[發明專利]一種基于倍半硅氧烷改性超薄型防火涂料聚合物基體的制備方法

無效

• 申請號: 200910054551.5
• 申請日: 2009-07-09
• 公開（公告）號: CN101597385A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 滕鑫;孟慶洋
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: C08K5/549
• 分類號: C08K5/549;C08L33/00;C08L61/06;C08L23/28;C08L61/20;C08L63/00;C08L83/00;C09D133/00;C09D161/14;C09D123/28;C09D161/32;C09D163/00;C09D183/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種POSS基超薄型鋼結構防火涂料聚合物基體的制備方法，以普通樹脂為涂料基體，倍半硅氧烷(POSS)以化學或者物理方法引入到基體中，其后在經過常規的配料、預混合、研磨和調稀等步驟得到POSS基超薄型鋼結構防火涂料。由于POSS是納米級的顆粒，并且其上有機基團具有可設計性，少量的POSS就可以起到很好的高溫阻燃效果，所以選用POSS作為阻燃劑的一種成份，可以得到真正意義上的防火阻燃的納米涂料。

背景技術

超薄型火涂料是目前國內外使用最廣泛的一種防火涂料，其特點是在常溫下呈普通涂膜，在火焰或高溫作用下，可產生比原涂層厚幾十甚至上百倍的不易燃的海綿狀炭質層，有效地阻止了外部熱源的作用，同時，產生不燃性氣體，如二氧化碳、氨氣、氯化氫和水蒸汽等，降低了可燃性氣體的濃度和空氣中氧氣的濃度，從而起到防火、阻燃作用。

防火涂料的研究和開發與阻燃劑的發展密切相關，阻燃劑的選擇對防火涂料的性能起著關鍵作用。防火涂料中所使用的阻燃劑一般被稱為阻燃體系。由于適合某種應用的阻燃體系的增加，阻燃性能的優劣就成為選擇阻燃劑的基本因素。通過對性能的最佳選擇，已獲得許多優良的阻燃體系。例如，目前市場上對無鹵體系和磷系阻燃劑的需求正在激增。但是鹵素類阻燃劑會在高溫分解時候產生有毒的氣體，而磷系阻燃劑會在阻燃過程中產生磷酸酯塑化效應而引起機械強度損失。

籠形倍半硅氧烷簡稱POSS，如下所示，R和R₁基團可以相同，也可以不同，可以是烷基、芳香基，也可以是反應性官能團。分子核心是Si-O-Si籠形骨架，外圍是有機基團，分子直徑在1.5～3nm。POSS可以很好地分散在有機聚合物中形成透明的納米復合材料，不像無機納米粒子受低分散度的限制，從而提高了材料的物理力學性能。具有廣闊的應用前景。

典型的POSS分子結構

美國航空航天局將POSS改性的復合材料應用到航天器的絕熱板中，當遇到小的缺陷時，POSS能打開硅氧骨架，形成新的骨架結構，該材料具有“自愈合”功能，同時由于POSS分子能在復合材料中達到真正意義上的分子分散，對聚合物的力學性能(如硬度、拉伸強度、模量、沖擊強度、耐磨性)、熱氧穩定性(如耐老化性、耐候性、熱穩定性)、功能性(如阻燃、阻隔、抗沾污性、耐水性)等方面都有大大的改善和提高。

近些年來，國內也有很多關于防火涂料以及POSS改性聚合物的研究。肖新顏等人(肖新顏，膨脹型防火涂料及其防火阻燃機理的研究，華南理工大學博士學位論文，1997，06)防火涂料的各種基料和阻燃劑進行了篩選，同時進行了工藝的優化選擇；然后在此基礎上進行了配方中各組分適宜范圍的探索性試驗，基料、阻燃劑和助劑的對比試驗，系統地研究了防火阻燃體系中聚磷酸按(APP)、三聚氰胺(MEL)、季戊四醇(PE)、701氨基樹脂(701A)和氯化石蠟(CP)等五個因子及其交互作用對涂料防火性能的影響，并且得出結論：涂膜越厚，其耐燃時間越長，燃燒后形成的炭質層越厚，阻燃效果越好。

張增平等人(張增平，梁國正，劉繼三，謝建強，管興華，籠型倍半硅氧烷POSS/環氧雜化樹脂體系固化反應動力學及性能研究，中國膠粘劑，2007，16(9)：1-4)為了提高環氧樹脂的耐熱性，采用籠型倍半硅氧烷(POSS)改性雙酚A型環氧樹脂E51得到有機無機雜化樹脂，研究了固化反應動力學。分析表明，POSS的加入提高了E51/DDS固化樹脂體系的熱性能。

前人對于超薄型鋼結構防火涂料的研究僅僅停留在改善其制備工藝，改善各種脫水催化劑、成炭劑和發泡劑配比，并沒有對其阻燃機理進行深入研究，并且常規的阻燃劑在高溫條件下會產生有毒有害氣體。

我們采用倍半硅氧烷以物理或者化學的方法引入到涂料基體樹脂中，制備POSS改性的涂料基體，在輔助以常規的助劑得到POSS改性的超薄型鋼結構防火涂料。在高溫下，聚合物放出大量的氣體后，倍半硅氧烷“籠型”結構開始丟失。由XPS實驗對加熱1000℃后剩余炭化物進行分析，結果表明其化學成分主要為SiO₂(45％)，SiO_xC_y(7.5％)，SiC(1.4％)，POSS單元可能在燃燒過程中有一個特殊的成炭過程。