專利名稱：一種插層水滑石阻燃劑及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種阻燃劑及其制備方法，尤其涉及一種集無機和有機于一體的插層水滑石阻燃劑及其制備方法
背景技術：
目前，阻燃高分子材料的阻燃劑主要有鹵系阻燃劑、無機阻燃劑和磷系阻燃劑等幾大類。鹵系阻燃劑雖然阻燃效果好，但是在其燃燒分解時會產(chǎn)生大量的有毒氣體及煙霧，不僅嚴重威脅人類健康，還會污染環(huán)境，這已引起人們的警覺。因此，鹵系阻燃劑正在被逐步替換掉。無機阻燃劑主要有氫氧化鎂、水滑石、氧化鋅、高嶺土、可膨脹石墨等，此類阻燃劑具有良好的阻燃、消煙、填充等作用，而且在使用過程中具有環(huán)境友好等特點(參見S.Zhou, L Song, Z. Wangj Y. Huj W. Xing. Flame retardation and char formationmechanism of intumescent flame retarded polypropylene composites containingmelamine phosphate and pentaerythritol phosphate [J]. Poly. Deg. Stab. , 2008，93(10) :1799-1806)。但是，無機阻燃劑與高分子相容性差，使用時添加量又高，直接或大量的填充往往會形成“夾生”現(xiàn)象，降低材料的力學性能。磷系阻燃劑主要有紅磷、聚磷酸銨、磷酸酯類等，因其無鹵、低毒、用量少、效率高，在阻燃行業(yè)備受關注。但是其與高分子相容性差、發(fā)煙量大、耐熱性差，限制了其應用(參見周逸瀟，楊麗，畢成良等.磷系阻燃劑的現(xiàn)狀與展望[J]·天津化工，2009，1，23 (I) :1-4.)。水滑石化合物是一類無鹵、具有阻燃、消煙、填充功能的優(yōu)良阻燃劑，并具備獨特的層狀結構和層間離子可交換性。如果能夠解決水滑石阻燃劑作為無機阻燃劑存在的與高分子材料相容性問題等缺陷，將能夠制備出一系列新型的具有多種功能的優(yōu)良阻燃劑，符合當前阻燃劑主要朝多元素協(xié)效、無機/有機復合方向發(fā)展的研究趨勢。

發(fā)明內容
本發(fā)明的發(fā)明目的是提供一種新型插層水滑石阻燃劑及其制備方法，以使用簡便的制備工藝制備穩(wěn)定性、高分子相容性良好的插層水滑石阻燃劑。為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案是
一種插層水滑石阻燃劑的制備方法，包括以下步驟
(1)由三聚氰胺與聚合度為2 8的多聚甲醛反應獲得三聚氰胺甲醛預聚體的溶液A；
(2)配置含有鋁離子和鎂離子的水溶液B，鋁離子和鎂離子的摩爾比為I: 3，配置堿溶液C，堿溶液的pH值為11 12 ;
(3)向溶液A中同時滴加溶液B和溶液C，反應獲得柱撐水滑石，最后調節(jié)pH值為5 7，繼續(xù)反應，使之聚合成三聚氰胺甲醛樹脂插層水滑石，得到所述插層水滑石阻燃劑。上述技術方案中，所述溶液A的制備方法是，稱取摩爾比為I : 3的三聚氰胺和多聚甲醛(以甲醛計)，加入水配置成總質量濃度為10 20%的溶液，然后加熱到70 90°C反應0. 5 I小時，得三聚氰胺甲醛預聚體的溶液A。
所述溶液B由氯化鎂和硫酸鋁溶于水中而成，總質量濃度為10 20% ;所述溶液C由氫氧化鈉和碳酸鈉溶于水中而成，氫氧化鈉、碳酸鈉和水的質量比為6 6. 5 I I. 2 50 60。
步驟(3)的具體方法是，將溶液B和溶液C同時滴加至溶液A中，在70 90°C下反應O. 5h ;調節(jié)pH值為5 7，攪拌反應I 3h，趁熱過濾，洗滌至接近中性，干燥。上述技術方案中，三聚氰胺甲醛預聚體、鋁離子和鎂離子的投料摩爾比為I 3:1:3。優(yōu)選的技術方案，三聚氰胺甲醛預聚體、鋁離子和鎂離子的投料摩爾比為1:1:3。本發(fā)明同時請求保護采用上述制備方法制備得到的插層水滑石阻燃劑。由于上述技術方案運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有下列優(yōu)點
I.本發(fā)明通過三聚氰胺甲醛預聚體在水滑石層間聚合，得到一種無機/有機復合的插層水滑石阻燃劑，改善了其與高分子的相容性，能提高高分子的強度和阻燃性能。2.本發(fā)明通過控制反應時間、溫度、配比和pH值，得到最佳的收率。


圖I為實施例一中制備三聚氰胺甲醛樹脂插層水滑石阻燃劑的流程示意圖。圖2為實施例一所得插層水滑石阻燃劑的XRD分析圖。圖3為實施例一所得插層水滑石阻燃劑的紅外分析圖。圖4為實施例一所得插層水滑石阻燃劑的元素分析圖。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述
實施例一制備流程參見附圖I:
(I)在250 mL三口燒瓶中加入IOOmL水、I. 26 g三聚氰胺和O. 9g低聚合度多聚甲醛，攪拌均勻后，水浴加熱到80°C，反應O. 5h，得到溶液A。(2)將12. 18g氯化鎂和6. 66g硫酸招溶于50ml水配成溶液B ；6. 4g氫氧化鈉和
I.06g碳酸鈉溶于50ml水配成溶液C。同時將溶液B和C滴加至上述溶液A中，攪拌反應
O.5h0(3)用鹽酸調節(jié)pH值為7，80°C回流反應2h，趁熱過濾，用熱水洗滌至接近中性，將產(chǎn)物置于105°C烘箱中干燥24h，得產(chǎn)品。對所得產(chǎn)物進行XRD分析，如圖2，反應水滑石(曲線a)層狀結構的(003)、(006)和(009)晶面特征衍射峰和反應層板結構的(110)晶面特征衍射峰在樣品中均有出現(xiàn)，而且各衍射峰明顯且尖而窄，基線低平，說明結晶性好，晶相單一。因此可以說明插層水滑石(曲線b)仍然有水滑石的層狀結構。不同的是插層水滑石的(003)晶面發(fā)生了變化，衍射角變小，層間距(d(003))由原來的O. 721nm被撐到O. 817nm。這表明三聚氰胺已成功插入水滑石層間，并在層間與甲醛縮聚形成插層水滑石，使得水滑石的層間距擴大。對所得產(chǎn)物進行紅外分析，如圖3，曲線a為水滑石的紅外光譜圖，3200-36500^1的很寬的吸收峰為層間水的-OH伸縮振動峰，1395cm-1為層間C032_的吸收峰，615CHT1為Al-O伸縮振動吸收峰。插層水滑石的紅外光譜圖見圖3曲線b，可以看出在3395CHT1處的吸收峰變尖銳，這是N-H的伸縮振動峰，2975CHT1的吸收峰為亞甲基的伸縮振動峰，1569cm^為碳氮雙鍵的伸縮振動吸收峰，1336CHT1，1012^1為碳氮單鍵的伸縮振動吸收峰，813CHT1是三嗪環(huán)三取代吸收峰，再加上1395CHT1處C032_吸收峰的消失，說明了三聚氰胺甲醛樹脂已進入水滑石層間。對所得產(chǎn)物進行元素分析，如圖4，表明鎂鋁比接近理論值3:1，說明插層水滑石的板層金屬配比準確；碳氮比為1.6:1，說明三聚氰胺甲醛樹脂也已形成。實施例二，測試插層水滑石阻燃劑的阻燃和力學性能
分別將實施例一制備的插層水滑石阻燃劑2. 75g加入到IOg E-44環(huán)氧樹脂中，攪拌均勻后再加入Ig固化劑EDA制備成標準試樣，分別按照GB/T 2406. 2-2009塑料氧指數(shù)測試方法對樣品進行氧指數(shù)(OI)測試和力學拉伸性能測試。結果如下表I所示，空白環(huán)氧樹脂樣品的氧指數(shù)(OI)為19%，環(huán)氧樹脂經(jīng)插層水滑石阻燃劑阻燃后氧指數(shù)有提高最大為27%，且插層水滑石的阻燃性能優(yōu)于水滑石，力學性能也比未插層水滑石的高。表I :
權利要求
1.一種插層水滑石阻燃劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)由三聚氰胺與聚合度為2 8的多聚甲醛反應獲得三聚氰胺甲醛預聚體的溶液A；(2)配置含有鋁離子和鎂離子的水溶液B，鋁離子和鎂離子的摩爾比為I: 3，配置堿溶液C，堿溶液的pH值為11 12 ;(3)向溶液A中同時滴加溶液B和溶液C，反應獲得柱撐水滑石，最后調節(jié)pH值為5 7，繼續(xù)反應，使之聚合成三聚氰胺甲醛樹脂插層水滑石，得到所述插層水滑石阻燃劑。
2.根據(jù)權利要求I所述插層水滑石阻燃劑的制備方法，其特征在于所述溶液A的制備方法是，稱取摩爾比為I : 3的三聚氰胺和多聚甲醛(以甲醛計)，加入水配置成總質量濃度為10 20%的溶液，然后加熱到70 90°C反應O. 5 I小時，得三聚氰胺甲醛預聚體的溶液A。
3.根據(jù)權利要求I所述插層水滑石阻燃劑的制備方法，其特征在于所述溶液B由氯化鎂和硫酸鋁溶于水中而成，總質量濃度為10 20% ;所述溶液C由氫氧化鈉和碳酸鈉溶于水中而成，氫氧化鈉、碳酸鈉和水的質量比為6 6. 5 : I I. 2 : 50 60。
4.根據(jù)權利要求I所述插層水滑石阻燃劑的制備方法，其特征在于步驟(3)的具體方法是，將溶液B和溶液C同時滴加至溶液A中，在70 90°C下反應O. 5h ;調節(jié)pH值為5 7,攪拌反應I 3h,趁熱過濾,洗漆至接近中性,干燥。
5.根據(jù)權利要求I所述插層水滑石阻燃劑的制備方法，其特征在于三聚氰胺甲醛預聚體、鋁離子和鎂離子的投料摩爾比為I 3 : I : 3。
6.采用權利要求I至5中任一制備方法制備得到的插層水滑石阻燃劑。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種插層水滑石阻燃劑的制備方法，其特征在于，包括以下步驟(1)由三聚氰胺與低聚合度多聚甲醛反應獲得三聚氰胺甲醛預聚體的溶液A；(2)配置含有鋁離子和鎂離子的水溶液B，鋁離子和鎂離子的摩爾比為1∶3，配置堿溶液C；(3)向溶液A中同時滴加溶液B和溶液C，反應獲得柱撐水滑石，最后調節(jié)pH值為5～7，繼續(xù)反應，使之聚合成三聚氰胺甲醛樹脂插層水滑石，得到所述插層水滑石阻燃劑。本發(fā)明將聚合物插入水滑石層間合成一種無機/有機復合的插層水滑石阻燃劑，與高分子的相容性要比水滑石好，能提高高分子的強度和阻燃性能。
文檔編號C08L61/28GK102617979SQ20121011255
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月17日 優(yōu)先權日2012年4月17日
發(fā)明者姚社春, 朱玉剛, 董延茂 申請人:張家港金瑞奇精細化工有限公司, 蘇州科技學院