一種納米凹土基無機阻燃劑的制備方法技術

本發明專利技術為一種以納米凹土為核體，進行Ｍｇ、Ａｌ、Ｓｂ等表面包覆形成一種復合無機阻燃劑的制備方法。其將納米凹土水分散體配成固含量１０～２００ｇ／Ｌ的懸浮液，加熱至４０～１００℃，在攪拌的狀態下，利用無機阻燃劑對納米凹土進行無機表面包覆處理，納米凹土表面包覆物為Ａｌ↓［２］Ｏ↓［３］水合物、ＭｇＯ水合物、氧化銻水合物、ＺｎＯ水合物、硼酸鋅中的一種、二種或多種，靜置，使經無機表面包覆處理的納米凹土從懸浮液中沉降分離，實現初步的固－液分離；經過板框過濾和洗滌，將洗滌后的納米凹土濾餅在８０～１５０℃下干燥；再粉碎，以減輕納米凹土基無機阻燃劑的團聚程度。本發明專利技術制備的米凹土基無機阻燃劑不僅起到阻燃的作用，而且會起到良好的補強作用。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種納米凹土基無機阻燃劑的制備方法，具體為一種以納米凹土為核體，進行Mg、Al、Sb、Zn等表面包覆形成一種復合無機阻燃劑的制備方法。
技術介紹
阻燃劑是使聚合物不容易著火和著火后使其燃燒速度變慢的一種助劑。它使材料具有難燃性、自熄性和消煙性等特點，是合成高分子材料加工的重要助劑之一。隨著人們環保意識的增強，阻燃產品對環境的影響已經成為選擇阻燃劑的首要考慮的問題。長期以來鹵系阻燃劑一直是重要的阻燃劑品種之一，然而由于其燃燒時釋放有毒煙霧，造成二次危害，已有被逐漸限制甚至取消的趨勢。如工業上廣泛應用的十溴聯苯醚由于懷疑其在加工或燃燒過程中產生劇毒物質，已在歐洲和日本市場受到抵制。這些都促進了無鹵阻燃劑的研究和發展。無機阻燃劑主要指一些金屬的氫氧化物和氧化物的水合物。如鋁、鎂系阻燃劑(氫氧化鋁、氫氧化鎂及其改性組成)、銻系阻燃劑(三氧化二銻、膠體五氧化二銻、銻酸鈉等)、硼系阻燃劑(硼酸鋅)、錫系阻燃劑等。這類化合物受熱分解，吸收大量熱，使聚合物表面溫度降低；同時，分解產物水蒸汽有蓄熱和稀釋高分子表面可燃性氣體濃度的作用，從而達到阻燃的目的。無機阻燃劑具有無毒、消煙、抗腐蝕和耐高溫等優點，但其阻燃效用相對較低，添加量大，對高分子基體材料的加工性能和物理力學性能影響較大。因此，無機阻燃材料的復合，近年來已逐漸成為其加工與應用的主要發展方向之一。凹土也稱凹凸棒石(土)、凹凸棒、坡縷石，是一種天然硅酸鹽礦物，凹土的顯微結構由三個層次構成，一是其基本結構單元為棒晶，棒晶呈纖維狀，長0.5～2μm，直徑為0.01～0.02μm，屬于一維納米材料。二是由棒晶緊密平行聚集而成棒晶束。三是由晶束相互聚集而成各種聚集體。由于納米凹土獨特的晶體結構，將其加入到高分子材料中可起良好的補強作用。另外，凹土微孔中存在大量的物理和化學吸附水，在高溫下可以產生水蒸汽、阻斷氧氣、吸收熱量，因此，凹土可以作為一種無機阻燃劑。中國專利CN?1654529A、CN?1654599A、CN?1737045A、CN?1737083A提出一種坡縷石復合阻燃劑，其制備方法是將天然坡縷石粉碎至100～5000目，再與氫氧化鎂、三聚氰胺、多聚磷酸胺、季戊四醇等進行機械混合而成。這種方法有有兩點不足：其一，機械混合-->一般存在分散不均問題，不能完全發揮阻燃劑間的協同作用；其二，由于只是將天然坡縷石粉碎至100～5000目，僅屬于凹土的粗粉碎、粗加工，并沒有將凹土聚集體分散成凹土納米單晶。粗加工所得的凹土粒徑較大，加入到高分子材料中，不但不會對基體材料起到良好補強作用，還會降低材料的力學性能。天然凹土經液相分散和提純后，會形成納米凹土水分散體。由于凹土粒子較細，進行固液分離時會存在以下問題：如果采用濾餅過濾，由于過濾介質的制約，對納米凹土的截留效果較差，產品流失嚴重。而且隨著越來越厚致密濾餅層的形成，過濾速度越來越小，洗滌也越來越困難。洗滌和離心洗滌會形成致密的濾餅層，過濾速度越來越小，洗滌也越來越困難，效率較低。如果采用離心分離，由于納米凹土具有分散懸浮性好、粒子小、與水的密度差小等特點。造成離心分離的能耗高、分離效率低。目前，納米凹土的固-液分離問題仍是制約其規模化生產的一個瓶頸。
技術實現思路
鑒于
技術介紹
所存在的問題，本專利技術的目的之一是提供一種化學復合法制備納米凹土基無機阻燃劑的方法。本專利技術的目的之二開發一種可以對高分子材料起到良好補強作用的凹土基無機阻燃劑。本專利技術的目的之三是通過鋁、鎂、銻、鋅等無機阻燃劑對納米凹土表面包覆，充分發揮阻燃劑間的協同作用，提高阻燃效果。本專利技術的目的之四是通過鋁、鎂、銻、鋅等無機阻燃劑對納米凹土表面包覆改變納米凹土的表面性質，提高固液分離過程中納米凹土過濾速度、減少納米凹土的流失率。本專利技術的原理是：首先，將天然凹土在液相中分散成納米凹土單晶，即將凹凸棒束聚集體分散成游離的棒晶。然后，控制一定反應條件在納米凹土單晶包覆一種或一種以上的無機阻燃劑。這樣的化學復合一方面提高了阻燃劑間的協同作用，另一方面改變納米凹土的表面的電性質，達到提高固液分離效率的作用。本專利技術解決上述問題的技術解決方案是：一種納米凹土基無機阻燃劑的制備方法，首先將天然凹土進行分散和提純處理，并制備納米凹土水分散體。天然凹土分散和提純方法可參見美國專利US6130179、US?6444601和中國專利CN?1562865A。然后在液相中用無機阻燃劑對納米凹土進行化學表面包覆處理。其特征在于：1、將納米凹土水分散體加熱至40～100℃，在攪拌的狀態下，利用無機阻燃劑對納米凹土進行無機表面包覆處理，納米凹土表面包覆物為氧化鋁水合物、氧化鎂水合物、氧化銻水合物、氧化鋅水合物、硼酸鋅中的一種、二種或多種，無機包覆物與凹凸棒土質量比為40％～500％；-->2、靜置，使經無機表面包覆處理的納米凹土從懸浮液中沉降分離，實現初步的固-液分離；3、板框過濾和洗滌，將沉降分離所得的納米凹土濃漿壓入板框過濾機中進行壓濾和洗滌，洗滌至濾液的電導率小于300μs/cm；4、干燥，將洗滌后的納米凹土濾餅在80～150℃下熱處理5～24小時；5、粉碎，以減輕納米凹土基無機阻燃劑的團聚程度。納米凹土基無機阻燃劑的使用領域十分廣，根據添加體系的差異，可增加一些輔助工藝。如果加入塑料、橡膠、化纖、涂料等非極性有機體系中，為改善納米凹土在有機體系的相容性和分散性，改進添加納米凹土復合體系的性能，必須對納米凹土進行有機表面改性。有機表面改性的用量一般占納米凹土基無機阻燃劑質量的3％～15％。本專利技術制備的納米凹土基無機阻燃劑具有以下優點：1、本專利技術是以分散處理的納米凹土為核體，采用液相沉積法在納米凹土表面包覆有一層或多層阻燃劑。這種方法使納米凹土與其它無機阻燃劑之間達到完全的化學復合，充分發揮不同阻燃劑間的協同作用，提高阻燃效果。2、由于納米凹土基無機阻燃劑的顆粒形貌為纖維狀，是一維納米材料，加入到高分子材料中不僅起到阻燃的作用，而且會起到良好的補強作用。克服了以往無機阻燃劑添加量過多會造成高分子基體材料的加工性能和力學性能下降的缺點。3、納米凹土經其它無機阻燃劑化學復合后，改變納米凹土的表面性質，提高固液分離過程中納米凹土過濾速度、減少納米凹土的流失率。納米凹土漿液變得很容易沉淀分層，過濾、洗滌速率明顯變快，可用常用的過濾設備(如板框過濾機、葉濾機、真空轉鼓過濾機、離心機等)方便地進行固-液分離操作，解決了納米凹土規模化生產的一個瓶頸難題。4、本專利技術以天然凹土為原料，經分散、提純和化學復合形成納米凹土基無機阻燃劑，產品還具有原料來源廣、成本低的特點。具體實施方式實施例1：將天然凹土礦物加入溶有3％聚丙酸鈉(與凹土的質量比)的去離子水中，配制成含凹土120g/L的懸浮液，超聲分散2h，靜置24h；將所得上層納米凹土分散液的pH值調節到9.5，升溫至100℃，一邊攪拌，一邊向納米凹土分散液中并流滴加0.6mol·L-1的鋁酸鈉水溶液和0.6mol·L-1的稀硫酸，維持反應溫度100℃，pH＝9.0～10.0，1h內滴加占凹土質量40％(以Al2O3計)的鋁酸鈉；滴完后，用稀硫酸調節pH＝7.0，熟化0.5h，料液放入沉降槽中靜置2天，把上-->層的清水層和下層的凹土濃漿分離本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種納米凹土基無機阻燃劑的制備方法，其首先將天然凹土進行分散和提純處理，并制備納米凹土水分散體，然后在液相中用無機阻燃劑對納米凹土進行化學表面包覆處理，其特征在于：（１）將納米凹土水分散體加熱至４０～１００℃，在攪拌的狀態下，利用無 機阻燃劑對納米凹土進行無機表面包覆處理，納米凹土表面包覆物為氧化鋁水合物、氧化鎂水合物、氧化銻水合物、氧化鋅水合物、硼酸鋅中的一種、二種或多種，無機包覆物與凹凸棒土質量比為４０％～５００％；（２）靜置，使經無機表面包覆處理的納米凹土 從懸浮液中沉降分離，實現初步的固－液分離；（３）板框過濾和洗滌，將沉降分離所得的納米凹土濃漿壓入板框過濾機中進行壓濾和洗滌，洗滌至濾液的電導率小于３００μｓ／ｃｍ；（４）干燥，將洗滌后的納米凹土濾餅在８０～１５０℃下熱處理５ ～２４小時；（５）粉碎，以減輕納米凹土基無機阻燃劑的團聚程度。

【技術特征摘要】
1.一種納米凹土基無機阻燃劑的制備方法，其首先將天然凹土進行分散和提純處理，并制備納米凹土水分散體，然后在液相中用無機阻燃劑對納米凹土進行化學表面包覆處理，其特征在于：(1)將納米凹土水分散體加熱至40～100℃，在攪拌的狀態下，利用無機阻燃劑對納米凹土進行無機表面包覆處理，納米凹土表面包覆物為氧化鋁水合物、氧化鎂水合物、氧化銻水合物、氧化鋅水合物、硼酸鋅中的一種、二種或多種，無機包覆物與凹凸棒土質量比為40％～500％；(2)靜...

【專利技術屬性】
技術研發人員：姚超，丁永紅，陳志剛，李連惠，李效棠，李為民，陳楊，張良，
申請(專利權)人：江蘇工業學院，
類型：發明
國別省市：32[中國|江蘇]