本發(fā)明涉及阻燃劑領(lǐng)域，尤其涉及一種苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球、復(fù)合材料及應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、環(huán)氧樹脂是一種熱固性樹脂，具有優(yōu)異的粘結(jié)性、機(jī)械性能、耐腐蝕和電氣絕緣性。它是由環(huán)氧氯丙烷與雙酚?a?或多元醇反應(yīng)生成的聚合物，含有兩個(gè)以上環(huán)氧基團(tuán)。環(huán)氧樹脂在固化過程中，會(huì)與硬化劑發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)，形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，因而具有良好的熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性以及尺寸穩(wěn)定性。它在電子電器、涂料、復(fù)合材料、粘合劑等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但隨著高分子材料廣泛應(yīng)用在人們的生活中，住宅火災(zāi)傷亡人數(shù)居高不下。一旦火災(zāi)發(fā)生，高分子材料較高的碳含量會(huì)成為火災(zāi)蔓延的最大幫兇之一。因此對(duì)功能化環(huán)氧樹脂的需求與日俱增，所以對(duì)具有阻燃性能的環(huán)氧樹脂有著迫切的需求。

2、現(xiàn)如今常用的阻燃劑有以下五種：鹵系阻燃劑、磷系阻燃劑、氮系阻燃劑、無機(jī)金屬阻燃劑和硅系阻燃劑。鹵系阻燃劑熱穩(wěn)定性有限，在燃燒過程中會(huì)釋放出有毒甚至致癌物，因此傳統(tǒng)的鹵系阻燃劑多被禁用，更多的在接受毒性評(píng)估。磷系阻燃劑雖然符合無鹵綠色環(huán)保的要求，但是其依舊存在揮發(fā)性大、穩(wěn)定性低及相容性差等問題，且在燃燒中會(huì)有造成二次傷害的熔滴產(chǎn)生。氮系阻燃劑熱穩(wěn)定性差，在加工過程中會(huì)出現(xiàn)分解的現(xiàn)象；耐水性差、耐沉淀性和耐遷移性差，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間加熱或長(zhǎng)時(shí)間熱水浸泡后，阻燃劑會(huì)沉淀到表面或在水中溶解，從而喪失阻燃效果。無機(jī)金屬阻燃劑雖然在燃燒時(shí)不釋放有毒氣體，且有著抑煙性能，但是阻燃效果率低、與聚合物的相容性不高，會(huì)大幅度降低材料的力學(xué)性能，因此其一般作為協(xié)效阻燃劑與其他阻燃劑復(fù)配。硅系阻燃劑以其低煙、無毒、易成炭和抗熔滴等優(yōu)點(diǎn)成為“環(huán)境友好型”無鹵阻燃劑。

3、苯基堿金屬硅倍半氧烷屬于硅系阻燃劑，是一種含有堿金屬的不完全縮聚籠形苯基倍半硅氧烷。由于金屬元素的存在，賦予了其在高分子材料中可以催化炭化的能力。又苯基堿金屬硅倍半氧烷含有七個(gè)剛性的苯基，且大小通常在1-3?nm，在引入聚合物基體時(shí)不僅能提升阻燃性能，對(duì)機(jī)械性能也會(huì)有顯著的改進(jìn)。同時(shí)苯基堿金屬硅倍半氧烷有著較高的比表面積，可以作為一個(gè)載體。

4、多金屬氧酸鹽如磷鉬酸和磷鎢酸，是一種陰離子金屬-氧團(tuán)簇，有著較高的電負(fù)性，因此可以與苯基堿金屬硅倍半氧烷，在強(qiáng)靜電作用下進(jìn)行包覆。多金屬氧酸鹽中，有著磷、鉬、鎢這幾種阻燃性元素，磷作為酸源存在在該阻燃體系中，鉬和鎢這兩種元素對(duì)聚合物及苯基堿金屬硅倍半氧烷有著催化作用，在燃燒過程中可以快速催化成炭。同時(shí)苯基堿金屬硅倍半氧烷是一種極好的抑煙劑和成炭劑，多金屬氧酸鹽和苯基堿金屬硅倍半氧烷同時(shí)作用可以發(fā)揮出更好的抑煙成炭作用。

5、因此使用分子間作用力把多金屬氧酸鹽與苯基堿金屬硅倍半氧烷結(jié)合起來，將硅-磷阻燃劑復(fù)配使用實(shí)現(xiàn)協(xié)效作用，同時(shí)可以避免磷系和硅系阻燃劑各自的缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了解決目前阻燃劑阻燃效果低的問題，提供了一種苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球、復(fù)合材料及應(yīng)用。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球的制備方法，包括以下步驟：

3、將苯基堿金屬硅倍半氧烷、多金屬氧酸鹽和有機(jī)溶劑混合，通過分子間作用力進(jìn)行包覆，得到苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球pom(mo)@poss(li)。

4、本發(fā)明以多金屬氧酸鹽、苯基堿金屬硅倍半氧烷、反應(yīng)溶劑為原料，以苯基堿金屬硅倍半氧烷為核心，利用多金屬氧酸鹽的強(qiáng)電負(fù)性，通過強(qiáng)靜電作用進(jìn)行表面包覆制備亞微米球。

5、作為本發(fā)明制備方法技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的苯基堿金屬硅倍半氧烷為含堿金屬鈉的不完全縮聚籠形苯基倍半硅氧烷或含堿金屬鋰的不完全縮聚籠形苯基倍半硅氧烷。

6、作為本發(fā)明制備方法技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述的多金屬氧酸鹽為磷鉬酸或磷鎢酸。

7、作為本發(fā)明制備方法技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述有機(jī)溶劑為乙醇、甲醇、丙酮、四氫呋喃、二氯甲烷、氯仿或二甲基亞砜。

8、作為本發(fā)明制備方法技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述苯基堿金屬硅倍半氧烷與多金屬氧酸鹽的質(zhì)量比為10~23：7~15。

9、作為本發(fā)明制備方法技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述苯基堿金屬硅倍半氧烷、多金屬氧酸鹽和有機(jī)溶劑混合反應(yīng)溫度為50~80?℃，反應(yīng)時(shí)間為18~25h。

10、第二方面，本發(fā)明提供了一種ep/pom(mo)@poss(li)復(fù)合材料的制備方法，采用所述苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球的制備方法制備獲得的苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球pom(mo)@poss(li)；

11、包括如下步驟：將環(huán)氧樹脂加熱至120~150?℃，加入pom(mo)@poss(li)攪拌均勻后，加入固化劑4,4'—二氨基二苯砜，固化獲得ep/pom(mo)@poss(li)復(fù)合材料。

12、作為本發(fā)明復(fù)合材料制備方法技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述固化溫度為150~200℃，固化時(shí)間為2~5h。

13、第三方面，本發(fā)明進(jìn)一步提供了所述苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球的制備方法制備獲得的苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球pom(mo)@poss(li)作為阻燃劑的應(yīng)用。

14、第四方面，本發(fā)明進(jìn)一步提供了一種ep/pom(mo)@poss(li)復(fù)合材料的制備方法制備獲得的ep/pom(mo)@poss(li)復(fù)合材料作為阻燃材料的應(yīng)用。

15、本發(fā)明提供的苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球、復(fù)合材料及應(yīng)用，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

16、本發(fā)明制備過程簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，原料綠色環(huán)?？沙掷m(xù)，且有機(jī)溶劑可重復(fù)性使用，苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球pom(mo)@poss(li)形貌為較光滑的球型，避免了團(tuán)聚。本發(fā)明制備出的ep/pom(mo)@poss(li)復(fù)合材料包含有抑煙成炭作用的苯基堿金屬硅倍半氧烷，以及有促進(jìn)基體催化成炭的多金屬氧酸鹽，可以大幅度的減少ep復(fù)合材料在燃燒過程中的熱量、煙霧和有毒氣體的釋放，從而對(duì)火場(chǎng)中人員的生命安全提供了保障。

技術(shù)特征：

1.苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球的制備方法，其特征在于，所述的苯基堿金屬硅倍半氧烷為含堿金屬鈉的不完全縮聚籠形苯基倍半硅氧烷或含堿金屬鋰的不完全縮聚籠形苯基倍半硅氧烷。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球的制備方法，其特征在于，所述的多金屬氧酸鹽為磷鉬酸或磷鎢酸。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)溶劑為乙醇、甲醇、丙酮、四氫呋喃、二氯甲烷、氯仿或二甲基亞砜。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球的制備方法，其特征在于，所述苯基堿金屬硅倍半氧烷與多金屬氧酸鹽的質(zhì)量比為10~23：7~15。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球的制備方法，其特征在于，所述苯基堿金屬硅倍半氧烷、多金屬氧酸鹽和有機(jī)溶劑混合反應(yīng)溫度為50~80?℃，反應(yīng)時(shí)間為18~25h。

7.一種ep/pom(mo)@poss(li)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種ep/pom(mo)@poss(li)復(fù)合材料的制備方法，其特征在于，所述固化溫度為150~200?℃，固化時(shí)間為2~5h。

9.權(quán)利要求1至6任一權(quán)利要求所述苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球的制備方法制備獲得的苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球pom(mo)@poss(li)作為阻燃劑的應(yīng)用。

10.權(quán)利要求7所述一種ep/pom(mo)@poss(li)復(fù)合材料的制備方法制備獲得的ep/pom(mo)@poss(li)復(fù)合材料作為阻燃材料的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及阻燃劑領(lǐng)域，尤其涉及一種苯基堿金屬硅倍半氧烷包覆多金屬氧酸鹽亞微米球、復(fù)合材料及應(yīng)用，本發(fā)明以多金屬氧酸鹽、苯基堿金屬硅倍半氧烷、反應(yīng)溶劑為原料，以苯基堿金屬硅倍半氧烷為核心，利用多金屬氧酸鹽的強(qiáng)電負(fù)性，通過強(qiáng)靜電作用進(jìn)行表面包覆制備亞微米球。然后將亞微米球與EP復(fù)配，得到EP/POM(Mo)@POSS(Li)復(fù)合材料。本發(fā)明制備出的復(fù)合材料包含有抑煙成炭作用的苯基堿金屬硅倍半氧烷，以及有促進(jìn)基體催化成炭的多金屬氧酸鹽，可以大幅度的減少EP復(fù)合材料在燃燒過程中的熱量、煙霧和有毒氣體的釋放，從而對(duì)火場(chǎng)中人員的生命安全提供了保障。

技術(shù)研發(fā)人員：葉新明,楊凡,張瑾凝,白健堃,李潔,李迎春,李豐超,郭晉竹
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中北大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8