[發(fā)明專利]一種POSS材料與碳酸鈣復合阻燃材料的制備方法

有效

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• 申請日: 2015-07-17
• 公開（公告）號: CN104961917B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設計）人: 黃映恒;羅春林;侯蕾;李燕;韋菲;覃筱燕;覃金鳳;陳清
• 申請（專利權）人: 廣西經(jīng)正科技開發(fā)有限責任公司;廣西大學;南寧沃森生態(tài)生物科技有限公司
• 主分類號: C08K9/06
• 分類號: C08K9/06;C08K3/26;C08K5/549
• 代理公司: 深圳市科吉華烽知識產(chǎn)權事務所(普通合伙)44248
• 代理人: 胡吉科

技術領域

本發(fā)明涉及一種POSS材料與碳酸鈣復合阻燃材料的制備方法。

背景技術

多面體籠型倍半硅氧烷(Polyhedral Oligomeric Silsesquioxanes,POSS)是由無機核Si-O-Si骨架及圍繞在無機核周圍的有機“臂”R構成，具有三維多面體結(jié)構，是新型有機/無機雜化材料和新型環(huán)境友好材料。由于POSS無機核Si-O-Si骨架的特殊結(jié)構，因而一般都具有非常還的耐熱性，受熱后的殘余物為SiO₂，且含量非常高，能賦予高分子復合材料優(yōu)良的熱穩(wěn)定性能，可以用于改善聚合物的阻燃性。而有機“臂”R，可以通過物理作用和化學鍵合等途徑，改善POSS和高分子聚合物之間的相容性，使POSS復合材料能夠在高分子聚合物材料中能夠均勻分散。

不完全縮合七甲基三羥基七聚倍半硅氧烷的結(jié)構式為：

近年來，以塑料為主的高分子材料廣泛應用于電子電器、交通運輸、建筑、通訊電纜、航空航天等各個領域。但由于高分子材料主要是由碳、氫元素組成，大多數(shù)是極易燃燒的。如果不考慮高分子材料的阻燃性，往往會造成火災等損失較大的事故，給人們的日常生活以及國家的財產(chǎn)造成極大的損失。為了降低高分子材料的易燃性，防止火災事故，減少經(jīng)濟損失的同時還要做到綠色環(huán)保，所以環(huán)境友好型的阻燃劑越來越受到人們的重視，同時環(huán)境友好型的阻燃劑也是阻燃技術發(fā)展的必然趨勢

目前，在現(xiàn)有的常用阻燃劑中，含氯或溴等鹵素阻燃劑，在市場上占有相當大的比例。其阻燃效率高、用量少，對材料的性能影響小。然而，研究表明這類阻燃劑的使用會對環(huán)境造成污染，不符合歐盟出臺的RoHS禁令。隨著人們環(huán)保意識的增強，環(huán)境友好型阻燃劑研究和開發(fā)已成為阻燃技術的一大熱點。其中，硅系阻燃劑就是綠色阻燃劑之一。多面體籠型倍半硅氧烷是一種新型的有機/無機雜化的硅系阻燃劑，具有無毒、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)點，既是一種成煙型抑制劑，又是一種無鹵阻燃劑。添加到高分子材料中的POSS阻燃劑，燃燒達到一定溫度時POSS的“籠型”結(jié)構開始丟失，生成的SiO₂、SiOxCy、SiC等炭化物具有隔氧絕熱效果，在抑制高分子材料燃燒擴散過程起到很好的作用。同時，由于POSS單體本身具有較高的熱穩(wěn)定性，再加上納米尺寸效應，使得POSS單體與高分子材料結(jié)合得比較緊密，這樣就限制了高分子材料鏈的運動，從而就更加提高了高分子材料的阻燃性能。但是，POSS合成制備的工藝復雜，水解反應過程很難控制，生產(chǎn)成本高，阻礙了POSS大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)和實用化進程。

碳酸鈣(CaCO₃)是一種十分重要的功能型無機填料，來源廣、價格低廉、無毒無味、無刺激性，被廣泛應用在塑料和橡膠工業(yè)中。同時，由于碳酸鈣在燃燒過程中受熱分解生成氧化鈣和惰性的二氧化碳氣體，并吸收大量熱量，能降低燃燒體系的溫度，分解釋放出的二氧化碳氣體能稀釋材料燃燒區(qū)域的氧氣濃度，生成的氧化鈣是良好的耐火材料，覆蓋于高聚物表面，阻止熱量和氧氣進入到下層的基體中，提高了材料在高溫時的熱穩(wěn)定性，降低了材料的熱分解速率以及延緩了材料的進一步降解，從而提高了材料的阻燃性能。因此，CaCO₃是很有希望的環(huán)境友好型的綠色阻燃劑，適用于環(huán)氧樹脂，聚氨酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯等。

目前，國內(nèi)外相關報道的POSS應用于高分子材料阻燃方面多集中在單一的POSS單體添加到高分子材料中，也很少有資料報道經(jīng)過表面改性的碳酸鈣(CaCO₃)添加到高分子材料當中作為阻燃劑。同時，將POSS和碳酸鈣制備成“POSS/CaCO₃復合阻燃材料”的文獻和專利至今也未見報道。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決以上技術問題，本發(fā)明提供一種POSS材料與碳酸鈣復合阻燃材料的制備方法，包括以下幾個步驟：

步驟A：將三氯甲基硅烷和丙酮加入到具有回流裝置容器的恒溫磁力攪拌水浴槽中，加熱攪拌，得到均勻混合溶液，然后一邊攪拌一邊將蒸餾水滴加入混合溶液中；

步驟B：升溫保持回流；

步驟C：將碳酸鈣配制成水漿，γ―氨丙基三乙氧基硅烷配制成干基重量為2％～3％的水分散液改性劑，分別稱取KH550水分散液改性劑以及配制好的碳酸鈣水漿，放入高速分散機中，在常溫下分散反應，然后再將改性好的CaCO₃漿液置于超聲波清洗儀中，超聲振蕩，使CaCO₃充分分散在溶液中，最后得到均勻分散的改性CaCO₃漿液；