纳米复合发泡剂及其制备方法和发泡制品技术

本发明专利技术涉及一种纳米复合发泡剂及其制备方法以及发泡制品，该发泡剂由由层状蒙脱土与4,4-氧代双苯磺酰肼复合而成，其中，所述4,4-氧代双苯磺酰肼和蒙脱土的质量比例为1：（4～16）。该发泡剂制备时，对层状蒙脱土进行剥离后，将其与4,4-氧代双苯磺酰肼重组复合的方法得到复合发泡剂。本发明专利技术的优势在于，将有机发泡剂嵌入纳米级蒙脱土层间，不仅细化了发泡剂，有效控制发泡剂的剂量，而且增加了成核点，提高了发泡效率，形成的泡较均匀，泡孔较小，同时无机材料的加入，也在一定程度上改善了所得到的发泡制品的性质。

【技术实现步骤摘要】
纳米复合发泡剂及其制备方法和发泡制品
本专利技术涉及一种纳米复合发泡剂的制备领域，特别是是涉及一种通过剥离重组法制备的嵌入型纳米复合发泡剂及其制备方法和所制备的复合发泡剂在塑料发泡中的应用。
技术介绍
20世纪八十年代，麻省理工大学的F.Martini提出微孔泡沫塑料的概念，并将其研制成功，与普通泡沫塑料相比，微孔泡沫塑料具有优异的机械性能和热稳定性。目前，两种类型的发泡剂可以用于塑料发泡，一种是物理发泡剂，另一种是化学发泡剂。对于微孔泡沫塑料的研究工作主要是选用超临界二氧化碳或氮气作为发泡剂，超临界状态下的物理发泡剂在塑料原料中有非常好的溶解性能，而要想制得微孔泡沫塑料还需要非常苛刻的工艺条件，如对压力、泄压速率、气泡的成核速率等都有很高的要求。而对于化学发泡剂，由于自身容易团聚，如果直接与塑料原料混合发泡，则不易分散均匀，造成局部过热，不易控制泡孔大小，且成核点少，发泡效率和质量大大降低，因此限制了其在微孔泡沫塑料中的应用。
技术实现思路
本专利技术所解决的技术问题是，对上述发泡剂的不足，提供一种操作简单，生产成本低廉，生产效率高的新型纳米复合发泡剂及其制备方法以及该复合发泡剂的应用。本专利技术采用层状蒙脱土作为主体材料，有机发泡剂4,4-氧代双苯磺酰肼（OBSH）作为客体分子，由于4,4-氧代双苯磺酰肼分子较大，故先将蒙脱土片层进行剥离，再通过重组过程，实现OBSH与蒙脱土的复合，最终将有机发泡剂嵌入蒙脱土层间。具体来说，本专利技术提供如下技术方案：本专利技术的一方面，本专利技术提供一种纳米复合发泡剂，其特征在于：由层状蒙脱土与4,4-氧代双苯磺酰肼（OBSH）复合而成，其中，所述4,4-氧代双苯磺酰肼和蒙脱土的质量比例为1：（4～16）。优选地，其中所述蒙脱土原土为钙基蒙脱土，其颗粒大小为20～70μm。优选地，其中4,4-氧代双苯磺酰肼嵌入蒙脱土层间复合得到，且复合过程中没有分解；该复合发泡剂的粒径为0.1～10μm。本专利技术的另一方面，提供一种复合发泡剂的制备方法，其特征在于：对层状蒙脱土进行剥离后，将其与4,4-氧代双苯磺酰肼重组复合的方法得到复合发泡剂，其中，所述4,4-氧代双苯磺酰肼和蒙脱土的质量比例为1：（4～16）。优选地，本专利技术的上述方法制备步骤如下：(1)将钙基蒙脱土加入盐酸改性为氢化蒙脱土；(2)将氢化蒙脱土分散到水中，搅拌、超声处理后，于该体系中加入DMF再进行超声处理得到剥离的蒙脱土；(3)将OBSH的DMF溶液，加入上述剥离的蒙脱土体系中，搅拌、洗涤后，干燥至恒重得到剥离重组的复合发泡剂。优选地，其中步骤(2)中，所述的水中超声处理时间为5～30min，DMF水溶液中超声处理时间为15～60min。优选地，步骤（2）中，所述步骤（2）和步骤（3）中加入的所有DMF总体积和所有水体积量比例为，4:（3-1）。优选地，步骤(3)中，所述的OBSH在DMF溶液中的质量浓度为10～30%；所述的反应温度为25～70℃；所述的反应溶液pH=6～8。优选地，所述步骤（3）中，所述的洗涤过程中，所用的洗涤液为甲醇或DMF水溶液或包括DMF和甲醇的混合洗液。优选地，所述步骤（3）中，所述的洗涤过程中，采用混合洗液进行洗涤，所述混合洗液包括DMF、甲醇和OBSH。优选地，所述混合洗液的组成为：以10mLDMF计，包括10-30mL甲醇和1.0-2.0gOBSH；更优选地，以10mLDMF计，包括10-20mL甲醇和1.5-2.0gOBSH；最优选地，以10mLDMF计，包括10mL甲醇和2.0gOBSH。优选地，采用混合洗液进行洗涤时，先用所述混合洗液洗涤，再增加用甲醇洗涤的最后洗涤步骤。本专利技术的另一方面，提供一种纳米复合发泡剂，其特征在于：通过上面任一所述的制备方法得到。优选地，该复合发泡剂的粒径为0.1～10μm。本专利技术的另一方面，提供一种发泡制品，其特征在于：通过上面所述任一纳米复合发泡剂发泡得到。优选地，其中，通过将上面所述任一纳米复合发泡剂加入到环氧树脂中，搅拌均匀后加入固化剂固化得到。本专利技术制备的复合发泡剂具有以下特征和优点：1)本专利技术的复合发泡剂，有机发泡剂都在层内，且复合过程中没有分解，有效控制了发泡剂的剂量，达到细化发泡剂的目的，避免了发泡过程中的局部过热；2)本专利技术与普通的物理混合不同，有机发泡剂嵌入纳米级蒙脱土层间，与层板发生弱的相互作用，无机粘土的层板为层间的有机发泡剂提供了大量的成核点，使得形成的泡较为均匀，泡孔较小；3)本专利技术的制备方法操作方便，设备简单，实用性强。附图说明图1-a本专利技术的实施例中1#复合发泡剂样品所发泡得到的发泡制品的电镜照片图，放大倍数为40倍。图1-b本专利技术的实施例中2#复合发泡剂样品所发泡得到的发泡制品的电镜照片图，放大倍数为40倍。图1-c本专利技术的实施例中3#复合发泡剂样品所发泡得到的发泡制品的电镜照片图，放大倍数为40倍。图1-d本专利技术的实施例中4#复合发泡剂样品所发泡得到的发泡制品的电镜照片图，放大倍数为40倍。图2是本专利技术实施例所得产物4,4-氧代双苯磺酰肼/蒙脱土复合发泡剂XRD谱图与N,N’-二甲基甲酰胺/蒙脱土、氢化蒙脱土、钙基蒙脱土的XRD谱图比较图。图3是本专利技术实施例所得产物4,4-氧代双苯磺酰肼/蒙脱土复合发泡剂的13CCP/MASNMR谱图与4,4-氧代双苯磺酰肼的13CCP/MASNMR谱图比较图。具体实施方式本专利技术提供一种纳米复合发泡剂及其制备纳米复合发泡剂的方法，该制备方法的特征在于，先将钙基蒙脱土进行酸化改性，然后通过超声作用，实现蒙脱土的剥离。将有机发泡剂溶解于一定量的溶剂中，加入剥离的蒙脱土体系中，在一定温度下搅拌反应，通过合适的洗涤过程，使层内的OBSH析出后仍能均匀的分散在蒙脱土层间，同时除去层外的OBSH，干燥至恒重，得到纳米复合发泡剂。在本专利技术中，所谓“纳米复合发泡剂”中的“纳米”是形容复合过程的，由于蒙脱土的单片层厚度约为1μm，而蒙脱土原土颗粒大小为约20～70μm，是许多片层堆叠的结构，所以本专利技术的复合过程中，先将片层剥离打开，二者插入OBSH的复合过程即在纳米尺度范围内进行了，即纳米复合的方法制备了复合发泡剂。本专利技术所得到的纳米复合发泡剂，粒径为0.1～10μm。在本专利技术的一种优选实施方式中，本专利技术的制备纳米复合发泡剂的制备方法如下：(1)将1g钙基蒙脱土于25℃下电磁搅拌分散到100ml去离子水中，然后加入10ml1mol/L的HCl，70～90℃下反应。反应结束后离心，洗涤至中性，干燥，即得到氢化蒙脱土；(2)将氢化蒙脱土分散到去离子水中，电磁搅拌1～3h后，超声一定时间，然后于体系中加入DMF，再超声一定时间，得到剥离的蒙脱土；(3)配制OBSH的DMF溶液，加入上述剥离的蒙脱土体系中，然后在一定温度下，电磁搅拌反应18-25h。反应结束后离心，适当洗涤后，干燥至恒重，即得到剥离重组的复合发泡剂。上述制备方法中，对于无机层状材料蒙脱土要进行酸化改性，以达到细化蒙脱土颗粒、增大其吸附性以及纯化蒙脱土的目的。上述制备方法中，采用超声作用进行蒙脱土剥离，先在水溶液中进行初步剥离，再在DMF水溶液中进一步超声剥离，且对两个过程的超声时间进行控制，防止超声时间过长使体系温度过热，而导致纳米颗粒的再次团聚。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纳米复合发泡剂，其特征在于：由层状蒙脱土与4,4?氧代双苯磺酰肼（OBSH）复合而成，其中，所述4,4?氧代双苯磺酰肼和蒙脱土的质量比例为1：（4～16）。

【技术特征摘要】
1.一种纳米复合发泡剂，其特征在于：由层状蒙脱土与4,4-氧代双苯磺酰肼(OBSH)复合而成，其中，所述4,4-氧代双苯磺酰肼和蒙脱土的质量比例为3:1、4:1或5:1；所述纳米复合发泡剂是对层状蒙脱土进行剥离后，将其与4,4-氧代双苯磺酰肼重组复合得到，所述剥离过程为：先将层状蒙脱土进行酸化改性，然后通过超声作用，实现蒙脱土的剥离。2.根据权利要求1所述的复合发泡剂，其特征在于：所述层状蒙脱土为钙基蒙脱土，其颗粒大小为20～70μm。3.根据权利要求1或2所述的复合发泡剂，其特征在于：4,4-氧代双苯磺酰肼嵌入蒙脱土层间复合得到，且复合过程中没有分解；该复合发泡剂的粒径为0.1～10μm。4.一种复合发泡剂的制备方法，其特征在于：对层状蒙脱土进行剥离后，将其与4,4-氧代双苯磺酰肼重组复合得到复合发泡剂，其中，所述4,4-氧代双苯磺酰肼和蒙脱土的质量比例为3:1、4:1或5:1；其中，所述剥离过程为：先将层状蒙脱土进行酸化改性，然后通过超声作用，实现蒙脱土的剥离。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：制备步骤如下：(1)将层状蒙脱土加入盐酸改性为氢化蒙脱土；(2)将氢化蒙脱土分散到水中，搅拌、超声处理后，于该体系中加入DMF再进行超声处理得到剥离的蒙脱土；(3)将OBSH的DMF溶液，加入上述剥离的蒙脱土体系中形成反应溶液，搅拌反应、洗涤后，干燥至恒重得到剥离重组的复合发泡剂。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：其中步骤(2)中，所述的水中超声处理时间为5～30min，DMF水溶液中超声处理时间为15～60min。7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)和步骤(3)中加入的所有DMF总体积和所有水体积量比例为，4:(3-1)。8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)和步骤(3)中加入的所有DMF总体积和所有水体积量比例为，4:(3-1)。9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的OBSH在DMF溶液中的质量浓度为10～30％；所述的反应温度为25～70℃；所述的反应溶液pH＝6～8。10.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的OBSH在DMF溶液中的质量浓度为10～30％；所述的反应温度为25～70℃；所述的反应溶液pH＝6～8。11.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：步骤(3)中，所述的OBSH在DMF溶液中的质量浓度为10～30％；所述的反应温度为25～70℃；所述的反应溶液pH＝6～8。...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭灿雄，李靖，吴淑芬，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：