一種有機硅樹脂改性聚合物泡沫復合材料的制備方法及其應用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有機硅技術(shù)領(lǐng)域，具體地說涉及一種有機硅樹脂改性聚合物泡沫材料的制備方法及其應用。
【背景技術(shù)】
[0002]由于具有密度小、低導熱系數(shù)以及良好的吸音、隔聲抗震等性能，聚合物基泡沫材料已廣泛應用于建筑、汽車、包裝等領(lǐng)域。就熱塑性聚氨酯和聚苯乙烯硬質(zhì)泡沫塑料而言，在西歐、北美等發(fā)達國家，一直是建筑保溫隔熱的主要材料，在整個建筑保溫市場的份額中的比例約占50%。由于絕大多數(shù)碳基聚合物泡沫材料固有的易燃性，而且燃燒過程中會產(chǎn)生含有劇毒的氰化氫氣體，易導致大火迅速蔓延，易造成的嚴重人員傷亡和財產(chǎn)損失。因此，高分子泡沫材料的阻燃化已成為必然的趨勢。然而，目前聚合物泡沫材料的阻燃化所使用的阻燃劑絕大多數(shù)是含鹵化合物，有些含鹵阻燃高分子材料在燃燒時會產(chǎn)生有害物質(zhì)，歐盟等國家已開始禁止使用，而已有的一些無鹵阻燃劑的阻燃效率又較低。
[0003]有機娃樹脂主鏈結(jié)構(gòu)中含有“娃-氧-娃”結(jié)構(gòu)，側(cè)鏈含有少量有機基團，因而它兼具有機及無機材料的雙重優(yōu)點，耐高溫性能、耐輻照和耐候能力，燃燒過程中釋放熱量小、發(fā)煙量小、不釋放有毒氣體且具有自熄性。因此，有機特別是硅樹脂的耐火阻燃性能遠優(yōu)于碳基高分子材料如聚丙烯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂等。因此，利用有機硅材料來改性聚合物泡沫可以制備出輕質(zhì)、阻燃復合材料，且不會產(chǎn)生大量有害氣體，符合環(huán)保要求，顯示出良好的市場應用前景。
[0004]傳統(tǒng)的方法主要利用阻燃劑添加到聚合物泡沫中來實現(xiàn)其阻燃效果。例如，中國專利CN 201080057444公開了用溴含量為40-80重量分數(shù)的溴化聚苯乙烯或苯乙烯一丁二烯嵌段共聚物，或四溴雙酚A化合物(TBBPA)作為阻燃劑生產(chǎn)出阻燃聚合物泡沫。在申請?zhí)枮镃N201110119867.5的中國專利公開了一種阻燃聚氨酯復合材料及制備方法中，先制備阻燃多元醇，然后將阻燃多元醇與共混型阻燃劑混合成混合體系，再將多異氰酸酯加入混合體系中，反應后可得到阻燃聚氨酯復合材料。最近中國專利CN201110148602將可膨脹石墨涂布于聚苯乙烯預發(fā)泡顆粒表面，進而制備出阻燃抗滴落模塑聚苯乙烯(EPS)泡沫材料。此外，在中國專利CN201010291205中公開了以甲基封端聚二甲基硅氧烷為基體，加入有機無機填料和阻燃劑制備出一種透明的阻燃有機硅涂覆液，滿足實際太陽能光伏和LED行業(yè)電路板涂覆保護的要求。然而，采用加入有機或無機阻燃劑的方法來制備阻燃聚合物材料，存在阻燃效率不高、燃燒產(chǎn)物有毒等不足之處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決絕大多數(shù)碳基聚合物泡沫材料固有的易燃性問題，本發(fā)明提出了一種有機硅樹脂改性聚合物泡沫復合材料的制備方法及其應用，本發(fā)明利用有機硅樹脂來改性易燃聚合物泡沫材料，實現(xiàn)該類材料的無鹵阻燃化；同時通過添加少量的無機功能填料，可進一步改善泡沫復合材料阻燃和力學性能，并賦予其他功能如疏水、抗靜電等特性。
[0006]本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:一種有機硅樹脂改性聚合物泡沫復合材料的制備方法，所述的有機硅樹脂改性聚合物泡沫復合材料有以下組份組成，各組份的重量份為:
聚合物泡沫材料10~60，
有機硅樹脂30~80，
催化劑0.2-2.0，
無機填料0~8。
[0007]作為優(yōu)選，所述的有機硅樹脂改性聚合物泡沫復合材料有以下組份組成，各組份的重量份為:
聚合物泡沫材料10~60，
有機硅樹脂55~70，
催化劑0.5-1.0 ；
無機填料2~6。
[0008]作為優(yōu)選，聚合物泡沫材料選自聚氨酯泡沫、三聚氰胺泡沫、聚苯乙烯泡沫、聚丙烯泡沫、聚對苯二甲酸乙二醇酯泡沫、聚氯乙烯泡沫、聚乙烯泡沫和硅橡膠泡沫中的一種。
[0009]作為優(yōu)選，所述的有機硅樹脂選自具有不同側(cè)鏈和分子量的甲基硅樹脂或甲基苯基硅樹脂中的一種或多種。
[0010]作為優(yōu)選，催化劑選自聚醚胺，N，N-二甲基芐胺、苯甲酸酐、苯甲酸、堿式碳酸鉛、二乙烯三胺、三乙烯四胺、γ —氨丙基三乙氧基硅烷中的一種或多種。
[0011]作為優(yōu)選，無機填料選自氫氧化鋁、納米二氧化硅、氫氧化鎂、高耐熱勃姆石、四氧化三鐵、二氧化鈦、鈦酸鋇、石墨、石墨烯、納米鈦酸鈣、納米炭黑、碳納米管中的一種或多種。
[0012]所述的一種有機硅樹脂改性聚合物泡沫復合材料制備方法為以下步驟:
(I)首先在有機硅樹脂溶液中加入催化劑與無機填料，混合后得到混合液，有機硅樹脂溶液的溶劑可選自甲苯、二甲苯、環(huán)己烷、乙醇、六甲基二硅氧烷、二甲基環(huán)硅氧烷混合體、八甲基環(huán)四硅氧烷、正己烷、溶劑汽油中的一種或多種，溶劑的使用量為使溶質(zhì)溶解的量。作為優(yōu)選，有機硅樹脂溶液的固含量為30~80%。
[0013](2)將聚合物泡沫材料加入到步驟(I)制備的混合液中，室溫下使聚合物泡沫材料在混合液中浸潤，作為優(yōu)選，通過充分浸潤后以去除孔洞中的氣泡；更優(yōu)選為在室溫下抽真空去除孔洞中的氣泡，室溫為20~25°C。
[0014](3)將浸潤后的聚合物泡沫復合材料，放入旋涂機上，低轉(zhuǎn)速進行旋涂2~8min，作為優(yōu)選，旋涂機的轉(zhuǎn)速為300-800 rpm，旋涂時間3_5min。
[0015](4)將旋涂后的聚合物泡沫復合材料放入烘箱，在60~160°C下進行固化2~12小時，是為了排除溶劑，冷卻后得到有機硅樹脂改性聚合物泡沫復合材料。
[0016]本發(fā)明通過簡單物理沉積或噴涂方法將有機硅樹脂覆蓋到聚合物泡沫材料的表面，利用有機硅樹脂良好的耐高溫、阻燃、耐水性和耐候性等特點賦予聚合物泡沫復合材料優(yōu)異的阻燃性和疏水性，并保持其原有的三維孔洞結(jié)構(gòu)和基本性能，以實現(xiàn)提高該類泡沫材料的阻燃性能。
[0017]通過往有機硅樹脂溶液中加入少量無機填料可以進一步提高材料的阻燃和力學等性能，使得該類有機硅樹脂改性聚合物泡沫復合材料阻燃等級得到VO級，材料的抗壓強度也有顯著提高，同時能夠賦予泡沫材料其他功能特性如良好的疏水性能和抗靜電等效果O
[0018]本發(fā)明的的制備方法制備的有機硅樹脂改性聚合物泡沫復合材料在防火領(lǐng)域中的應用。該方法制備工藝簡便、易放大產(chǎn)業(yè)化，能夠有效地實現(xiàn)易燃聚合物材料的環(huán)保無鹵阻燃化，且可以根據(jù)實際需要實現(xiàn)其他功能特性，在聚合物泡沫材料阻燃防火等領(lǐng)域有著廣泛的應用前景。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
(1)本方法制備工藝簡便、易放大產(chǎn)業(yè)化，能夠有效地實現(xiàn)易燃聚合物材料的環(huán)保無鹵阻燃化；
(2)通過加入其他無機填料還能夠?qū)崿F(xiàn)該類泡沫材料阻燃性能的調(diào)控，并能進一步改善的力學性能和防水效果。
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例2中純聚氨酯泡沫材料結(jié)構(gòu)表面掃描電鏡圖；
圖2為實施例2中有機硅樹脂改性聚合物泡沫材料的掃描電鏡圖；
圖3為實施例2中對純聚氨酯泡沫材料進行1s的垂直燃燒測試；
圖4為實施例2使固含量為55%有硅樹脂溶液制備的有機硅樹脂改性聚氨酯泡沫復合材料的30s的燃燒測試；
圖5為實施例4垂直燃燒測試。
【具體實施方式】
[0021]下面通過具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0022]實施例1
先取固含量為80wt%的甲基硅樹脂/甲苯溶液30g，加入適量甲苯稀釋至固含量為30wt%，再加入催化劑N，N-二甲基芐胺0.Sg后機械混合，直至均勻得到混合液。之后將聚苯乙烯泡沫材料36g浸入上述甲基硅樹脂/催化劑溶液混合液中，室溫下抽真空去除孔洞中的氣泡，使其充分浸涂。將浸涂后的有機硅樹脂改性聚合物泡沫復合材料，放入旋涂機上，進行旋涂(旋涂時間3min，速率400rpm)。最后將旋涂完畢的泡沫材料放入烘箱，在100°C下進行固化8h，冷卻后得到固