【技术实现步骤摘要】
本申请涉及一种高阻燃特性微球及其制备方法和应用，属于阻燃微球。
技术介绍
1、随着各种聚合物的大量使用，特别是大量作为建筑和装饰材料，火灾的危险性和危害性大大增加了。每年因为火灾造成的人员伤亡和财产损失都在上升，聚合物的易燃性已经成为扩大其应用领域的主要障碍之一。因此开发阻燃性聚合物和高分子阻燃添加剂已经是高分子材料科学研究的当务之急。
2、由于硬质聚氨酯材料内部的闭孔结构，和本身作为高分子聚合物，具有非常低的导热系数，聚氨酯材料一般也可用于房屋建筑的外墙保温材料。但是聚氨酯基体本身具有易燃性，因此容易引发聚氨酯火灾事故，为了提高聚氨酯保温材料的阻燃性并顺应时代对环保的要求，通常在聚氨酯基体中加入无卤阻燃剂得到具备阻燃性能的聚氨酯复合材料。
3、目前聚氨酯中最常见的无卤阻燃剂为可膨胀石墨，当遇到高温环境时，可膨胀石墨可急剧膨胀至自身体积的数百倍，覆盖在燃烧材料表面，形成一层致密的绝热保护碳层。同时，可膨胀石墨单位时间热释放量小、质量损失小，且膨胀产物抗氧化性和耐高温性极佳，在火灾中能够有效抵抗火焰侵袭，阻断火焰和聚合物材料之间物质和热量的进一步接触，减缓聚合物的继续燃烧，使聚合物热降解进程中热量释放峰值的时间尽量后移或使热量尽量平缓均匀地放出，最终达到阻燃的目的。
4、然而由于可膨胀石墨主要是依靠自身体积膨胀的性质进行阻燃，其在膨胀过程中与材料基体的化学结合力弱，并且膨胀后膨胀石墨之间的相互作用也较弱，因此在具体燃烧之后，膨胀石墨产生的阻燃炭层力学性能差，在受到明火冲击或热量对流易形成飞灰现象
5、专利cn201410503405.7中为了解决这一问题，将含磷化合物(多聚磷酸铵)插入石墨层间，使制得的可膨胀石墨在具有较高的膨胀容积的同时，改善膨胀石墨间的粘附力，从而获得较好的阻燃效果。该方法虽然能够在一定程度上改善可膨胀石墨在基材中的阻燃效果，但是会引入新的问题，经过改性的可膨胀石墨与聚合物基体的相容性差，难以与基体形成均匀稳定的状态，可膨胀石墨会发生沉降和团聚，进而影响产品的性能。并且该方法制备的可膨胀石墨与基体的结合力仍较弱，使得阻燃炭层与基体之间易产生分层，降低对基体的保护力度。
6、另外，一些聚合物基体燃烧过程中会产生大量毒性气体，例如hcn、hs、co、co2等，因此在聚合物燃烧初期即使能够通过可膨胀石墨实现阻燃作用，但其无法对毒性气体进行阻隔和吸收，上述气体的存在也会对人体及环境产生严重危害。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，提供了一种高阻燃特性微球及其制备方法和应用，通过该制备方法制备得到的高阻燃特性微球，其不仅能够提高阻燃炭层中膨胀石墨之间的粘附力，从而提高可膨胀石墨的阻燃效果；还能够提高可膨胀石墨与聚氨酯基体的相容性，使其能够在基体中分散均匀且不发生沉降和团聚现象，从而提高阻燃炭层对基体的保护力度；并且该微球还能够对基体燃烧时产生的毒性气体进行吸收和阻隔，进一步降低燃烧危害性。
2、根据本申请的一个方面，提供了一种高阻燃特性微球的制备方法，包括下述步骤：
3、(1)将摩尔比为(0.5-1)：1的磷酸和尿素混合，在80-100℃下反应得到磷酸脲，向所述磷酸脲中加入可膨胀石墨、分散剂、乳化剂，在80-100℃下继续搅拌得到胶体，将所述胶体置于乳化剂中乳化后转移至聚合炉中在150-240℃、10-45kpa下聚合得到复合料，将所述复合料冷却、干燥、粉碎后得到中间微球a；
4、(2)将所述中间微球a和n-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷在溶剂中混合并加热至80℃下进行反应，抽滤、洗涤、干燥得到带氨基的中间微球b；
5、(3)将单体a、甲醛类化合物和所述中间微球b在酸性催化剂下反应后，抽滤、洗涤、干燥得到中间微球c，所述单体a选自对乙酰氧基苯乙烯、双丙酮丙烯酰胺、苯亚甲基丙酮中的至少一种；
6、(4)将中间微球c置于3-巯丙基三乙氧基硅烷溶液中，在引发剂下反应后，抽滤、洗涤、干燥即得高阻燃特性微球。
7、该制备方法中，步骤(1)得到的中间微球a中石墨层间含有聚磷酸铵，能够改善可膨胀石墨间的粘附力，从而提高可膨胀石墨的阻燃效果，步骤(2)采用n-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷和中间微球a进行反应得到中间微球b，一是能够提高中间微球b与聚氨酯基材的相容性，使得可膨胀石墨与基体形成均匀稳定的状态，避免可膨胀石墨的沉降及团聚，从而提高聚合物基体的性能均匀性及可膨胀石墨对基体的阻燃均匀性；二是中间微球b中含有nh和nh2基团，既能够能够对毒性气体进行吸收，降低燃烧危害性，还能够参与异氰酸酯形成聚氨酯的反应，与聚氨酯基体形成化学键连接，提高可膨胀石墨与基体的结合力，从而使得阻燃炭层与基体紧密结合，提高对基体的保护力度，并且还能够在步骤(3)中与单体a甲醛类化合物发生反应得到中间微球c。步骤(3)制备的中间微球c由于单体a物质的存在，能够使得可膨胀石墨引入苯环、羰基、酯基、氨基等功能性基团，苯环能够对基体进行增强，提高基体的力学性能，羰基、酯基能够进一步增加与聚氨酯基体的相容性，氨基能够进一步提高与聚氨酯基体的结合点位数量及增加对毒性气体的吸附作用。由于步骤(3)中的单体a均含有双键，步骤(4)中采用3-巯丙基三乙氧基硅烷与双键进行反应，得到硅烷封端的高阻燃特性微球，能够进一步提高可膨胀石墨在基体中的分散性和稳定性，并且提高可膨胀石墨之间的粘附力，使得阻燃炭层的强度及致密性提高，从而将毒性气体进行吸附后并有效阻隔，降低毒性气体对人体的危害。
8、上述步骤(1)中得到的中间微球a使得石墨层间含有聚磷酸铵，不仅提高可膨胀石墨之间的结合力，使得阻燃炭层的强度增加，由于聚磷酸铵本身也具有阻燃性，因此能够同步提高可膨胀石墨的阻燃特性；步骤(2)-(4)中使得可膨胀石墨表面含有改性分子链，一是能够实现对毒性气体的吸附；二是提高可膨胀石墨与基体的相容性，提高可膨胀石墨的分散均匀性，避免可膨胀石墨发生沉降或团聚，还能够提高聚氨酯复合材料的性能均匀性；三是能够与聚氨酯基体进行化学结合，使得阻燃炭层与基体紧密结合，实现对毒性气体的有效阻隔，并且还能提高阻燃炭层的致密性、均匀性和力学强度，能够抵御明火冲击或热量对流冲击。
9、上述方法制备得到的高阻燃特性微球由于分散更为均匀这一特性，将其作为阻燃剂使用时，可以有效降低使用量，从而降低材料的密度，也能避免作为建筑外墙使用时质量过大而脱落的问题。
10、可选地，步骤(1)中，所述可膨胀石墨占磷酸脲重量的5-30％，所述分散剂占磷酸脲重量的0.5％，乳化剂占磷酸脲重量的0.5％。
11、上述步骤(1)中采用均质乳化工艺得到中间微球a，能够解决可膨胀石墨与聚磷酸铵乳液的难分散问题，在均质乳化机的高剪切力作用下，乳液内部形成众多小液滴，实现聚磷酸铵乳液包裹可膨胀石墨颗粒的微结构，聚合过程中可膨胀石墨颗粒可均匀分散本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高阻燃特性微球的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的高阻燃特性微球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述可膨胀石墨占磷酸脲重量的5-30％，所述分散剂占磷酸脲重量的0.5％，乳化剂占磷酸脲重量的0.5％。
3.根据权利要求1所述的高阻燃特性微球的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，中间微球A和N-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷的重量比为1：(1-2)；
4.根据权利要求1所述的高阻燃特性微球的制备方法，其特征在于，步骤(3)中单体A、甲醛类化合物和中间微球B的重量比为(1-2)：(1-3)：1；
5.根据权利要求1所述的高阻燃特性微球的制备方法，其特征在于，所述单体A选自双丙酮丙烯酰胺和苯亚甲基丙酮；
6.根据权利要求5所述的高阻燃特性微球的制备方法，其特征在于，所述双丙酮丙烯酰胺和苯亚甲基丙酮的摩尔比为3:1。
7.根据权利要求1所述的高阻燃特性微球的制备方法，其特征在于，步骤(4)中，中间微球C和3-巯丙基三乙氧基硅烷的重量比为1：(5-10)；
8.
9.权利要求1-8任一项所述的高阻燃特性微球的制备方法制备得到的高阻燃特性微球。
10.权利要求9所述的高阻燃特性微球在阻燃材料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高阻燃特性微球的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
2.根据权利要求1所述的高阻燃特性微球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述可膨胀石墨占磷酸脲重量的5-30％，所述分散剂占磷酸脲重量的0.5％，乳化剂占磷酸脲重量的0.5％。
3.根据权利要求1所述的高阻燃特性微球的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，中间微球a和n-氨乙基-3-氨丙基三乙氧基硅烷的重量比为1：(1-2)；
4.根据权利要求1所述的高阻燃特性微球的制备方法，其特征在于，步骤(3)中单体a、甲醛类化合物和中间微球b的重量比为(1-2)：(1-3)：1；
5.根据权利要求1所述的高阻燃特性...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘文正，王俊义，赵贵东，奚洪亮，陈宇，张林，张辉，
申请(专利权)人：中建八局山东新型材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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