一种阻燃固体润滑材料的阻燃改性方法
【专利摘要】本发明涉及一种阻燃固体润滑材料的阻燃改性方法，该方法是指一种通过三聚氰胺甲醛树脂微胶囊化聚磷酸铵粉末并将其添加到固体润滑材料中得到阻燃固体润滑材料的方法，包括如下步骤：（1）采用三聚氰胺与甲醛溶液反应得到预聚体，再将预聚体分散到含有聚磷酸铵的乙醇溶液中，控制反应条件在聚磷酸铵表面形成一层三聚氰胺甲醛树脂；（2）将干燥后的微胶囊聚磷酸铵与季戊四醇，固体润滑材料进行熔融共混，得到固体混合物。（3）将固体混合物140-150℃的条件下热压成型。本发明工艺简单，材料来源广泛，所得的材料具有一定的阻燃特性,可以用于各种需要维护的机械润滑。
【专利说明】一种阻燃固体润滑材料的阻燃改性方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种阻燃固体润滑材料的阻燃改性方法，属于阻燃材料的【技术领域】。【背景技术】
[0002]固体润滑材料可以用于高低温、高真空、强辐射，以及粉尘、潮湿、海水等恶劣环境中；可以在不能使用润滑油的环境条件下使用；重量轻、体积小、不像使用润滑油那样需要密封、储存罐和供液系统；减轻了维护保养的工作量和费用。各种高分子材料如聚四氟乙烯、聚乙烯、尼龙、聚甲醛、聚苯硫醚等均可充当固体润滑材料，这些高分子材料除了以粉末形式作为润滑添加剂外，一般都作为基材添加其他固体润滑助剂(如二硫化钥、石墨、金属粉末等)后制作成了高分子基复合润滑材料。一般的高分子基材都是易燃的，在运输、使用过程中存在安全隐患，使用范围也被限制，且经过改性的新型阻燃高分子基固体润滑材料很少报道。让高分子材料具有阻燃能力通常方法是往其中加入阻燃添加剂。
[0003]近几年，无卤阻燃剂阻燃高分子引起了很大关注。随全球环保呼声的高涨，阻燃剂环保要求日渐提高，膨胀型阻燃剂属于无卤阻燃剂的一种，具有很好的应用前景。膨胀型阻燃剂组成通常包含有三种组分:酸源，碳源(或成炭剂)，气源。作为酸源的物质通常为无机酸，例如聚磷酸铵(APP);成炭剂通常为多羟基化合物，例如季戊四醇(PER)，淀粉；气源为在加热条件下能产生气体的物质，例如三聚氰胺(MEL)，尿素等等。但是大部分的膨胀型阻燃体系都存在潮解与阻燃基体相容性差等问题。例如，作为膨胀型阻燃体系的重要的组分APP容易吸水潮解，迁出基体，并且与有机物基体的相容性较差。尤其是作为固体润滑材料的阻燃添加剂时，APP与固体润滑材料较差的相容性势必影响改性后固体润滑材料的阻燃性能。为了解决APP应用在此存在的问题，提高其抗水性和与基体相容性，通常采用对APP进行表面改性，例如采用偶联剂和 微胶囊化技术。三聚氰胺甲醛树脂是广泛使用的微胶囊囊壁材料。
【发明内容】
[0004]针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种固体润滑材料的阻燃改性方法，该方法工艺简单。与聚磷酸铵相比，微胶囊聚磷酸铵作为阻燃填料可以显著地提高该与材料的相容性，同时也能提高其阻燃性能。
[0005]为达到上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的:
固体润滑棒材料的阻燃改性方法，包括以下步骤:
(1)制备三聚氰胺甲醛预聚体:将三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩尔比1:3加入到500ml三口烧瓶中，使用10%Na2C03溶液调节混合物PH=8_10，水浴加热到80°C并保温lh，反应过程始终搅拌，最终制得三聚氰胺甲醛预聚体，即在聚磷酸铵表面形成一层三聚氰胺甲醛树脂；
(2)制备微胶囊聚磷酸铵:将60g聚磷酸铵分散到150ml乙醇中，分散结束后的溶液加入到三口烧瓶中，同时加入步骤(1)中制得的三聚氰胺甲醛预聚体溶液，稀硫酸调节混合物的PH=4-5，水浴加热混合物温度到70°C，保温2h，反应过程始终搅拌；反应完全后样品冷却到室温，过滤，用蒸馏水洗涤，105°C干燥后，得到微胶囊聚磷酸铵粉末；
(3)制备阻燃固体润滑材料
a、选取季戊四醇、固体润滑材料和步骤(2)中制得的微胶囊聚磷酸铵，将原料混合，得到共混物；其中，各组分所占质量百分数为:微胶囊聚磷酸铵15~25%，固体润滑材料65~75%和季戊四醇5~10% ;所述的固体润滑材料包括聚醋酸乙烯酯、润滑油脂、石墨、松香和硬脂酸；
b、将步骤a中制得的共混物在熔融状态下进行混合，得固体混合物；熔融的工艺条件为:温度140~150°C，转速为70~90rpm，时间为10~30min ；
C、将步骤b中制得的熔融混合物进行压力复合成型，温度为140~150°C，压力为I~2MPa，时间为3~5min，冷却后即得到阻燃固体润滑材料。
[0006]所述步骤(2)中微胶囊聚磷酸铵的溶解度为0.0866g/100ml。
[0007]本发明的有益效果如下:
未经包覆的聚磷酸铵是一种无机物质，与有机组分较多的固体润滑材料天然相容性差，加上聚磷酸铵粉末本身容易吸水颗粒之间极易团聚在一起，在与固体润滑材料混合过程中不容易分散，得到的阻燃固体润滑材料横断面可以观察到聚磷酸铵团聚现象产生的白色斑点；在本发明中，经过包覆的聚磷酸铵表面被一层有机的刚性外壳包覆，导致颗粒之间不易吸潮团聚，在与固体润滑材料混合后得到的阻燃材料内部无明显的聚磷酸铵团聚现象；微胶囊聚磷酸铵 在固体润滑材料中分散度的提高，一定程度上也提高了体系的阻燃性能；因此本发明采用三聚氰胺与甲醛包覆聚磷酸铵制得微胶囊聚磷酸铵，再将微胶囊聚磷酸铵与固体润滑材料混合后热压复合成型的工艺，具有环保、工艺简单、快捷、高效的特点。
[0008]本发明获得的固体润滑材料的阻燃加工方法简单，其采用的聚磷酸铵与季戊四醇都为环境友好型阻燃剂，在使用过程中不会对环境造成污染。本发明工艺简单，材料来源广泛，所得的材料具有一定的阻燃特性，可以用于机车轮缘间的机械润滑。
【专利附图】
【附图说明】
[0009]图1为微胶囊聚磷酸铵的透射电镜图；
图2为原产品固体润滑材料、聚磷酸铵改性产品和实施例1中制得的产品横截面放大对比图；
图3为实施例2中制得的产品横截面放大图；
图4为实施例3中制得的产品横截面放大图；
图5为实施例4中制得的产品横截面放大图；
图6为实施例5中制得的产品横截面放大图；
图7为实施例6中制得的产品横截面放大图；
图8为实施例7中制得的产品横截面放大图。
【具体实施方式】
[0010]下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。[0011]实施例1
本发明阻燃固体润材料的阻燃改性方法，包括如下步骤:
(1)制备三聚氰胺甲醛预聚体:三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩尔比1:3加入到500ml三口烧瓶中，使用10%Na2C03溶液调节混合物PH=8，水浴加热到80°C并保温lh，反应过程始终搅拌，最终制得三聚氰胺甲醛预聚体，即在聚磷酸铵表面形成一层三聚氰胺甲醛树脂；
(2)制备微胶囊聚磷酸铵:将60g聚磷酸铵分散到150ml乙醇中，分散结束后的溶液加入到三口烧瓶中，同时加入步骤(1)中制得的三聚氰胺甲醛预聚体溶液，稀硫酸调节混合物的PH=4，水浴加热混合物温度到70°C，保温2h，反应过程始终搅拌；反应完全后样品冷却到室温，过滤，用蒸馏水洗涤，105°C干燥后，得到微胶囊聚磷酸铵粉末，微胶囊聚磷酸铵的溶解度为 0.0866g/100ml ；
(3)制备阻燃固体润滑材料:
a、按各组分所占质量百分数选取季戊四醇7.5% (国药集团化学试剂有限公司，以下实施例相同)、固体润滑材料70%(固体润滑材料包括聚醋酸乙烯酯、润滑油脂、石墨、松香和硬脂酸，实验室自制，以下实施例相同)和步骤(2)中制得的微胶囊聚磷酸铵22.5%,将原料混合，得到共混物；
b、将步骤a中制得的共混物在熔融状态下进行混合，熔融的工艺条件为:温度140°C，转速为85rpm，时间为15min，得固体混合物；
C、将步骤b中制得的固体混合物进行压力复合成型，温度为140°C，压力为1.5MPa，时间为3min，冷却后即得到阻燃固体润滑材料。
[0012]本实施例1中所得到的阻燃固体润滑材料产品，根据GB\T2046.2-2009,当试样尺寸4 mmX 10 mmX 150mm时，其所得氧指数为29%。
[0013]实施例2
本发明阻燃固体润滑材料的阻燃改性方法，包括如下步骤:
(1)制备三聚氰胺甲醛预聚体:将三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩尔比1:3加入到500ml三口烧瓶中，使用10%Na2C03溶液调节混合物PH=9，水浴加热到80°C并保温lh，反应过程始终搅拌，最终制得三聚氰胺甲醛预聚体，即在聚磷酸铵表面形成一层三聚氰胺甲醛树脂；
(2)制备微胶囊聚磷酸铵:将60g聚磷酸铵分散到150ml乙醇中，分散结束后的溶液加入到三口烧瓶中，同时加入步骤(1)中制得的三聚氰胺甲醛预聚体溶液，稀硫酸调节混合物的PH=4.5，水浴加热混合物温度到70°C，保温2h，反应过程始终搅拌；反应完全后样品冷却到室温，过滤，用蒸馏水洗涤，105°C干燥后，得到微胶囊聚磷酸铵粉末，微胶囊聚磷酸铵的溶解度为 0.0850g/100ml ；
(3)制备阻燃固体润滑材料:
a、按各组分所占质量百分数选取季戊四醇10%、固体润滑材料70%(固体润滑材料包括聚醋酸乙烯酯、润滑油脂、石墨、松香和硬脂酸，实验室自制，以下实施例相同)和步骤(2)中制得的微胶囊聚磷酸铵20%，将原料混合，得到共混物；
b、将步骤a中制得的共混物在熔融状态下进行混合，熔融的工艺条件为:温度145°C，转速为75rpm，时间为20min，得固体混合物；C、将步骤b中制得的固体混合物进行压力复合成型，温度为145°C，压力为2MPa，时间为5min，冷却后即得到阻燃固体润滑材料。
[0014]本实施例2中所得到的阻燃固体润滑材料产品，根据GB\T2046.2-2009,当试样尺寸4 mmX 10 mmX 1 50mm时，其所得氧指数为28.3%。
[0015]实施例3
本发明阻燃固体润滑材料的阻燃改性方法，包括如下步骤:
(1)制备三聚氰胺甲醛预聚体:将三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩尔比1:3加入到500ml三口烧瓶中，使用10%Na2C03溶液调节混合物PH=IO,水浴加热到80°C并保温lh，反应过程始终搅拌，最终制得三聚氰胺甲醛预聚体，即在聚磷酸铵表面形成一层三聚氰胺甲醛树脂；
(2)制备微胶囊聚磷酸铵:将60g聚磷酸铵分散到150ml乙醇中，分散结束后的溶液加入到三口烧瓶中，同时加入步骤(1)中制得的三聚氰胺甲醛预聚体溶液，稀硫酸调节混合物的PH=5，水浴加热混合物温度到70°C，保温2h，反应过程始终搅拌；反应完全后样品冷却到室温，过滤，用蒸馏水洗涤，105°C干燥后，得到微胶囊聚磷酸铵粉末，微胶囊聚磷酸铵的溶解度为 0.0845g/100ml ；
(3)制备阻燃固体润滑材料:
a、按各组分所占质量百分数选取季戊四醇12%、固体润滑材料70%(固体润滑材料包括聚醋酸乙烯酯、润滑油脂、石墨、松香和硬脂酸，实验室自制，以下实施例相同)和步骤(2)中制得的微胶囊聚磷酸铵18%，将原料混合，得到共混物；
b、将步骤a中制得的共混物在熔融状态下进行混合，熔融的工艺条件为:温度150°C，转速为90rpm，时间为30min，得固体混合物；
C、将步骤b中制得的固体混合物进行压力复合成型，温度为150°C，压力为1.5MPa，时间为5min，冷却后即得到阻燃固体润滑材料。
[0016]本实施例3中所得到的阻燃固体润滑材料产品，根据GB\T2046.2-2009,当试样尺寸4mm X 10mmX 1 50mm时，其所得氧指数为28.4。
[0017]实施例4
本发明阻燃固体润滑材料的阻燃改性方法，包括如下步骤:
(1)制备三聚氰胺甲醛预聚体:将三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩尔比1:3加入到500ml三口烧瓶中，使用10%Na2C03溶液调节混合物PH=8.5，水浴加热到80°C并保温lh，反应过程始终搅拌，最终制得三聚氰胺甲醛预聚体，即在聚磷酸铵表面形成一层三聚氰胺甲醛树脂；
(2)制备微胶囊聚磷酸铵:将60g聚磷酸铵分散到150ml乙醇中，分散结束后的溶液加入到三口烧瓶中，同时加入步骤(1)中制得的三聚氰胺甲醛预聚体溶液，稀硫酸调节混合物的PH=4.2，水浴加热混合物温度到70°C，保温2h，反应过程始终搅拌；反应完全后样品冷却到室温，过滤，用蒸馏水洗涤，105°C干燥后，得到微胶囊聚磷酸铵粉末，微胶囊聚磷酸铵的溶解度为 0.0830g/100ml ；
(3)制备阻燃固体润滑材料:
a、按各组分所占 质量百分数选取季戊四醇15%、固体润滑材料67% (固体润滑材料包括聚醋酸乙烯酯、润滑油脂、石墨、松香和硬脂酸，实验室自制，以下实施例相同)和步骤(2)中制得的微胶囊聚磷酸铵18%，将原料混合，得到共混物；
b、将步骤a中制得的共混物在熔融状态下进行混合，熔融的工艺条件为:温度148°C，转速为85rpm，时间为15min，得固体混合物；
C、将步骤b中制得的熔融混合物进行压力复合成型，温度为148°C，压力为2MPa，时间为5min，冷却后即得到阻燃固体润滑材料。
[0018]本实施例4中所得到的阻燃固体润滑材料产品，根据GB\T2046.2-2009,当试样尺寸4mm X 10 mm X 1 50mm时，其所得氧指数为29%。
[0019]实施例5
本发明阻燃固体润滑材料的阻燃改性方法，包括如下步骤:
(1)制备三聚氰胺甲 醛预聚体:将三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩尔比1:3加入到500ml三口烧瓶中，使用10%Na2C03溶液调节混合物PH=9.5，水浴加热到80°C并保温lh，反应过程始终搅拌，最终制得三聚氰胺甲醛预聚体，即在聚磷酸铵表面形成一层三聚氰胺甲醛树脂；
(2)制备微胶囊聚磷酸铵:将60g聚磷酸铵分散到150ml乙醇中，分散结束后的溶液加入到三口烧瓶中，同时加入步骤(1)中制得的三聚氰胺甲醛预聚体溶液，稀硫酸调节混合物的PH=4.8，水浴加热混合物温度到70°C，保温2h，反应过程始终搅拌；反应完全后样品冷却到室温，过滤，用蒸馏水洗涤，105°C干燥后，得到微胶囊聚磷酸铵粉末，微胶囊聚磷酸铵的溶解度为 0.0836g/100ml ；
(3)制备阻燃固体润滑材料:
a、按各组分所占质量百分数选取季戊四醇15%、固体润滑材料75%(固体润滑材料包括聚醋酸乙烯酯、润滑油脂、石墨、松香和硬脂酸，实验室自制，以下实施例相同)和步骤(2)中制得的微胶囊聚磷酸铵10%，将原料混合，得到共混物；
b、将步骤a中制得的共混物在熔融状态下进行混合，熔融的工艺条件为:温度142°C，转速为70rpm,时间为IOmin,得固体混合物；
C、将步骤b中制得的固体混合物进行压力复合成型，温度为142°C，压力为IMPa，时间为4min，冷却后即得到阻燃固体润滑材料。
[0020]本实施例5中所得到的阻燃固体润滑材料产品，根据GB\T2046.2-2009,当试样尺寸4mmX 10 mmX 150mm时，其所得氧指数为28.5%。
[0021]实施例6
本发明阻燃固体润滑材料的阻燃改性方法，包括如下步骤:
(1)制备三聚氰胺甲醛预聚体:将三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩尔比1:3加入到500ml三口烧瓶中，使用10%Na2C03溶液调节混合物PH=8.2，水浴加热到80°C并保温lh，反应过程始终搅拌，最终制得三聚氰胺甲醛预聚体，即在聚磷酸铵表面形成一层三聚氰胺甲醛树脂；
(2)制备微胶囊聚磷酸铵:将60g聚磷酸铵分散到150ml乙醇中，分散结束后的溶液加入到三口烧瓶中，同时加入步骤(1)中制得的三聚氰胺甲醛预聚体溶液，稀硫酸调节混合物的PH=4.5，水浴加热混合物温度到70°C，保温2h，反应过程始终搅拌；反应完全后样品冷却到室温，过滤，用蒸馏水洗涤，105°C干燥后，得到微胶囊聚磷酸铵粉末，微胶囊聚磷酸铵的溶解度为 0.0870g/100ml ；(3)制备阻燃固体润滑材料:
a、按各组分所占质量百分数选取季戊四醇5%、固体润滑材料70%(固体润滑材料包括聚醋酸乙烯酯、润滑油脂、石墨、松香和硬脂酸，实验室自制，以下实施例相同)和步骤(2)中制得的微胶囊聚磷酸铵25%，将原料混合，得到共混物；
b、将步骤a中制得的共混物在熔融状态下进行混合，熔融的工艺条件为:温度146°C，转速为73rpm，时间为25min，得固体混合物；
C、将步骤b中制得的固体混合物进行压力复合成型，温度为143°C，压力为1.2MPa，时间为3.5min，冷却后即得到阻燃固体润滑材料。
[0022]本实施例6中所得到的阻燃固体润滑材料产品，根据GB\T2046.2-2009,当试样尺寸4mm X 10 mm X 1 50mm时，其所得氧指数为28%。
[0023]实施例7
本发明阻燃固体润滑材料的阻燃改性方法，包括如下步骤:
(1)制备三聚氰胺甲醛预聚体:将三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩尔比1:3加入到500ml三口烧瓶中，使用10%Na2C03溶液调节混合物PH=9.7，水浴加热到80°C并保温lh，反应过程始终搅拌，最终制得三聚氰胺甲醛预聚体，即在聚磷酸铵表面形成一层三聚氰胺甲醛树脂；
(2)制备微胶囊聚磷酸铵 :将60g聚磷酸铵分散到150ml乙醇中，分散结束后的溶液加入到三口烧瓶中，同时加入步骤(1)中制得的三聚氰胺甲醛预聚体溶液，稀硫酸调节混合物的PH=5，水浴加热混合物温度到70°C，保温2h，反应过程始终搅拌；反应完全后样品冷却到室温，过滤，用蒸馏水洗涤，105°C干燥后，得到微胶囊聚磷酸铵粉末，微胶囊聚磷酸铵的溶解度为 0.0845g/100ml ；
(3)制备阻燃固体润滑材料:
a、按各组分所占质量百分数选取季戊四醇15%、固体润滑材料65%(固体润滑材料包括聚醋酸乙烯酯、润滑油脂、石墨、松香和硬脂酸，实验室自制，以下实施例相同)和步骤(2)中制得的微胶囊聚磷酸铵20%，将原料混合，得到共混物；
b、将步骤a中制得的共混物在熔融状态下进行混合，熔融的工艺条件为:温度150°C，转速为90rpm，时间为25min，得固体混合物；
C、将步骤b中制得的固体混合物进行压力复合成型，温度为150°C，压力为2MPa，时间为5min，冷却后即得到阻燃固体润滑材料。
[0024]本实施例7中所得到的阻燃固体润滑材料产品，根据GB\T2046.2-2009,当试样尺寸4mm X 10 mm X 1 50mm时，其所得氧指数为28.6%。
[0025]本发明所列举的各原料都能实现本发明，各原料的上下限取值以及其区间值都能实现本发明，本发明工艺参数(如温度、时间等)的上下限取值以及其区间值都能实现本发明，在此不列举实施例。
[0026]上述实施例仅用于解释说明本发明的发明构思，而非对本发明权利保护的限定，凡利用此构思对本发明进行非实质性的改动，均应落入本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种阻燃固体润滑材料的阻燃改性方法，其特征在于包括以下步骤:(1)制备三聚氰胺甲醛预聚体:将三聚氰胺和37%的甲醛溶液按照摩尔比1:3加入到500ml三口烧瓶中，使用10%Na2C03溶液调节混合物PH=8-10，水浴加热到80°C并保温lh，反应过程始终搅拌，最终制得三聚氰胺甲醛预聚体，即在聚磷酸铵表面形成一层三聚氰胺甲醛树脂； (2)制备微胶囊聚磷酸铵:将60g聚磷酸铵分散到150ml乙醇中，分散结束后的溶液加入到三口烧瓶中，同时加入步骤(1)中制得的三聚氰胺甲醛预聚体溶液，稀硫酸调节混合物的PH=4-5，水浴加热混合物温度到70°C，保温2h，反应过程始终搅拌；反应完全后样品冷却到室温，过滤，用蒸馏水洗涤，105°C干燥后，得到微胶囊聚磷酸铵粉末； (3)制备阻燃固体润滑材料: a、选取季戊四醇、固体润滑材料和步骤(2)中制得的微胶囊聚磷酸铵，将原料混合，得到共混物；其中，各组分所占质量百分数为:微胶囊聚磷酸铵15~25%，固体润滑材料65~75%和季戊四醇5~15% ;所述的固体润滑材料包括聚醋酸乙烯酯、润滑油脂、石墨、松香和硬脂酸； b、将步骤a中制得的共混物在熔融状态下进行混合，得固体混合物；熔融的工艺条件为:温度140~150°C，转速为70~96rpm，时间为10~30min ； C、将步骤b中制得的固体混合物进行压力复合成型，温度为140~150°C，压力为I~2MPa，时间为3~5min，冷却后即得到阻燃固体润滑材料。
2.如权利要求1所述阻燃固体润滑材料的阻燃改性方法，其特征在于:所述步骤(2)中微胶囊聚磷酸铵的溶解 度为0.0866g/100ml。
【文档编号】C10M125/24GK103965989SQ201410186154
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】黄坤, 黄樟华 申请人:浙江宝晟铁路新材料科技有限公司