一种用于软PVC的纳米复合阻燃剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于软PVC的纳米复合阻燃剂的制备方法，首先采用快速成核/晶化法制备ZnMgAl‑LDHs，然后以油酸钠为改性剂对ZnMgAl‑LDHs进行表面改性，再将Sb2O3粉末与改性后的ZnMgAl‑LDHs样品在球磨罐中混合球磨，得到Sb2O3‑ZnMgAl‑LDHs纳米复合阻燃剂。本发明专利技术制备的复合材料具有良好的阻燃性能及机械性能，阻燃效果明显优于一般阻燃材料。

【技术实现步骤摘要】
一、
本专利技术涉及一种阻燃剂的制备方法，具体地说是一种用于软PVC的纳米复合阻燃剂的制备方法，并对其在软PVC材料中的阻燃及机械性能进行评价。二、
技术介绍
聚氯乙烯(Polyvinylchloride，PVC)作为重要的工业热塑性高聚物，其力学性能优异，电绝缘性好，化学性质稳定，价格优廉，被广泛应用于建材、管材、电线电缆等领域。硬质PVC本身为自熄行材料，但软PVC由于添加大量的DOP等增塑剂，其极限氧指数(LOI)大大降低而成为可燃性材料，遇火易燃烧，产生大量烟雾和有毒气体，使软PVC在应用中存在许多潜在危害。作为软PVC的阻燃剂而言，要求其兼具高效阻燃及抑烟等性能，且对软PVC自身的机械性能影响较小。类水滑石(LDHs)又称层状双氢氧化物，是一类阴离子插层型材料。类水滑石的层板由MO6八面体共用棱边而形成，带正电荷，层间为阴离子和少量结晶水分子，所形成的主客体结构呈现中性。LDHs具有优良的阴离子交换性能和热稳定性，已经在催化、离子交换、吸附、阻燃等许多领域得到应用。LDHs用作阻燃剂时，具有无卤、无毒、不产生腐蚀性气体且有显著的抑烟性能等优点，是一类环保型阻燃剂。但是，LDHs作为无机添加型阻燃剂使用时尚存在添加量大、阻燃效率低等突出问题；同时，LDHs表面亲水疏油，与聚合物基体相容性差，对阻燃复合材料机械性能影响较大。因此，为提高LDHs的阻燃效率，改善复合材料机械性能，在使用前一般需进行表面改性。Sb2O3是一种高效的无机添加型阻燃剂，其在软PVC等高聚物中的阻燃应用开发较早，也较为成熟。Sb2O3作为阻燃剂使用时可独立使用，亦可与其他阻燃剂复配协同阻燃，广泛用于增白剂、织物、软PVC阻燃等。但同时Sb2O3也存在增烟、有毒、价格昂贵且资源有限，在聚合物基体中易聚集，分散性、相容性差等不足。因此，开发廉价、阻燃效果好的阻燃剂替代或部分替代Sb2O3成为软PVC阻燃领域的研究热点。三、
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于软PVC的纳米复合阻燃剂的制备方法，所要解决的技术问题是保证软PVC机械性能的前提下提高其阻燃性能。本专利技术用于软PVC的纳米复合阻燃剂的制备方法，首先采用快速成核/晶化法制备ZnMgAl-LDHs，然后以油酸钠为改性剂对ZnMgAl-LDHs进行表面改性，再将Sb2O3粉末与改性后的ZnMgAl-LDHs样品在球磨罐中混合球磨，得到Sb2O3-ZnMgAl-LDHs纳米复合阻燃剂。具体包括如下步骤：1、将0.06mol硝酸锌与0.06mol硝酸镁加入200mL去离子水中，配制获得盐溶液A；将0.06mol铝酸钠与0.03mol碳酸钠加入300mL去离子水中，配制获得碱溶液B；水浴恒温65℃条件下将所述盐溶液A与所述碱溶液B混合，搅拌3～5min，以0.1～0.3mol/LNaOH溶液调节反应体系pH值至9～11，继续搅拌动态晶化1h，静态陈化24h，过滤、洗涤，所得滤饼于70℃下干燥，制得白色ZnMgAl-LDHs样品；2、将步骤1制得的未经干燥的ZnMgAl-LDHs滤饼分散到600mL0.2～1.2g/L的油酸钠溶液中，水浴恒温65℃下以0.1～0.3mol/L的H2SO4溶液调节反应体系pH值至5～7，搅拌1h，过滤、洗涤，所得滤饼于70℃下干燥，制得改性ZnMgAl-LDHs，为白色粉末；3、将Sb2O3粉末与步骤2所得改性ZnMgAl-LDHs在球磨罐中混合，加入无水乙醇，在球磨转速350～650r/min、球料比1:1～3:1的条件下球磨6～14h，70℃下干燥后获得Sb2O3-ZnMgAl-LDHs纳米复合阻燃剂。Sb2O3粉末的添加量为Sb2O3-ZnMgAl-LDHs纳米复合阻燃剂质量的5～15％。将本专利技术制得的纳米复合阻燃剂应用于软PVC中，制备软PVC纳米阻燃复合材料，检测数据显示所制备的复合材料具有良好的阻燃性能及机械性能。与已有技术相比，本专利技术的有益效果体现在：作为软PVC的阻燃剂而言，需要其具有抑烟、高效阻燃等性能，且对软PVC自身的机械性能影响较小。LDHs用作阻燃剂使用时，无卤、无毒、不产生腐蚀性气体而且具有显著的抑烟性能，是一类环保型阻燃剂，在使用前一般需进行表面改性，提高LDHs的阻燃效率，改善复合材料机械性能；Sb2O3是一种高效的无机添加型阻燃剂，但同时Sb2O3也存在诸如增烟、有毒、价格昂贵且资源有限，在聚合物基体中易聚集，分散性、相容性差等不足，因此，开发廉价、环保、阻燃效果好的阻燃剂替代或部分替代Sb2O3成为软PVC阻燃领域的研究热点。本专利技术制备的阻燃剂具有阻燃剂添加量较少，阻燃效率高，且对断裂伸长率、拉伸强度等力学性能影响较小的特点。四、附图说明图1为本专利技术实施例1制备的改性前后ZnMgAl-LDHs、实施例2制备的(Sb2O3)10-ZnMgAl-LDHs纳米复合阻燃剂的XRD谱图。从图1中可以看出改性前后ZnMgAl-LDHs在较低2θ处均有特征的低晶面指数(00l)衍射峰，分别为典型的水滑石特征衍射峰(003)、(006)、(009)，表明所制备的ZnMgAl-LDHs样品具有较规整的板层形貌。通过布拉格公式(dhkl＝nλ/2sinθ，其中dhkl为晶面间距，n＝1为衍射级数，λ＝0.15405nm为所用靶的波长，θ为衍射角)计算改性前后LDHs层间间距分别为：d(003)＝0.8625、0.8690nm。将d(003)减去层板厚度(约0.48nm)，得到层间距分别为0.38和0.39nm，说明油酸钠是通过对ZnMgAl-LDHs的表面包覆而达到改性效果，未插入ZnMgAl-LDHs层间。经球磨制备的(Sb2O3)10-ZnMgAl-LDHs纳米复合阻燃剂中的ZnMgAl-LDHs的衍射峰明显宽化，说明经高速球磨后的ZnMgAl-LDHs结构出现无定形化和纳米化。同时，(Sb2O3)10-ZnMgAl-LDHs纳米复合阻燃剂的XRD图中在2θ为13.8°、27.8°、32.1°、35.1°、46.0°和54.7°处出现Sb2O3的(111)、(222)、(400)、(311)、(440)和(622)晶面的特征衍射峰。图2为实施例1得到的改性前后ZnMgAl-LDHs、实施例2制备的(Sb2O3)10-ZnMgAl-LDHs纳米复合阻燃剂及Sb2O3的FT-IR图。由ZnMgAl-LDHs的FT-IR图可以看出改性后ZnMgAl-LDHs的FT-IR图中出现了2919cm-1、2840cm-1、1521cm-1三个新吸收峰，分别为饱和烷烃-CH3、-CH2的C-H对称和不对称伸缩振动特征吸收峰，以及-COO-不对称伸缩振动峰，表明油酸钠稳定地存在于ZnMgAl-LDHs中。波数708cm-1为Sb2O3特征吸收峰，(Sb2O3)10-ZnMgAl-LDHs样品的FT-IR图上在703cm-1处出现了Sb-O键的特征吸收峰，说明了Sb2O3的存在。图3为实施例1制备的改性前后ZnMgAl-LDHs(a&b)、实施例2制备的(Sb2O3)10-ZnMgAl-LDHs(d)，实施例3制备的(Sb2O3)5-ZnMgAl-LDHs(c)及实施例4制备的(Sb2O3)15-ZnMgAl-LDHs(e)的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于软PVC的纳米复合阻燃剂的制备方法，其特征在于：首先采用快速成核/晶化法制备ZnMgAl‑LDHs，然后以油酸钠为改性剂对ZnMgAl‑LDHs进行表面改性，再将Sb2O3粉末与改性后的ZnMgAl‑LDHs样品在球磨罐中混合球磨，得到Sb2O3‑ZnMgAl‑LDHs纳米复合阻燃剂。

【技术特征摘要】
1.一种用于软PVC的纳米复合阻燃剂的制备方法，其特征在于：首先采用快速成核/晶化法制备ZnMgAl-LDHs，然后以油酸钠为改性剂对ZnMgAl-LDHs进行表面改性，再将Sb2O3粉末与改性后的ZnMgAl-LDHs样品在球磨罐中混合球磨，得到Sb2O3-ZnMgAl-LDHs纳米复合阻燃剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将0.06mol硝酸锌与0.06mol硝酸镁加入200mL去离子水中，配制获得盐溶液A；将0.06mol铝酸钠与0.03mol碳酸钠加入300mL去离子水中，配制获得碱溶液B；水浴恒温65℃条件下将所述盐溶液A与所述碱溶液B混合，搅拌3～5min，调节反应体系pH值至9～11，继续搅拌动态晶化1h，静态陈化24h，过滤、洗涤，所得滤饼于70℃下干燥，制得白色ZnMgAl-LDHs...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨保俊，尚松川，王百年，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34