阅读说明：本技术 一种含有机硅聚合物的阻燃材料 (Flame-retardant material containing organic silicon polymer ) 是由 不公告发明人 于 2019-11-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种有机硅聚合物的阻燃材料,包括以下成分：有机硅聚合物,次磷酸盐；其中,有机硅聚合物为主链上含有一个或多个羟基的有机硅聚合物；有机硅聚合物和次磷酸盐的摩尔比＝2:1-4:1。在遇到高温直接燃烧时,次磷酸盐会形成游离的金属离子,与有机硅聚合物中的官能团实现瞬时偶联反应,从而形成线状或网状的有机硅聚合物。此种链状或网状的高聚物的形成过程时间极短；并且具有均匀致密的特性,能覆盖在阻燃材料所附着的材料上,形成坚固、致密、高温不易穿透的隔离膜,从而起到有效的阻燃作用。(The invention relates to a flame-retardant material of an organic silicon polymer, which comprises the following components: silicone polymers, hypophosphite salts; wherein the organic silicon polymer is an organic silicon polymer containing one or more hydroxyl groups on a main chain; the molar ratio of silicone polymer to hypophosphite is 2:1 to 4:1. When the linear or reticular organic silicon polymer is directly combusted at high temperature, the hypophosphite can form free metal ions to realize instantaneous coupling reaction with functional groups in the organic silicon polymer, so that the linear or reticular organic silicon polymer is formed. The forming process time of the chain or net-shaped high polymer is extremely short; and the flame-retardant coating has the characteristics of uniformity and compactness, can be covered on materials attached to the flame-retardant material to form a firm and compact isolating membrane which is not easy to penetrate at high temperature, and thus has an effective flame-retardant effect.)

一种含有机硅聚合物的阻燃材料

技术领域

本发明属于阻燃材料领域，具体涉及一种含氨基硅油的阻燃材料。

背景技术

近几十年以来，各国均采用阻燃材料来制造电子电气设备，使得遇火灾时的设备安全水平有大幅度的升高。阻燃尼龙自上世纪70年代以来，成为阻燃材料的主流，在汽车制造、电子电气等领域中有广泛的应用。以往人们多使用含卤阻燃尼龙66材料，然而含卤的阻燃材料在燃烧时会产生卤化氢，导致对电路系统和其他金属的腐蚀，同时含卤的阻燃材料燃烧时也会产生其它有毒气体，对人体呼吸系统造成刺激和伤害。因此人们研究开发无卤阻燃材料代替含卤阻燃材料。

有机硅聚合物是阻燃体系常用助剂，由于其具有良好的惰性和分散性，以及可加工性，因此作为阻燃材料用于工程塑料的中层或外层。其作用是在遇火燃烧时，有机硅及相关化合物或聚合物能生成碳化硅焦化层和碳化物，从而起到隔热隔氧的作用，抑制进一步的燃烧。

有前人研究了有机硅聚合物与氢氧化镁、硼酸锌、红磷等材料物理复配后所组成的复合阻燃材料，均有良好的阻燃效果，对内层有较好的保护作用。然而，有机硅聚合物作为阻燃材料的外层也有其不足之处，在于与其他物质复配后协同效果依然不是很明显，且阻燃区域不均匀，火苗或高温极有可能从薄弱的未形成碳化硅焦化层和碳化物的区域涌入到阻燃层内层，从而逐步破坏阻燃层的功效，使得阻燃效果大打折扣。因此亟需找到一种能与有机硅聚合物具有良好相容性和快速反应性的材料，能在高温燃烧下迅速与有机硅聚合物形成致密均匀的阻燃层结构。

发明内容

次磷酸盐是近年来研究较多的一类阻燃添加剂，其代表产品为次磷酸铝，具有热稳定性好、耐水性好、阻燃效果明显等优点。多用于ABS、PET等工程塑料的阻燃，收到了良好的效果。

然而次磷酸盐与有机硅聚合物共混所形成的阻燃材料很少有人报道。本发明旨在将次磷酸铝与有机硅聚合物进行均匀的物理共混后，提供一种新的阻燃层结构，应用在阻燃材料的外层结构中。令人意外的发现，次磷酸盐与有机硅聚合物二者相容性良好，能形成均匀轻薄的材料，应用于阻燃材料的外层结构中。进一步地，在遇到高温直接燃烧时，次磷酸盐会形成游离的金属离子，与有机硅聚合物中的官能团实现瞬时偶联反应，从而形成线状或网状的有机硅聚合物。此种有机硅聚合物本质上是一种金属碳化硅焦化层，具有致密的密度、耐热性和良好的扩展性，足以对整个阻燃材料进行全面覆盖，从而实现优异的阻燃作用。

本发明通过以下技术手段得以实现。

一种含有机硅聚合物的阻燃材料，包括以下成分：

有机硅聚合物，

次磷酸盐；

其中，有机硅聚合物为主链上含有一个或多个羟基的有机硅聚合物；

有机硅聚合物和次磷酸盐的摩尔比＝2:1-4:1。

在高温燃烧的条件下，有机硅聚合物所含有的羟基会与次磷酸盐中的金属离子迅速发生偶联反应，从而生成链状或网状的高聚物，对阻燃材料涂覆的材料，如工程塑料实现全面覆盖。因此，阻燃材料中需要保证有机硅聚合物中有足够数量的羟基可以与次磷酸盐实现偶联反应，一般情况下应允许有机硅聚合物过量。在偶联过程中，所反应的羟基数量越多，代表偶联反应所形成的链状或网状的高聚物就越致密，阻燃效果越好。一般地，本发明中的所含羟基的偶联反应参与度在95％以上。

进一步地，所述有机硅聚合物为嵌段共聚物。

本发明优选嵌段共聚物，这是由于嵌段共聚物可以较好的保留有机硅聚合物中，不含羟基的重复单元所形成的链段的特性和规整性，因此可以尽可能多的形成晶区部分，从而使得阻燃材料更为致密；若采用无规共聚物或交替共聚物，则含有羟基的重复单元将如同“杂质”一样分散在不含羟基的重复单元中，从而破坏了不含羟基的重复单元所形成的链段的规整性，因此有机硅聚合物呈现无定型态，在硬度、致密性方面特性会有所欠缺。

进一步地，所述有机硅聚合物中的取代基仅含氢原子、烷基、羟基或烷基羟基。

进一步地，所述烷基为C1-C3的烷基，所述烷基羟基为C1-C3的烷基羟基。

为了进一步确保有机硅聚合物中重复单元的规整性，重复单元上的烷基不能太长，优选碳原子≤3的烷基基团。

进一步地，所述有机硅聚合物不含羟基的重复单元的聚合物度为50-200。

进一步地，所述有机硅聚合物含有羟基的重复单元的聚合度为1-10。

进一步地，所述有机硅聚合物中羟值为10-100mgKOH/g。

进一步地，一种无卤阻燃尼龙66材料，其中，所述抗氧剂选自于烷基苯酚、硫醚或季戊四醇酯，所述润滑剂选自于硬脂酸钙、硬脂酸镁或硬脂酸钡。所述有机硅聚合物的结构可以为以下结构中的一种：

上述所选择的有机硅聚合物均是有代表性的有机硅聚合物，可以保证有机硅聚合物的链段中有足够的羟基可以与次磷酸盐发生反应，同时确保有机硅聚合物的规整性和致密性。与以上所列出的结构具有相似特征的有机硅聚合物，也应视为落入本专利保护范围内。

进一步地，所述次磷酸盐选自次磷酸铝、次磷酸钙、次磷酸镁、次磷酸铁、次磷酸铜、次磷酸钠、次磷酸钾、次磷酸钡、或次磷酸锌。

本发明具有以下有益效果：

本发明报道了一种含有机硅聚合物的阻燃材料，包括有机硅聚合物和次磷酸盐。其中，有机硅聚合物的主链上含有一个或多个羟基。在高温燃烧的条件下，次磷酸盐会被分解为金属离子，金属离子会与有机硅聚合物上的羟基快速反应形成链状或网状的高聚物。此种链状或网状的高聚物的形成过程时间极短；并且具有均匀致密的特性，能覆盖在阻燃材料所附着的材料上，形成坚固、致密、高温不易穿透的隔离膜，足以对整个阻燃材料进行全面覆盖，从而实现优异的阻燃作用。

具体实施方式

实施例1

一种含有机硅聚合物的阻燃材料，包括以下成分：

次磷酸铝；

其中有机硅聚合物和次磷酸铝的摩尔比为2:1.

上述含有机硅聚合物的阻燃材料的制备方法如下：

将有机硅聚合物放入反应容器中，在温度为200℃的条件下加热，使得有机硅聚合物呈现良好的粘弹性，然后将次氯酸铝按所述比例加入到有机硅聚合物中，搅拌均匀，使得次氯酸铝作为分散相尽量均匀分散在有机硅聚合物的连续相中。然后成型，挤出，并冷却，得到阻燃材料。所述阻燃材料一般用作工程塑料的外层，涂覆在工程塑料外部，起到阻燃作用。

实施例2

一种含有机硅聚合物的阻燃材料，包括以下成分：

次磷酸铁；

其中有机硅聚合物和次磷酸铁的摩尔比为4:1.

上述含有机硅聚合物的阻燃材料的制备方法如下：

将有机硅聚合物放入反应容器中，在温度为220℃的条件下加热，使得有机硅聚合物呈现良好的粘弹性，然后将次氯酸铁按所述比例加入到有机硅聚合物中，搅拌均匀，使得次氯酸铁作为分散相尽量均匀分散在有机硅聚合物的连续相中。然后成型，挤出，并冷却，得到阻燃材料。所述阻燃材料一般用作工程塑料的外层，涂覆在工程塑料外部，起到阻燃作用。

实施例3

一种含有机硅聚合物的阻燃材料，包括以下成分：

次磷酸镁；

其中有机硅聚合物和次磷酸镁的摩尔比为3:1.

上述含有机硅聚合物的阻燃材料的制备方法如下：

将有机硅聚合物放入反应容器中，在温度为210℃的条件下加热，使得有机硅聚合物呈现良好的粘弹性，然后将次氯酸镁按所述比例加入到有机硅聚合物中，搅拌均匀，使得次氯酸镁作为分散相尽量均匀分散在有机硅聚合物的连续相中。然后成型，挤出，并冷却，得到阻燃材料。所述阻燃材料一般用作工程塑料的外层，涂覆在工程塑料外部，起到阻燃作用。

实施例4

将实施例1-3所制得的阻燃材料，用来作阻燃测试，同时选择市面上常见的阻燃材料作为对照样：对照样1牌号为SABIC公司的

PBT-30GF，对照样2牌号为BASF公司的

空白样选自主链中不含任何羟基结构的有机硅聚合物与次磷酸铝共混后所制得阻燃材料(摩尔比为1:1)，制备方法同实施例1。

阻燃性能的测试包括：极限氧指数(LOI)测试按照GB/T2406-80测试，试样尺寸为130mm×6.5mm×3mm；UL-94垂直燃烧等级按照GB2409-1996测试，试样尺寸为130mm×6.5mm×3mm。

所得结果如表1所示。

表1阻燃材料的测试数据

	LOI值(％)	UL-94垂直燃烧等级
			实施例1	27.8	V-0
实施例2	28.1	V-0
			实施例3	26.3	V-0
对照样1	25.4	V-0
			对照样2	25.8	V-1
空白样	21.3	V-2

从上表可以看出，在实施例和对照样和空白样三组数据对比中，实施例1-3表现出了优异的阻燃特性，具体表现为LOI值与对照样1和对照样2数值相当，甚至略优于对照样1和对照样2；并且UL-94垂直燃烧等级也是最高的V-0。然而空白样的LOI值和UL-94垂直燃烧等级却比实施例1-3有较大的差距，这印证了由于空白样中，在高温燃烧的条件下，次磷酸铝无法与不含羟基的有机硅聚合物进行化学反应形成链状或网状的高聚物，从而无法作为高效的阻燃材料而应用。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制。本领域的技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行若干推演或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。