一種用于工程塑料表面的膨脹阻燃涂層及其制備方法與流程

本發(fā)明涉及一種用于工程塑料表面的膨脹阻燃涂層及其制備方法，屬于阻燃涂層技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著社會的進(jìn)步，公共設(shè)施的增加，各類工程塑料產(chǎn)品的消費(fèi)量迅速增長。而當(dāng)今由高分子工程塑料引起的火災(zāi)也不斷增加，造成了不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因此，對高分子工程塑料進(jìn)行阻燃處理以延緩火災(zāi)蔓延速度，減少生命財產(chǎn)損失意義重大。然而，在阻燃的處理方式上，傳統(tǒng)的方法都是采用共混方式將阻燃劑添加到基體材料中，為了獲得理想的阻燃性能，通常需要較大的添加量，這樣就會導(dǎo)致基體的力學(xué)性能遭到破壞，從而限制了阻燃材料的應(yīng)用范圍。

采用阻燃涂層的方式達(dá)到阻燃目的是一種較好的方法，因?yàn)椴粫茐幕w的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能等不會受到影響，保持了基體材料的原有性能。但是，目前鮮有將阻燃涂層應(yīng)用到高分子工程塑料表面的報道。原因有二，一是由于高分子工程塑料的表面極性較低，導(dǎo)致涂層與基體的結(jié)合力降低，容易脫落。二是涂層的柔韌性不夠，很難與某些高分子工程塑料相適應(yīng)，如涂層易于在聚丙烯彎折的狀態(tài)下斷裂且脫落。因此，若要用涂層的方式解決高分子工程塑料的易燃問題，需要一種粘結(jié)力很強(qiáng)且柔韌性很高的高效阻燃涂層。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明旨在提供一種用于工程塑料表面的膨脹阻燃涂層及其制備方法，該涂層屬于無鹵膨脹型高效阻燃涂層，具有良好柔韌性。

本發(fā)明提供了一種用于工程塑料表面的膨脹阻燃涂層，由以下重量份的原料制成：

成膜劑 4-7份

聚磷酸銨 3-5份

成炭劑 3-5份

9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物（DOPO） 40-45份

潤濕劑 1-2份

無水乙醇 45-50份。

上述方案中，所述成膜劑為聚乙烯醇縮甲醛、聚乙烯醇縮甲乙醛的一種或兩種；選取兩種時，質(zhì)量配比為聚乙烯醇縮甲乙醛：聚乙烯醇縮甲醛=3：1。

上述方案中，所述的潤濕劑為烷基硫酸酯鹽類、聚氧化乙烯脂肪酸酯、聚氧化乙烯烷基苯基醚中的一種或兩種組合；選取兩種時，質(zhì)量配比為1:1。

上述方案中，所述成炭劑為超支化聚酰胺成炭劑，其合成方法為：

（1）在140℃-150℃溫度下，將15-20份乙二胺四乙酸完全溶解于60-100份溶劑中，然后倒入三口燒瓶中；

（2）將20-45份三聚氰胺緩慢地加入三口燒瓶中，反應(yīng)溫度為140℃-150℃，在氮?dú)鈿夥障拢?00-300r/min的轉(zhuǎn)速充分?jǐn)嚢?0min-30min后，加入2-10份催化劑，攪拌10-12小時后，得到了超支化聚酰胺成炭劑粗產(chǎn)物；

（3）將上述得到的具有超支化結(jié)構(gòu)的成炭劑粗產(chǎn)物用去離子水清洗，之后在60℃-100℃下干燥8-24小時，得到超支化聚酰胺成炭劑產(chǎn)物。

進(jìn)一步地，所述成炭劑的合成方法中，所述催化劑是二環(huán)己基碳二亞胺和4-二甲氨基吡啶。

進(jìn)一步地，所述成炭劑的合成方法中，所述溶劑是二甲基亞砜或N,N-二乙基甲酰胺。

本發(fā)明提供了上述用于工程塑料表面的膨脹阻燃涂層的制備方法，包括以下步驟：

（1）在燒杯中加入無水乙醇，控制攪拌速度為800-1000r/min，然后緩慢少量多次加入成膜劑，加完后繼續(xù)攪拌20-30min，直到完全溶解呈透明膠狀；

（2）再取另一燒杯加入9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物，在溫度為130-160℃的情況下，保持5min，直到9，10-二氫-9-氧雜-10-磷雜菲-10-氧化物完全溶解；

（3）在130-160℃溫度下，將步驟（1）中的膠狀物倒入步驟（2）的溶液中，再以500-600r/min的攪拌速度充分?jǐn)嚢?0min-30min，得到透明的膠狀物；

（4）向步驟（3）所得膠狀物中依次加入聚磷酸銨、成炭劑，并且以500-600r/min的攪拌速度充分?jǐn)嚢?min-10min，成為分散均勻的狀態(tài)；

（5）再向步驟（4）中加入潤濕劑，在攪拌速度為500-600r/min、溫度為130-160℃的情況下，使無水乙醇蒸發(fā)，直至粘稠狀態(tài)時停止加熱。

本發(fā)明的有益效果：

（1）提高阻燃涂層的膨脹性、成炭性，使得涂層在厚度很小的情況下仍然可以獲得很好的阻燃效果；

（2）提高阻燃涂層的柔韌性，使其能在工程塑料變形的同時與之一起發(fā)生形變，從而防止其因斷裂而脫落；

（3）提高阻燃涂層的粘結(jié)力，使其能夠牢固地粘附在工程塑料的表面；

（4）可通過調(diào)節(jié)阻燃劑的含量以及各組分的比例獲得不同厚度的涂層來滿足不同阻燃級別的要求；

（5）該阻燃涂層不會影響基體材料的力學(xué)性能，在遇火燃燒的情況下，涂層首先受熱膨脹成炭，成為熱量和氧氣的隔絕層，起到保護(hù)內(nèi)部基材的作用。

附圖說明

圖1為實(shí)施例1所得阻燃涂層與聚丙烯的表面粘附力的測試。

圖2為實(shí)施例1所得阻燃涂層包覆在聚丙烯上，燃燒后的成炭微觀圖像。

圖3為實(shí)施例1~3所得阻燃涂層包覆在聚丙烯上，不同試樣在不同的涂層厚度下，其垂直燃燒的阻燃級別圖。

圖4為實(shí)施例1~4所得阻燃涂層包覆在聚丙烯上，不同試樣在不同的涂層厚度下，其氧指數(shù)的變化曲線圖。

具體實(shí)施方式

下面通過實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但不局限于以下實(shí)施例。

實(shí)施例1

首先，在燒杯1中加入無水乙醇45份，在高速攪拌的條件下再緩慢少量多次加入聚乙烯醇縮甲乙醛5份，加完后繼續(xù)保持高速攪拌30min，直到完全溶解呈膠狀，溶液呈透明狀態(tài)。再取另一燒杯2，加入DOPO 40份，在溫度為130℃的情況下，保持5min，直到DOPO完全溶解。在保持130℃的情況下，將燒杯1中的膠狀液體倒入燒杯2中，再以500-600r/min的轉(zhuǎn)速充分?jǐn)嚢?0min-30min。得到透明的液體。然后再依次加入聚磷酸銨4份、新型成炭劑5份、潤濕劑2份。并且以500-600r/min的轉(zhuǎn)速充分?jǐn)嚢?0min，得到分散均勻的乳液。并且保持轉(zhuǎn)速和130℃的情況下，使無水乙醇蒸發(fā)，直到粘稠狀態(tài)時停止加熱。

對本實(shí)施例所得產(chǎn)品進(jìn)行性能檢測：

首先進(jìn)行粘結(jié)力測試，采用3M膠帶粘結(jié)力測試法，參考標(biāo)準(zhǔn)ASTM D3359-02，測試了涂層與基體之間的粘附力，結(jié)果見圖1所示；阻燃涂層能牢固地附著于聚丙烯表面。

圖2為阻燃涂層包覆在聚丙烯上，燃燒后的成炭微觀圖像?？梢钥闯觯紵蟮奶繉?，不僅膨脹性好，而且所成炭層密實(shí)。

將本實(shí)施例所得產(chǎn)品記為試樣1，同時按本實(shí)施例的工藝方法做兩組平行實(shí)驗(yàn)（改變成炭劑的添加量），分別得到試樣2（成炭劑添加量為4份）、試樣3（成炭劑添加量為3份）；對以上3組試樣進(jìn)行UL94垂直燃燒和LOI氧指數(shù)的測試。

圖3為UL94垂直燃燒測試圖，分別取試樣1、試樣2、試樣3阻燃涂層進(jìn)行測試，阻燃涂層包覆在聚丙烯上，在不同的涂層厚度下進(jìn)行測試，橫坐標(biāo)是涂層的厚度。圖3展示了，不同的成炭劑含量的涂層，在不同厚度下的阻燃級別。

圖4為LOI氧指數(shù)測試曲線圖，分別取試樣1、試樣2、試樣3阻燃涂層進(jìn)行測試，阻燃涂層包覆在聚丙烯上，在不同的涂層厚度下進(jìn)行測試，橫坐標(biāo)是涂層的厚度。圖4展示了其氧指數(shù)的變化曲線圖。從圖3和圖4中可以看出，試樣1為成炭劑加入量多的試樣，在其涂層厚度為95微米時，已經(jīng)達(dá)到V-0級別，LOI已接近24%。阻燃效果好。

實(shí)施例2

首先，在燒杯1中加入無水乙醇45份，在高速攪拌的條件下再緩慢少量多次加入聚乙烯醇縮甲乙醛7份，加完后繼續(xù)保持高速攪拌30min，直到完全溶解呈膠狀，溶液呈透明狀態(tài)。再取另一燒杯2，加入DOPO 40份，在溫度為130℃的情況下，保持5min，直到DOPO完全溶解。在保持130℃的情況下，將燒杯1中的膠狀液體倒入燒杯2中，再以500-600r/min的轉(zhuǎn)速充分?jǐn)嚢?0min-30min。得到透明的液體。然后再依次加入聚磷酸銨4份、新型成炭劑3份、潤濕劑2份。并且以500-600r/min的轉(zhuǎn)速充分?jǐn)嚢?0min，得到分散均勻的乳液。并且保持轉(zhuǎn)速和130℃的情況下，使無水乙醇蒸發(fā)，直到粘稠狀態(tài)時停止加熱。

實(shí)施例3

首先，在燒杯1中加入無水乙醇46份，在高速攪拌的條件下再緩慢少量多次加入聚乙烯醇縮甲乙醛7份，加完后繼續(xù)保持高速攪拌30min，直到完全溶解呈膠狀，溶液呈透明狀態(tài)。再取另一燒杯2，加入DOPO 45份，在溫度為130℃的情況下，保持5min，直到DOPO完全溶解。在保持130℃的情況下，將燒杯1中的膠狀液體倒入燒杯2中，再以500-600r/min的轉(zhuǎn)速充分?jǐn)嚢?0min。得到透明的液體。然后再依次加入聚磷酸銨3份、新型成炭劑4份、潤濕劑2份。并且以500-600r/min的轉(zhuǎn)速充分?jǐn)嚢?0min，得到分散均勻的乳液。并且保持轉(zhuǎn)速和130℃的情況下，使無水乙醇蒸發(fā)，直到粘稠狀態(tài)時停止加熱。

實(shí)施例4

首先，在燒杯1中加入無水乙醇45份，在高速攪拌的條件下再緩慢少量多次加入聚乙烯醇縮甲乙醛4份，加完后繼續(xù)保持高速攪拌30min，直到完全溶解呈膠狀，溶液呈透明狀態(tài)。再取另一燒杯2，加入DOPO 40份，在溫度為130℃的情況下，保持5min，直到DOPO完全溶解。在保持130℃的情況下，將燒杯1中的膠狀液體倒入燒杯2中，再以500-600r/min的轉(zhuǎn)速充分?jǐn)嚢?0min-30min。得到透明的液體。然后再依次加入聚磷酸銨5份、新型成炭劑4份、潤濕劑2份。并且以500-600r/min的轉(zhuǎn)速充分?jǐn)嚢?0min，得到分散均勻的乳液。并且保持轉(zhuǎn)速和130℃的情況下，使無水乙醇蒸發(fā)，直到粘稠狀態(tài)時停止加熱。