一种基于有机硅树脂的阻燃剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及有机硅阻燃剂技术领域，具体是一种基于有机硅树脂的阻燃剂。
【背景技术】
[0002] 目前高分子材料高聚物已广泛应用于工业生产及日常生活中。大多数高分子材料 高聚物都是易燃的，在可燃固体火灾中占有主导地位。因此阻燃型的高分子材料高聚物成 为材料领域的一个重点研究方向，添加型阻燃剂是目前使用最为广泛的。目前，添加型阻燃 剂的年使用量超过100万吨。其中：（1)无机阻燃剂如氢氧化镁和氢氧化铝虽然同时具有 阻燃和抑烟作用且燃烧时不产生有毒气体和腐蚀性气体，但因所需的添加量较大而严重影 响被阻燃材料的物理、机械性能及加工性能。（2)有机卤系阻燃剂虽然具有高阻燃效率和高 性价比等特点，但因其起阻燃作用的HX是有毒的腐蚀性气体，对环境和人体有害，因此其 应用领域已受到限制，己逐渐被淘汰。（3)无卤阻燃剂（IFR)具有低烟、无毒等优点，IFR 以磷、氮、碳为主要核心成份，在受热时会产生协同阻燃效应；复配的IFR通常以聚磷酸铵 (APP)为酸源，以三聚氰胺（MEL)为发泡剂，以季戊四醇（PER)为成炭剂，受高热时可生成均 匀致密的炭质泡沫层，可隔热、隔氧、抑烟、防熔滴，具有很好的阻燃性能；但该类阻燃剂多 为亲水性的，与高聚物基材相容性差，且所需的添加量较大，影响了阻燃高分子材料高聚物 的物理性能，因此也不能满足高分子材料的需求。（4)有机硅阻燃剂是近年来发展的一种新 型高效、低毒、防熔滴、环境友好的无卤阻燃剂，也是一种成炭型抑烟剂。有机硅阻燃剂在赋 予基材优异的阻燃性能之外，还能改善基材的加工性能、耐热性能等；但因价格较贵，应用 也受到一定限制。
[0003] 据英国《聚合物降解与稳定》（PolymerDegradationandStabili ty，90:523-534, 2005)介绍，加入占体系总质量40%的由三聚氰胺硫酸铵和季戊四醇组成 的膨胀阻燃剂所制得的阻燃聚丙烯才能达到UL-94V0级别，但因添加膨胀阻燃剂的总量较 大而会导致材料的力学性能如拉伸强度和断裂强度下降。
[0004] 据美国《聚合物科学杂志》（JournalofPolymerScience,partA:Ploymer chemistry42:6163-6173, 2004)介绍，将有机蒙脱土与膨胀型阻燃剂协效阻燃聚丙烯时， 当有机蒙脱土质量占体系总质量百分含量比为4%时，可以明显降低阻燃聚丙烯的热释放 速率；但随着有机蒙脱土含量的增加（超过4%后）因团聚加剧，其阻燃效果反而下降。
[0005] 目前对于有机硅树脂的缺点在于：它的耐热性差，并且在固化后它的表面较粘。另 外，为了有效地将有机硅树脂用作LED密封剂，必须确保例如高折射性、抗裂性、表面硬度、 粘合强度和抗热冲击性的性能。
[0006] 另外，现有采用熔融共混法制得含有氮磷类膨胀阻燃剂或者含有氮磷类膨胀阻燃 剂和阻燃增效剂的阻燃聚合物虽然具有低烟无毒和耐溶滴等特性，但阻燃效果仍不够理 想，耐溶滴性还有待提高，也因所需添加的阻燃剂量较大而会使材料的力学性能如拉伸强 度、断裂强度下降，且生产成本较高。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种廉价、环保、阻燃效果好且不影响高分子材料高聚物 力学性能的基于有机硅树脂的阻燃剂。
[0008] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案： 一种基于有机硅树脂的阻燃剂，其特征在于，按照重量份的原料为：有机硅树脂30-50 份、有机硅弹性体20-40份、硫化胺10-20份、二氧化锑5-7份、硅烷偶联剂1-5份、氢氧化 钠5-10份、醇80-120份、氢氧化镁10-15份、娃藻土 5-10份、聚氧化磷5-15份、去离子水 40-60份、阻燃增效组合物2-17份； 所述有机硅树脂由式1的平均组成式表示并且包含式2的硅氧烷单元 [式1] (R3Si01/2)a(R2Si02/2)b(RSi03/2)c(Si04/2)d[式2] RlR2Si02/2 其中，在a+b+c+d为1，且R1和R2中的至少一个表示芳基的情况下，R是与硅原子直 接连接的取代基，且各自独立地表示烷氧基、羟基、环氧基或一价烃基； 所述有机硅弹性体是由A组分和B组分按重量份计为90:15-100 :10的比例混合 制备的双组份固化型橡胶；所述阻燃增效组合物按照重量份的组分为：碳纳米管1-3份、纳 米介孔分子筛1-5份、微米氮化硅2-4份、微米碳化硅3-5份。
[0009] 作为本发明进一步的方案：所述有机硅树脂式中的R1和R2各自独立地表示烷 氧基和环氧基，R3表示羟基，a是在0彡a彡0.3的范围内，b是在0 <b彡0.6的 范围内，c是在0 <c彡0.5的范围内，d是在0彡d彡0.2的范围内。
[0010] 作为本发明进一步的方案：所述有机硅弹性体的A、B组分由分别由以下重量份 计的原料制备而成： A组分：乙烯基聚硅氧烷20-30份，表面处理和活化的纳米二氧化硅1-6份，含活性基 团的硅树脂2-4份，含氢硅油交联剂1-3份，速度控制剂0. 02-0. 12份； B组分：铂系催化剂0. 03-0. 3份，二甲苯6-8份。
[0011] 所述阻燃增效组合物按照重量份的组分为：碳纳米管5份、纳米介孔分子筛5份、 纳米凹凸棒土 5份、微米氮化娃2份、微米碳化娃2份。
[0012] 作为本发明进一步的方案：按照重量份的原料为：有机硅树脂35-45份、有机硅弹 性体25-35份、硫化胺12-18份、二氧化锑5. 5-6. 5份、硅烷偶联剂2-4份、氢氧化钠6-8份、 醇90-110份、氢氧化镁12-14份、硅藻土 6-8份、聚氧化磷10-15份、去离子水50-60份、阻 燃增效组合物10-17份。
[0013] 作为本发明进一步的方案：按照重量份的原料为：有机硅树脂40份、有机硅弹性 体30份、硫化胺15份、二氧化锑6份、硅烷偶联剂3份、氢氧化钠7份、醇100份、氢氧化镁 13份、硅藻土 7份、聚氧化磷12份、去离子水55份、阻燃增效组合物13份。
[0014] 作为本发明进一步的方案：所述阻燃增效组合物按照重量份的组分为：碳纳米管 2份、纳米介孔分子筛4份、微米氮化娃3份、微米碳化娃4份。
[0015] 作为本发明进一步的方案：所述硅烷偶联剂是KH560硅烷偶联剂。
[0016] 作为本发明进一步的方案：所述醇的碳原子数为1-5个。
[0017] 与现有技术相比，本发明的有益效果是： 本发明基于有机硅树脂的阻燃剂疏水性能很好，阻燃性能显著提高，阻燃性能达到UL-94V-0级，极限氧指数可达38. 5%以上。另外，该材料的力学性能(抗拉强度、弯曲强度 和冲击强度）也得到明显改善。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合【具体实施方式】对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
[0019] 实施例1 一种基于有机硅树脂的阻燃剂，按照重量份的原料为：有机硅树脂30份、有机硅弹性 体20份、硫化胺10份、二氧化锑5份、硅烷偶联剂1份、氢氧化钠5份、醇80份、氢氧化镁 10份、硅藻土 5份、聚氧化磷5份、去离子水40份、阻燃增效组合物2份；所述阻燃增效组 合物按照重量份的组分为：碳纳米管1份、纳米介孔分子筛1份。
[0020] 所述基于有机硅树脂的阻燃剂的制备方法，具体步骤为： (1) 先将有机硅树脂、有机硅弹性体粉碎成粒径不大于2mm的颗粒，然后与硫化胺、 二氧化锑、硅烷偶联剂、氢氧化钠、氢氧化镁、硅藻土、聚氧化磷和单元醇一起加入反应釜， 在搅拌作用下，微波加热到30°C，保温3小时；所述微波加热的功率为0. 8kW，频率为 1200MHz； (2) 过滤后加去离子水萃取，静置分离，取下层液体置于反应釜中； (3) 再向反应釜中加入阻燃增效组合物，在搅拌作用下，超声处理1. 5小时；所述超声 波处理的功率为150W，频率为20kHz; (4) 冷却，过滤，洗涤反应产物，干燥后，即得到基于有机硅树脂的阻燃剂。
[0021] 本实施例产品收率为92. 3% ;在马弗炉中300°C灼烧30分钟，失重1. 5%，将产品放 置水中一周不下沉，说明疏水性能很好。
[0022] 实施例2 一种基于有机硅树脂的阻燃剂，按照重量份的原料为：有机硅树脂40份、有机硅弹性 体30份、硫化胺15份、二氧化锑6份、硅烷偶联剂3份、氢氧化钠8份、醇100份、氢氧化镁 13份、硅藻土 8份、聚氧化磷10份、去离子水50份、阻燃增效组合物13份；所述阻燃增效 组合物按照重量份的组分为：碳纳米管2份、纳米介孔分子筛4份、微米氮化硅3份、微米碳 化硅4份。
[0023] 所述基于有机硅树脂的阻燃剂的制备方法，具体步骤为： (1) 先将有机硅树脂、有机硅弹性体粉碎成粒径不大于2mm的颗粒，然后与硫化胺、 二氧化锑、硅烷偶联剂、氢氧化钠、氢氧化镁、硅藻土、聚氧化磷和单元醇一起加入反应釜， 在搅拌作用下，微波加热到30°C，保温3小时；所述微波加热的功率为0. 8kW，频率为 1200MHz； (2) 过滤后加去离子水萃取，静置分离，取下层液体置于反应釜中； (3) 再向反应釜中加入阻燃增效组合物，在搅拌作用下，超声处理1. 5小时；所述超声 波处理的功率为150W，频率为20kHz; (4) 冷却，过滤，洗涤反应产物，干燥后，即得到基于有机硅树脂的阻燃剂。
[0024] 本实施例产品收率为93. 4% ;在马弗炉中300°C灼烧30分钟，失重1. 2%，将产品放 置水中一周不下沉，说明疏水性能很好。
[0025] 实施例3 一种基于有机硅树脂的阻燃剂，按照重量份的原料为：有机硅树脂50份、有机硅弹性 体40份、硫化胺205份、二氧化锑7份、硅烷偶联剂5份、氢氧化钠10份、醇120份、氢氧化 镁15份、硅藻土 85份、聚氧化磷10份、去离子水60份、阻燃增效组合物20份；所述阻燃增 效组合物按照重量份的组分为：碳纳米管3份、纳米介孔分子筛5份、微米氮化硅4份、微米 碳化娃5份。
[0026] 所述基于有机硅树脂的阻燃剂的制备方法，具体步骤为： (1) 先将有机硅树脂、有机硅弹性体粉碎成粒径不大于2mm的颗粒，然后与硫化胺、 二氧化锑、硅烷偶联剂、氢氧化钠、氢氧化镁、硅藻土、聚氧化磷和