微胶囊化四溴双酚A双(烯丙基)醚阻燃剂及其应用

摘要

本发明公开了一种微胶囊化四溴双酚A双（烯丙基）醚阻燃剂及其应用，属于高分子材料领域。该微胶囊化阻燃剂是以四溴双酚A双（烯丙基）醚为囊芯，以具有阻燃协效作用的热固性氨基树脂为囊材。微胶囊化后，四溴双酚A双（烯丙基）醚熔化温度从115—120℃提高到175℃以上，初始释酸温度从120℃提高到170℃以上。本发明经济、简便，在很少的阻燃剂增加量情况下，阻燃材料通过建筑材料B级测试标准，氧指数达26.0%以上，可以全部或部分取代六溴环十二烷用于聚苯乙烯挤塑发泡板材的阻燃改性。

说明书

技术领域

本发明属于材料领域，具体涉及一种微胶囊化四溴双酚A双（烯丙基）醚阻燃剂及 其在聚苯乙烯挤塑发泡板材中的应用。

背景技术

聚苯乙烯挤塑发泡板材广泛用于各种建筑物的外墙保温，具有力学性能强、耐候性好、 施工方便和保温节能效果明显的特点，是主要的建筑保温材料品种。由于聚苯乙烯挤塑发 泡板材属于易燃建筑材料，必须加以阻燃改性。在现有阻燃剂的品种中，六溴环十二烷的 阻燃效率较高，添加量少，对发泡工艺影响小，是聚苯乙烯挤塑发泡板材的高效阻燃剂。 由于六溴环十二烷阻燃剂对生物内分泌系统有不良影响，被列入逐渐淘汰产品目录，其应 用受到限制。此外，主要原料环十二烷三烯的产能小，限制了六溴环十二烷阻燃剂的产量， 不能满足聚苯乙烯挤塑发泡板材产业对阻燃剂的市场需求。四溴双酚A双（烯丙基）醚也 属于溴系阻燃剂品种，对聚苯乙烯的阻燃效率比较高，有可能全部或部分替代六溴环十二 烷用于聚苯乙烯挤塑发泡板材。但是，与六溴环十二烷195-196℃熔点相比，四溴双酚A 双（烯丙基）醚熔点为115—120℃，在挤塑加工温度下呈熔融液体状态，起增塑剂作用， 降低了螺杆的推力，影响加工成型。此外，四溴双酚A双（烯丙基）醚热分解温度偏低， 腐蚀设备。如果能够采用一种新的工艺，如对四溴双酚A双（烯丙基）醚表面进行处理或 将其微胶囊化，则可以在很大程度上克服上述缺点，使之可以代替六溴环十二烷，用于聚 苯乙烯挤塑发泡板材阻燃。

发明内容

本发明的目的是为了克服四溴双酚A双（烯丙基）醚用于阻燃剂，特别是应用于阻燃 聚苯乙烯挤塑发泡板材时存在的缺点，提供一种四溴双酚A双（烯丙基）醚表面处理或微 胶囊化四溴双酚A双（烯丙基）醚阻燃剂。

本发明的另一目的是提供一种上述阻燃剂的制备方法。

本发明还有一个目的是一种上述微胶囊改性四溴双酚A双（烯丙基）醚阻燃剂在聚苯乙 烯挤塑发泡板材料中的应用。

本发明的目的可以通过以下措施达到：

一种微胶囊化四溴双酚A双（烯丙基）醚阻燃剂，其以四溴双酚A双（烯丙基）醚为 囊芯，以具有阻燃协效作用的热固性氨基树脂为囊材，该阻燃剂的制备方法为：

(1)氨基树脂原料与甲醛类物质混合后用碱调节体系的pH值至7.5～8.5，然后加热 至60～90℃，至溶液变清后保温反应，得到氨基树脂预聚物；

(2)将四溴双酚A双（烯丙基）醚在乳化剂、分散剂和机械力的共同作用下于水相中 分散，得到粒径为5～100微米的悬浮液；

(3)将上述悬浮液与氨基树脂预聚物混合，在温度为20～50℃下加入硬化剂调节pH 值至2～5，进行反应；然后升温到60～90℃，继续反应；反应后冷却、用碱中和至中 性、固液分离、干燥，即得。

微胶囊化四溴双酚A双（烯丙基）醚阻燃剂包含有下列组份：氨基树脂，甲醛，碱， 乳化剂，分散剂和硬化剂。

步骤1中，所述氨基树脂原料选自三聚氰胺、尿素或苯基三聚氰二胺中的一种或几种， 优选三聚氰胺。

所述甲醛类物质为甲醛水溶液或多聚甲醛中的一种或两种，优选采用甲醛水溶液，甲 醛水溶液的浓度可以为5%～45%，优选30%～45%，进一步优选37%的甲醛水溶液。甲醛水 溶液可采用酚试剂分光光度法或其他方法确定其浓度。甲醛类物质的用量为氨基树脂原料 质量的1.0～10.0倍（以适应不同浓度范围的甲醛类物质），优选1.0～2.0倍，进一步优 选1.4-1.8倍。步骤1中的反应一般在水相中进行，当甲醛水溶液中的水量不足或采用多 聚甲醛时，需向反应体系中补加水溶剂，溶剂的用量以促进反应物反应为佳，一种优选方 案中水的用量可达氨基树脂原料质量的3～8倍。

步骤1中调节pH值所用的碱是指碱金属或碱土金属的氢氧化物，或者是碱金属的碳 酸盐类，可以是：氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化钙，碳酸钠，碳酸氢钠的一种或两种以上 的混合物，优选碳酸氢钠。该碱可以直接使用，也可以与溶剂配制成溶液（如水溶液）后 再使用。

步骤1中保温反应的时间优选为20～60分钟，进一步优选20～45分钟。

本发明所述的乳化剂是为使四溴双酚A双（烯丙基）醚的颗粒表面能与水充分润湿的 离子型或非离子型表面活性剂，可以是：渗透剂JFC（脂肪醇聚氧乙烯醚），十二烷基苯 磺酸钠，十二烷基苯硫酸钠，吐温-20，吐温-60，吐温-80，OP-10（烷基酚聚氧乙烯醚） 的一种或两种以上的混合物，优选渗透剂JFC。

本发明所述的分散剂为水溶性合成或天然大分子化合物，它们在水相中分隔阻燃剂颗 粒，防止囊膜材料在成膜过程中发生的颗粒间粘附或团聚问题，可以制得流动性好的微胶 囊化改性产品。分散剂可以是：聚乙烯醇，聚丙烯酸钠，聚丙烯酰胺，聚乙烯基吡咯烷酮， 明胶，阿拉伯胶和羧甲基纤维素的一种或两种以上混合物，优选明胶。

本发明同时使用小分子表面活性剂（乳化剂）和大分子亲水性化合物，是为了更好地 悬浮或分散阻燃剂微粒，防止微粒的粘结，制得包覆完全的加工温度下保持固体状的微胶 囊产品。乳化剂用量过多，反应体系的泡沫较多，影响操作。分散剂的用量过多，体系粘 度增大，影响后期的产品过滤和洗涤速度。本发明的乳化剂和分散剂用量分别为四溴双酚 A双（烯丙基）醚质量的0.2-1.5%，优选0.3-0.8%。

本发明的微胶囊包覆工艺过程在水相中进行，水的用量对产品质量影响较小，但对操 作有一定的影响。水量偏少时，产品易在反应釜表面结壁。综合考虑操作及设备利用率因 素，水的用量可以为四溴双酚A双（烯丙基）醚质量的1-5倍，优选2-4倍。步骤2中的 水相分散可以在乳化机中进行，该步骤中水的用量也可以为四溴双酚A双（烯丙基）醚质 量的1-5倍，优选2-4倍。步骤2可以得到微粒的粒径在5-100微米范围内的悬浮液。

氨基树脂囊层材料用量对微胶囊化阻燃剂的性能有较大的影响，用量偏小时，囊层偏 薄，熔融的芯材容易渗漏；用量偏大时，溴含量下降过多，影响阻燃效率。本发明的囊层 材料的质量为四溴双酚A双（烯丙基）醚质量的8-30%，优选8-25%，进一步优选10-15%。 故步骤3中，悬浮液与氨基树脂预聚物混合时，氨基树脂预聚物的质量为悬浮液中四溴双 酚A双（烯丙基）醚的质量的8～30%，优选8-25%，进一步优选10-15%。

本发明所述的硬化剂可以调节或降低反应体系的pH值，可以是盐酸，醋酸，氯化铵， 磷酸二氢铵的一种或两种以上的混合物，优选醋酸。

步骤3中调节pH值所用的碱是指碱金属或碱土金属的氢氧化物，或者是碱金属的碳 酸盐类，可以是：氢氧化钠，氢氧化钾，氢氧化钙，碳酸钠，碳酸氢钠的一种或两种以上 的混合物，优选碳酸氢钠。该碱可以直接使用，也可以与溶剂配制成溶液（如水溶液）后 再使用。中和至中性，所述中性指一般意义上的中性，如pH值6.5～7.5范围内，进一步 可以为严格意义上的中性（pH值=7）。

步骤3中，硬化剂调节pH值后的反应时间可以在30～120分钟范围内，优选45～90 分钟；步骤3中，硬化剂调节pH值后的反应结束后，继续升温到60～90℃后的反应时间 为1～4小时，优选1～3小时。

步骤3中的两个反应结束后的后处理步骤具体包括：通过自然或人工手段冷却、用碱 中和至中性或接近中性、出料以及通过各种现有方法干燥等。

本发明还公开了一种微胶囊化四溴双酚A双（烯丙基）醚阻燃剂的制备方法，其以四 溴双酚A双（烯丙基）醚为囊芯，以热固性氨基树脂为囊材，该阻燃剂的制备为：

(1)氨基树脂原料与甲醛类物质混合后用碱调节体系的pH值至7.5～8.5，然后加热 至60～90℃，至溶液变清后保温反应，得到氨基树脂预聚物；

(2)将四溴双酚A双（烯丙基）醚在乳化剂、分散剂和机械力的共同作用下于水相中 分散，得到悬浮液；

(3)将上述悬浮液与氨基树脂预聚物混合，在温度为20～50℃下加入硬化剂调节pH 值至2～5，进行反应；然后升温到60～90℃，继续反应；反应后冷却、用碱中和至中性、 固液分离、干燥，即得。本制备方法中的各种进一步限定和优选如上所述。

本发明的微胶囊化四溴双酚A双（烯丙基）醚阻燃剂，利用四溴双酚A双（烯丙基） 醚与热固性氨基树脂

阻燃协效作用可应用于高分子材料（如聚苯乙烯材料，特别是聚苯乙烯挤塑发泡板材） 的阻燃方面，其代替全部或部分六溴环十二烷用于聚苯乙烯时，成品可达到较高的氧指数。

本发明采用耐热性好，力学强度高的含有氮阻燃元素的热固性氨基树脂为壳层结构。 氨基树脂在阻燃剂颗粒表面固化交联成致密保护层，可将熔融态的阻燃剂密封在胶囊内， 提高了阻燃剂的表观熔化温度。在火灾的高温下，壳层结构破裂，释放出阻燃剂，达到阻 燃的效果。微胶囊化后，四溴双酚A双（烯丙基）醚熔化温度从115—120℃提高到175℃ 以上，初始释酸温度从120℃提高到170℃以上。在同等阻燃剂增加量的情况下，本发明 的阻燃剂可以全部或部分取代六溴环十二烷用于聚苯乙烯挤塑发泡板材阻燃，可以通过建 筑材料B级测试标准，氧指数达26.0%以上。

具体实施方式

以下结合实施实例对本发明作进一步说明。

实施例1：

向装有温度计，搅拌器，回流冷凝管的250ml三口烧瓶内加入10g三聚氰胺，15g37% 甲醛水溶液，50g水，用10%氢氧化钠调pH为8.5，升温到80°C。溶液透明后，保温反应 0.5小时，制得蜜胺树脂预聚物水溶液，降至室温备用。

在1000ml烧杯中依次加入200g水，0.3g OP-10，0.4g明胶（5g水溶解），开启均质 乳化机（型号ESR，上海标本模型厂）。加入100g四溴双酚A双（烯丙基）醚（连云港 海水化工厂），室温下乳化分散40分钟，制得乳化分散液备用。

将上述乳化液和蜜胺树脂预聚物分别加入装有温度计，搅拌器和回流冷凝管的500ml 三口烧瓶中。在室温下加入醋酸，调节pH值至3-4，反应1小时。升温至80°C，保温反 应2小时，降至室温，用40%氢氧化钠调到中性，过滤，洗涤，80-90°C干燥24小时，得 到流动性好的白色粉末产品，软化温度190℃，180℃下仍保持为浅黄色固体粉末状。与之 相比较，普通四溴双酚A双（烯丙基）醚在115°C时熔化为液体状，160°C明显呈黑褐色 状。

将所得产品用于挤塑发泡聚苯乙烯板，添加量为聚苯乙烯树脂质量的6%。从挤塑发 泡聚苯乙烯板中任意取样，制得10mm×10mm×190mm样条，用HC-2型氧指数测定仪（南 京市江宁区分析仪器厂），测得LOI（极限氧指数）为27.8%。

实施例2：

向装有温度计，搅拌器，回流冷凝管的250ml三口烧瓶内加入8g三聚氰胺，2g苯 基三聚氰二胺，16g 37%甲醛水溶液，50g水，用碳酸氢钠调pH为7.5，升温到85°C。溶 液透明后，保温反应0.5小时，制得蜜胺-苯基三聚氰二胺树脂预聚物水溶液，降至室温 备用。

在1000ml烧杯中依次加入200g水，0.3g JFC，0.5g阿拉伯胶，开启均质乳化机（型 号ESR，上海标本模型厂）。加入100g四溴双酚A双（烯丙基）醚（连云港海水化工厂）， 室温下乳化分散40分钟，制得乳化分散液备用。

将上述乳化液和蜜胺-苯基三聚氰二胺树脂预聚物分别加入装有温度计，搅拌器和回 流冷凝管的500ml三口烧瓶中。在室温下加入盐酸，调节pH值至2-3，反应1小时。升 温至85°C，保温反应2小时，降至室温，用40%氢氧化钠调到中性，过滤，洗涤，80-90°C 干燥24小时，得到流动性好的白色粉末产品，软化温度185°C，175℃下仍保持为黄色固 体粉末状。

将所得产品用于挤塑发泡聚苯乙烯板材，添加量为聚苯乙烯树脂质量的6%，测得LOI 为26.6%。

实施例3：

向装有温度计，搅拌器，回流冷凝管的250ml三口烧瓶内加入8g三聚氰胺，2g尿 素，18g 37%甲醛水溶液，50g水，用碳酸钠调pH为8.0，升温到75°C。溶液透明后，保 温反应0.5小时，制得蜜胺树脂预聚物水溶液，降至室温备用。

在1000ml烧杯中依次加入200g水，0.5g吐温-80，0.6g明胶（5g水溶解），开启均 质乳化机（型号ESR，上海标本模型厂）。加入100g四溴双酚A双（烯丙基）醚（连云 港海水化工厂），室温下乳化分散40分钟，制得乳化分散液备用。

将上述乳化液和蜜胺树脂预聚物分别加入装有温度计，搅拌器和回流冷凝管的500ml 三口烧瓶中。在室温下加入醋酸，调节pH值至4-5，反应1小时。升温至85°C，保温反 应2小时，降至室温，用40%氢氧化钠调到中性，过滤，洗涤，80-90°C干燥24小时，得 到流动性好的白色粉末产品，软化温度175°C，165°C下仍保持为黄色固体粉末状。

将所得产品代替50%六溴环十二烷用于挤塑发泡聚苯乙烯板材，当总添加量为聚苯乙 烯树脂质量的6%，测得LOI为28.0%。