[发明专利]一种新型低成本生物基本征阻燃环氧树脂材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种新型低成本生物基本征阻燃环氧树脂材料的制备方法，将无水哌嗪与生物基有机酸进行反应，反应产物在溶剂中与金属氢氧化物发生酸碱中和反应，过滤洗涤，干燥后得到白色沉淀。而后，将含氮化合物与白色沉淀反应制备得到一种生物基阻燃剂PPM‑MEL。阻燃剂能够有效改善材料的阻燃性能、抑烟性能。并且极大地提升了材料的力学性能；与纯环氧树脂相比，加入阻燃剂后环氧树脂的峰值热释放速率、总热释放量、烟释放速率、一氧化碳释放速率分别降低了70.2％、36.4％、65.7％和51.4％，材料的弯曲模量、弯曲强度和极限氧指数分别提高了117.5％、138.2％和33.7％。加入阻燃剂极大的改善了材料的抑烟阻燃性能和力学性能，原料获取方式简单、价格低廉，环保无污染。

技术领域

本发明属于阻燃材料技术领域和高分子材料技术领域，涉及一种新型低成本生物基本征阻燃环氧树脂材料的制备方法。

背景技术

环氧树脂(EP)是一种应用广泛的热固性高分子材料，它是环氧氯丙烷与双酚A或多元醇的缩聚产物。由于其优异的耐化学性、热稳定性、粘合性能、机械性能以及尺寸稳定性，被广泛应用于建筑、机械、交通、电子工业以及航天业。然而，在利用该材料的优异性能的同时，其易燃的缺点却也带来了火灾隐患，也因此限制了其在许多方面的应用。随着社会经济的发展，人们对EP的阻燃性能和机械性能都提出了更高的要求。因此，赋予EP更高的阻燃性能和机械性能具有长远而深刻的意义。

阻燃剂是赋予易燃聚合物难燃性的功能性助剂，主要是针对高分子材料的阻燃。常规的阻燃剂是含卤素阻燃剂，但含卤族元素的EP燃烧时会产生有毒气体，对人的生命健康安全造成威胁，因此含卤素阻燃剂已经越来越少。目前，越来越多的各种无卤阻燃剂被开发应用，DOPO及其衍生物、聚磷酸铵(APP)是常见的无卤阻燃剂，已被用于提高环氧树脂的阻燃性能。然而，与这些阻燃剂相比，生物基阻燃剂拥有更加环保的特性，其提取自绿色原料，成本低廉且无污染。

近年来，无机阻燃剂被越来越多的应用，例如氢氧化镁、氢氧化铝和氢氧化钙等，不但价格低廉，而且燃烧时不释放烟雾不产生有害的气体。但由于这类无机阻燃剂往往添加量大且与聚合物基体的相容性差，这会降低基体的机械性能。因此要对无机阻燃剂进行有机改性，改善其在聚合物基体中的分散性，也可以进一步增强聚合物基体的阻燃性、抑烟性以及机械性能。

发明内容

针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明提供了一种新型低成本生物基本征阻燃环氧树脂材料的制备方法，目的在于达到制备方法简单、成本低、环保，可广泛应用，具有良好阻燃和抑烟性能，同时提升机械性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种新型低成本生物基本征阻燃环氧树脂材料的制备方法，具体包括以下步骤:

(1)生物基本征阻燃剂的制备：

S1.将无水哌嗪与生物基有机酸在80～100℃搅拌反应3～4h后，加入金属氢氧化物，于80～100℃下回流5～7h，过滤、洗涤、干燥，得到初步改性产物。

S2.将含氮化合物溶解在蒸馏水中，用盐酸调节PH至5～6，加入初步改性产物，于80～100℃反应6～10h，趁热过滤、洗涤、干燥，得到生物基阻燃剂PPM-MEL。

其中，生物基有机酸为海藻酸、二酚酸、酒石酸、植酸中的一种。

进一步的，所述金属氢氧化物为粒径100～500nm的氢氧化镁、氢氧化铝、氢氧化钙中的一种。

进一步的，所述含氮化合物为三聚氰胺、尿素、N-氨乙基哌嗪中的一种。

优选的，所述无水哌嗪、生物基有机酸与金属氢氧化物的摩尔比为4:1:1～2:1:2。

优选的，初步改性产物与含氮化合物的质量比为1:0.5～1:2.5。

(2)生物基本征阻燃环氧树脂材料的制备：