硅基阻燃材料、其制备方法以及用途与流程

本发明涉一种硅基阻燃材料及其制备方法，尤其涉及一种不使用表面活性剂制备的二氧化硅微胶囊制备方法。

背景技术：

1、高分子材料因为来源广泛、密度小、成本低、加工成型容易，是应用范围最广的一类材料。但是大多数高分子材料本身由有机小分子聚合而成，容易燃烧，限制了其在建筑、包装、电子电气等领域的应用。近年来，由高分子材料燃烧引起的火灾事故屡见不鲜，严重影响人们的生命安全和财产安全。

2、阻燃剂是一类赋予高分子材料难燃烧性能的助剂。阻燃剂主要分为反应型阻燃剂和添加型阻燃剂两大类。反应型阻燃剂通过改变高分子材料本身的分子结构，使其难以燃烧，阻燃效果好，对材料的机械性能影响较小，但是需要从源头对材料结构本身进行设计，难以推广使用。添加型的阻燃剂通过在材料基体中分散一定质量分数的难燃物质，如磷系阻燃剂、氮系阻燃剂等，阻断燃烧过程，成本可控，适用范围较广。但是这些阻燃剂和高分子材料的相容性通常较差，为了达到理想的阻燃效果，通常需要较大的添加量，不仅提高成本，还会影响材料的加工性能和机械性能。

3、通过封装技术将阻燃剂封装可以改善阻燃剂和材料基体间的相容性，降低阻燃剂使用量，提升材料的机械性能。

4、目前可以通过模板法、原位聚合法、界面聚合法、水相分离法、油相分离法和粉末床法等方法达成阻燃剂的封装，其中模板法粒径控制好，成本低，适用种类多，因此应用较为广泛。业内普遍采用有机聚合物或天然高分子作为封装材料，通过加入大量表面活性剂，形成油包水型乳液模板，继而将阻燃型封装到高分子中。例如专利cn114044940公开了一种用环己烷作为油相；水、阻聚剂、催化剂作为水相，使用吐温80等作为乳化剂，形成油包水型乳液，在加入异氰酸酯进行聚合的方法。专利cn115805048中公开了使用甲基丙烯酸甲酯包裹红磷，加入乳化剂十二烷基硫酸钠和水，乳化得到乳液，引发甲基丙烯酸甲酯聚合的方法。专利cn110804445中公开了以海藻酸钠作为外壳，以高聚合度聚磷酸铵、季戊四醇、分子筛等难溶、难分散型阻燃剂、成炭剂、协效剂为内核形成核壳结构，然后在外壳表面附着经疏水改性后的二氧化硅微粒，从而制备阻燃材料。总体而言，有机封装材料的机械强度通常较差，制备过程还需要用到大量小分子的表面活性剂，后处理过程较为繁琐。此外，这些有机封装材料本身也可以燃烧，同时也会释放出部分有毒气体。

5、无定形的二氧化硅有着良好的机械性能、热稳定性和耐溶剂腐蚀性，而且二氧化硅本身不易燃烧，非常适合作为阻燃剂的封装材料。但是当前主流的以二氧化硅为基质的阻燃剂通常通过乳液模板法制备，需要使用大量表面活性剂，有一定的毒害。因此，如何在不使用表面活性剂的条件下高效、简单地制备以二氧化硅为基质的阻燃剂是急需解决的问题。

技术实现思路

1、本发明人等基于上述技术问题进行深入研究后发现，通过采用本发明的硅基阻燃材料的制备方法，能够高效、简单地制备不含表面活性剂的以二氧化硅为基质的阻燃剂，并且，得到的硅基阻燃材料力学强度高，承压能力强，耐高温，阻燃，耐溶剂腐蚀，可以有效保护阻聚剂。由此，完成了本发明。

2、本发明的一个目的在于，提供不含表面活性剂的以二氧化硅为基质的阻燃剂，其对环境友好，并且力学强度高，承压能力强，耐高温，阻燃，耐溶剂腐蚀。

3、本发明的又一目的在于，提供一种硅基阻燃材料的制备方法，其能够高效、简单地制备不含表面活性剂的以二氧化硅为基质的阻燃剂，并且，得到的硅基阻燃材料力学强度高，承压能力强，耐高温，阻燃，耐溶剂腐蚀。

4、本发明的再一目的在于，提供硅基阻燃材料用于制备建筑材料、织物、家具和电子电器设备中的用途。

5、为了实现上述目的，本发明提供下述技术方案：

6、[1]、一种硅基阻燃材料，其具有核壳结构，所述壳由二氧化硅形成，所述核为阻燃剂。

7、[2]、根据[1]记载的硅基阻燃材料，其中，所述硅基阻燃材料的尺寸为200nm～50μm；所述壳的厚度为20nm～100μm，所述壳上分布有尺寸为4nm～50nm的介孔，所述壳的表面的羟基密度为1～4个/nm2。

8、[3]、根据[1]或[2]记载的硅基阻燃材料，其中，阻燃剂的体积占所述硅基阻燃材料的体积的10～95％。

9、[4]、[1]～[3]的任一项的硅基阻燃材料的制备方法，其包括如下步骤：

10、步骤1：将硅烷、溶剂和水搅拌，充分混合均匀后，加入催化剂，加热反应完全后，蒸馏去除杂质和溶剂，得到聚硅氧烷前驱体；

11、步骤2：将所述步骤1得到的聚硅氧烷前驱体和非极性溶剂混合形成油相，将阻燃剂溶于水中形成水相；

12、步骤3：将步骤2得到油相与水相混合，乳化，得到白色乳状液，再加入碱液将ph值调节至8～12进行反应，分离、洗涤除去杂质和副产物，然后干燥得到硅基阻燃材料。

13、[5]、根据[4]记载的制备方法，其中，所述步骤1中的所述溶剂为选自甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、乙二醇、乙二醇丁醚、丙二醇、丙二醇甲醚、丙二醇乙醚、丙二醇丁醚、丙酮、丁酮中的至少一种，所述溶剂与所述硅烷的重量比为(0.1～10)：1；

14、所述步骤1中的催化剂的摩尔浓度为0.01～10mol/l，所述催化剂与所述硅烷的重量比为(0.001～0.2)：1。

15、[6]、根据[4]记载的制备方法，其中，所述步骤1中的所述硅烷为下述的化学式所示的单体，或者为二氧化硅含量为60％以下的聚硅氧烷前驱体；

16、r1n-si-(or2)(4-n)

17、其中，r1是选自无取代烷基、乙烯基烷基、环氧基烷基、苯乙烯基烷基、(甲基)丙烯酰氧基烷基、氨基烷基、脲烷基、氯丙基烷基、卤代烷基、异氰酸酯基烷基或羟烷基中的至少一种非水解性基团，r2为碳原子数为1～6的烷基；n为0、1或者2；各r2彼此相同或不同；当n为2时，各r1彼此相同或不同。

18、[7]、根据[4]记载的制备方法，其中，所述步骤1中，加热反应的温度为30～100℃，反应时间为1～24小时，所述蒸馏为选自常压蒸馏、减压蒸馏、薄膜蒸发或旋转蒸发中的一种或它们的组合。

19、[8]、根据[4]记载的制备方法，其中，所述步骤2中的阻燃剂为选自磷酸烷基酯类、有机氮系阻燃剂或无机阻燃剂；

20、[9]、根据[4]记载的制备方法，其中，所述步骤3中的分离为离心分离、过滤、超滤或者透析。

21、[10]、[1]～[3]的任一项记载的硅基阻燃材料用于制备建筑材料、织物、家具和电子电器设备的用途。

22、发明效果

23、本发明的硅基阻燃材料，不含表面活性剂，环境友好，并且力学强度高，承压能力强，并且耐高温，阻燃，耐溶剂腐蚀，可以有效保护阻聚剂。

24、本发明的硅基阻燃材料的制备方法能够在不使用表面活性剂的条件下通过使用聚硅氧烷前驱体制备阻燃剂在非极性溶剂中稳定的乳液，并进一步聚合得到力学强度高，承压能力强，并且耐高温，阻燃，耐溶剂腐蚀的硅基阻燃材料。

25、本发明的硅基阻燃材料可适用于绝大多数阻聚剂的包覆，并具有很高的包覆效率，可以被广泛应用于各类建筑材料、织物、电子电气设备的外壳和包装。