[发明专利]环氧基POSS/聚磷酸铵复合阻燃剂的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及棉纺整理领域，尤其是涉及一种环氧基POSS/聚磷酸铵复合阻燃剂的制备方法及应用。

背景技术

棉织物由于来源广泛且产量大、吸湿性、透气性较好及易降解等特点，广泛的应用于服装、装饰材料及其他领域，在世界上是非常畅销的纺织品。棉织物的极限氧指数LOI约为18，是易燃材料，如果遇到火源会迅速的燃烧，容易酿成火灾。据统计，每年发生的火灾的50％是由于纺织品的燃烧引发的，因此阻燃整理后的纺织品广泛的应用于职业安全、室内装饰、消防材料等领域。多年的科学研究及生活实践表明，合理地使用阻燃剂是有效防止及减少火灾的措施之一。因此，有必要对棉织物进行阻燃整理，以便于拓宽其应用领域。

笼型聚倍半硅氧烷(Polyhedral Oligomerie Silsesquioxane，简称POSS)是一类纳米尺度笼状结构的低聚硅氧烷，又称为立方硅烷。POSS结构规整，尺寸很小(直径为1～3nm)，并且本身就具有有机无机两部分，是一类含有RSiO_1.5结构的物质，它的内部是由Si、O组成无机骨架(内核)，外部被有机取代基即R覆盖(外壳)，是一种三维新型分子水平上有机/无机分子内杂化的复合材料，笼型聚倍半硅氧烷特殊的结构特点，使其同时具有有机材料及无机纳米材料的特性，如良好的反应性、很好的耐热性。笼型聚倍半硅氧烷在纺织品中的具有广泛的应用，如对织物拒水拒油的整理，抗皱整理，阻燃整理等。但POSS不溶于水，易溶于四氢呋喃、甲苯与氯仿等有机溶剂，在阻燃整理方面一般为熔融纺丝整理或直接以有机物为溶剂对织物进行整理，因此用于棉织物的阻燃整理有一定局限。

POSS作为阻燃剂的应用有：(1)改善橡胶、树脂的阻燃性，如：Liang等制备了不同POSS含量(0％、5％、10％、15％)的POSS/EP(环氧树脂)复合材料，SEM和TGA测试结果表明：随着POSS含量的增加，复合材料的阻燃性增加，主要是由于POSS的引入导致在EP表面形成一层SiO₂层阻止聚合物结构的进一步分解；高钧驰等利用笼型八苯基硅倍半氧烷(OPS)与三元乙丙橡胶(EPDM)制成新型复合材料，结果表明，OPS复合EPDM与纯EPDM相比，氧指数有所提高，释热速率降低，热稳定性提高，力学性能得到明显的改善；刘磊等以离子型八(四甲基铵)笼型倍半硅氧烷(OctaTMA-POSS)作为聚苯乙烯(PS)树脂的添加剂制备POSS/PS复合材料，一定量的POSS可以在PS中形成纳米纤维并呈网状分布，使复合材料的热释放速率峰值、CO和CO₂释放速率峰值和浓度峰值降低。(2)改善纤维素的阻燃性，如邵群等采用熔融纺丝的方法成功制备了POSS/PA66纳米复合纤维，发现八苯基POSS添加量为lwt％时，OP-POSS/PA66纳米复合物的起始分解温度提高了约10℃，但继续添加八苯基POSS，效果不明显；东华大学的卿凤玲等人以四氢呋喃为溶剂用P(POSS-MMA-VBFC)对棉织物进行涂层整理，结果表明POSS的引入使得棉的阻燃性提高。

目前POSS阻燃剂在纺织品上的应用除了用于熔融纺丝生产化纤外，在天然织物上的应用，一般以四氢呋喃等有机物为溶剂对织物进行涂层整理，成本较高且容易对环境造成污染。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种与棉织物结合度高、阻燃效果好的环氧基POSS/聚磷酸铵复合阻燃剂的制备方法及应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

环氧基POSS/聚磷酸铵复合阻燃剂的制备方法，采用以下步骤：

(1)环氧基POSS的合成

(1-1)在搅拌情况下，向四甲基氢氧化铵的异丙醇溶液中滴加3-缩水甘油丙氧基三甲氧基硅烷的异丙醇溶液；

(1-2)滴加结束后，在室温条件下继续搅拌5～8h，旋转蒸发除去异丙醇；

(1-3)加入甲苯溶解中间产物，60～80℃回流反应5～8h，用饱和氯化钠溶液洗涤甲苯溶液，直到洗涤后的甲苯溶液的pH值为7，加入无水硫酸钠干燥过夜，旋转蒸发除去甲苯，得到的无色透明粘状液体，即为环氧基POSS；

(2)环氧基POSS的乳化

以单硬脂酸甘油酯与十二烷基苯磺酸钠为复配乳化剂乳化环氧基POSS；

(3)环氧基POSS/APP复合阻燃整理剂配制

将乳化均匀的环氧基POSS与聚磷酸铵按质量比为3:1～1:2混合，90℃加热溶解并搅拌均匀，制成阻燃整理剂。