剂添加到基体材料中，为了获得理想的阻燃性能，通常需要较大的添加量，这样就会导致基体的力学性能遭到破坏，从而限制了阻燃材料的应用范围。

采用阻燃涂层的方式达到阻燃目的是一种较好的方法，因为不会破坏基体的内部结构，力学性能等不会受到影响，保持了基体材料的原有性能。但是，目前鲜有将阻燃涂层应用到高分子工程塑料表面的报道。原因有二，一是由于高分子工程塑料的表面极性较低，导致涂层与基体的结合力降低，容易脱落。二是涂层的柔韧性不够，很难与某些高分子工程塑料相适应，如涂层易于在聚丙烯弯折的状态下断裂且脱落。因此，若要用涂层的方式解决高分子工程塑料的易燃问题，需要一种粘结力很强且柔韧性很高的高效阻燃涂层。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种用于工程塑料表面的膨胀阻燃涂层及其制备方法，该涂层属于无卤膨胀型高效阻燃涂层，具有良好柔韧性。

本发明提供了一种用于工程塑料表面的膨胀阻燃涂层，由以下重量份的原料制成：

成膜剂 4-7份

聚磷酸铵 3-5份

成炭剂 3-5份

9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物（DOPO） 40-45份

润湿剂 1-2份

无水乙醇 45-50份。

上述方案中，所述成膜剂为聚乙烯醇缩甲醛、聚乙烯醇缩甲乙醛的一种或两种；选取两种时，质量配比为聚乙烯醇缩甲乙醛：聚乙烯醇缩甲醛=3：1。

上述方案中，所述的润湿剂为烷基硫酸酯盐类、聚氧化乙烯脂肪酸酯、聚氧化乙烯烷基苯基醚中的一种或两种组合；选取两种时，质量配比为1:1。

上述方案中，所述成炭剂为超支化聚酰胺成炭剂，其合成方法为：

（1）在140℃-150℃温度下，将15-20份乙二胺四乙酸完全溶解于60-100份溶剂中，然后倒入三口烧瓶中；

（2）将20-45份三聚氰胺缓慢地加入三口烧瓶中，反应温度为140℃-150℃，在氮气气氛下，以100-300r/min的转速充分搅拌10min-30min后，加入2-10份催化剂，搅拌10-12小时后，得到了超支化聚酰胺成炭剂粗产物；

（3）将上述得到的具有超支化结构的成炭剂粗产物用去离子水清洗，之后在60℃-100℃下干燥8-24小时，得到超支化聚酰胺成炭剂产物。

进一步地，所述成炭剂的合成方法中，所述催化剂是二环己基碳二亚胺和4-二甲氨基吡啶。

进一步地，所述成炭剂的合成方法中，所述溶剂是二甲基亚砜或N,N-二乙基甲酰胺。

本发明提供了上述用于工程塑料表面的膨胀阻燃涂层的制备方法，包括以下步骤：

（1）在烧杯中加入无水乙醇，控制搅拌速度为800-1000r/min，然后缓慢少量多次加入成膜剂，加完后继续搅拌20-30min，直到完全溶解呈透明胶状；

（2）再取另一烧杯加入9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物，在温度为130-160℃的情况下，保持5min，直到9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物完全溶解；

（3）在130-160℃温度下，将步骤（1）中的胶状物倒入步骤（2）的溶液中，再以500-600r/min的搅拌速度充分搅拌10min-30min，得到透明的胶状物；

（4）向步骤（3）所得胶状物中依次加入聚磷酸铵、成炭剂，并且以500-600r/min的搅拌速度充分搅拌5min-10min，成为分散均匀的状态；

（5）再向步骤（4）中加入润湿剂，在搅拌速度为500-600r/min、温度为130-160℃的情况下，使无水乙醇蒸发，直至粘稠状态时停止加热。

本发明的有益效果：

（1）提高阻燃涂层的膨胀性、成炭性，使得涂层在厚度很小的情况下仍然可以获得很好的阻燃效果；

（2）提高阻燃涂层的柔韧性，使其能在工程塑料变形的同时与之一起发生形变，从而防止其因断裂而脱落；

（3）提高阻燃涂层的粘结力，使其能够牢固地粘附在工程塑料的表面；

（4）可通过调节阻燃剂的含量以及各组分的比例获得不同厚度的涂层来满足不同阻燃级别的要求；

（5）该阻燃涂层不会影响基体材料的力学性能，在遇火燃烧的情况下，涂层首先受热膨胀成炭，成为热量和氧气的隔绝层，起到保护内部基材的作用。

附图说明

图1为实施例1所得阻燃涂层与聚丙烯的表面粘附力的测试。

图2为实施例1所得阻燃涂层包覆在聚丙烯上，燃烧后的成炭微观图像。

图3为实施例1~3所得阻燃涂层包覆在聚丙烯上，不同试样在不同的涂层厚度下，其垂直燃烧的阻燃级别图。

图4为实施例1~4所得阻燃涂层包覆在聚丙烯上，不同试样在不同的涂层厚度下，其氧指数的变化曲线图。

具体实施方式

下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。

实施例1

首先，在烧杯1中加入无水乙醇45份，在高速搅拌的条件下再缓慢少量多次加入聚乙烯醇缩甲乙醛5份，加完后继续保持高速搅拌30min，直到完全溶解呈胶状，溶液呈透明状态。再取另一烧杯2，加入DOPO 40份，在温度为130℃的情况下，保持5min，直到DOPO完全溶解。在保持130℃的情况下，将烧杯1中的胶状液体倒入烧杯2中，再以500-600r/min的转速充分搅拌10min-30min。得到透明的液体。然后再依次加入聚磷酸铵4份、新型成炭剂5份、润湿剂2份。并且以500-600r/min的转速充分搅拌10min，得到分散均匀的乳液。并且保持转速和130℃的情况下，使无水乙醇蒸发，直到粘稠状态时停止加热。

对本实施例所得产品进行性能检测：

首先进行粘结力测试，采用3M胶带粘结力测试法，参考标准ASTM D3359-02，测试了涂层与基体之间的粘附力，结果见图1所示；阻燃涂层能牢固地附着于聚丙烯表面。

图2为阻燃涂层包覆在聚丙烯上，燃烧后的成炭微观图像。可以看出，燃烧后的炭层，不仅膨胀性好，而且所成炭层密实。

将本实施例所得产品记为试样1，同时按本实施例的工艺方法做两组平行实验（改变成炭剂的添加量），分别得到试样2（成炭剂添加量为4份）、试样3（成炭剂添加量为3份）；对以上3组试样进行UL94垂直燃烧和LOI氧指数的测试。

图3为UL94垂直燃烧测试图，分别取试样1、试样2、试样3阻燃涂层进行测试，阻燃涂层包覆在聚丙烯上，在不同的涂层厚度下进行测试，横坐标是涂层的厚度。图3展示了，不同的成炭剂含量的涂层，在不同厚度下的阻燃级别。

图4为LOI氧指数测试曲线图，分别取试样1、试样2、试样3阻燃涂层进行测试，阻燃涂层包覆在聚丙烯上，在不同的涂层厚度下进行测试，横坐标是涂层的厚度。图4展示了其氧指数的变化曲线图。从图3和图4中可以看出，试样1为成炭剂加入量多的试样，在其涂层厚度为95微米时，已经达到V-0级别，LOI已接近24%。阻燃效果好。

实施例2

首先，在烧杯1中加入无水乙醇45份，在高速搅拌的条件下再缓慢少量多次加入聚乙烯醇缩甲乙醛7份，加完后继续保持高速搅拌30min，直到完全溶解呈胶状，溶液呈透明状态。再取另一烧杯2，加入DOPO 40份，在温度为130℃的情况下，保持5min，直到DOPO完全溶解。在保持130℃的情况下，将烧杯1中的胶状液体倒入烧杯2中，再以500-600r/min的转速充分搅拌10min-30min。得到透明的液体。然后再依次加入聚磷酸铵4份、新型成炭剂3份、润湿剂2份。并且以500-600r/min的转速充分搅拌10min，得到分散均匀的乳液。并且保持转速和130℃的情况下，使无水乙醇蒸发，直到粘稠状态时停止加热。

实施例3

首先，在烧杯1中加入无水乙醇46份，在高速搅拌的条件下再缓慢少量多次加入聚乙烯醇缩甲乙醛7份，加完后继续保持高速搅拌30min，直到完全溶解呈胶状，溶液呈透明状态。再取另一烧杯2，加入DOPO 45份，在温度为130℃的情况下，保持5min，直到DOPO完全溶解。在保持130℃的情况下，将烧杯1中的胶状液体倒入烧杯2中，再以500-600r/min的转速充分搅拌30min。得到透明的液体。然后再依次加入聚磷酸铵3份、新型成炭剂4份、润湿剂2份。并且以500-600r/min的转速充分搅拌10min，得到分散均匀的乳液。并且保持转速和130℃的情况下，使无水乙醇蒸发，直到粘稠状态时停止加热。

实施例4

首先，在烧杯1中加入无水乙醇45份，在高速搅拌的条件下再缓慢少量多次加入聚乙烯醇缩甲乙醛4份，加完后继续保持高速搅拌30min，直到完全溶解呈胶状，溶液呈透明状态。再取另一烧杯2，加入DOPO 40份，在温度为130℃的情况下，保持5min，直到DOPO完全溶解。在保持130℃的情况下，将烧杯1中的胶状液体倒入烧杯2中，再以500-600r/min的转速充分搅拌10min-30min。得到透明的液体。然后再依次加入聚磷酸铵5份、新型成炭剂4份、润湿剂2份。并且以500-600r/min的转速充分搅拌10min，得到分散均匀的乳液。并且保持转速和130℃的情况下，使无水乙醇蒸发，直到粘稠状态时停止加热。