一种冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于杂化材料制备技术领域，具体公开一种冰糖葫芦型羟基锡酸锌‑钛酸纳米管纳米杂化材料及其制备方法和应用。钛酸纳米管为轴，羟基锡酸锌纳米颗粒为球。S1、将钛酸钠纳米管超声分散到1#水中，然后加酸调节体系pH至1~3，并超声反应0.1~5h；S2、超声反应结束后过滤、洗涤，将洗涤后所得产物重新分散到2#水中，得到分散液1；S3、将锡酸盐和锌盐加到3#水中，并在0~10℃下超声分散0.1~2h，得到分散液2；S4、将分散液1和分散液2混合，并在0~10℃下反应0.1~5h；S5、将S4所得的溶液过滤，得到滤饼，洗涤、干燥后，即得。本发明专利技术所述冰糖葫芦型羟基锡酸锌‑钛酸纳米管纳米杂化材料作为阻燃剂的应用，其具有良好的阻燃性能。

An ice Tomatoes on sticks type zinc hydroxystannates titanate nanotube nano hybrid material and preparation method and application thereof

The invention belongs to the technical field of preparation of hybrid materials, and particularly discloses an ice Tomatoes on sticks type zinc hydroxystannates titanate nanotube nano hybrid material and preparation method and application thereof. The titanate nanotube is a shaft, and the zinc zinc stannate nanoparticles are spheres. S1, the sodium titanate nanotubes ultrasonic dispersion to 1# water, then adding acid to adjust system of pH to 1~3, and 0.1~5h S2, the end of ultrasonic reaction; ultrasonic reaction after filtration and washing, after washing the product will be re dispersed into 2# water dispersion, get 1; S3, stannate and zinc salt added to 3# in the water, and at 0~10 deg. 0.1~2h by ultrasonic dispersion, dispersion, the dispersion is 2; S4 1 and 2 mixed dispersions, and the reaction at 0~10 deg. 0.1~5h; S5, the solution was filtered from S4, get the cake, washing and drying, i.e.. The invention of the ice Tomatoes on sticks type zinc hydroxystannates titanate nanotube nano hybrid materials used as flame retardant, which has good flame retardant properties.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于杂化材料制备
，具体涉及一种冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料及其制备方法和应用。
技术介绍
高分子材料具有制备简单、原料丰富、性能优良等优点，已被大规模地运用到了人们日常的生产和生活中。但由于一般的高分子材料都以C、H元素为主，所以大多数的高分子材料都有可燃性的缺点，这会严重威胁人们的财产、生命安全。向高分子材料中加入阻燃剂，提高其火灾安全性能，是一种有效的方法。但是，传统的有机卤阻燃剂燃烧后释放有毒有害气体，危害环境和人体健康，其应用受到限制，已经逐渐退出市场。绿色环保型阻燃剂受到人们广泛关注。近年来，研究发现，羟基锡酸锌在含氯聚合物中可以迅速脱氯化氢使聚合物成碳，并吸附氢氧自由基，显示出良好的阻燃和抑烟性能。钛酸纳米管利用其对聚合物的催化成碳作用也显示出了良好的阻燃性能。但是，单独使用羟基锡酸锌或者钛酸纳米管仍需要较大的添加量才能到达良好的阻燃性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料及其制备方法和应用。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料，钛酸纳米管为轴，羟基锡酸锌纳米颗粒为球。制备方法，包括以下步骤：S1、将钛酸钠纳米管超声分散到1#水中，然后加酸调节体系pH至1~3，并超声反应0.1~5h；S2、超声反应结束后过滤、洗涤，将洗涤后所得产物重新分散到2#水中，得到分散液1；S3、将锡酸盐和锌盐加到3#水中，并在0~10℃下超声分散0.1~2h，得到分散液2；S4、将分散液1和分散液2混合，并在0~10℃下反应0.1~5h；S5、将S4所得的溶液过滤，得到滤饼，洗涤、干燥后，即得冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料。较好地，按质量-体积-摩尔比计，各原料的用量配比为钛酸钠纳米管∶1#水∶2#水∶锡酸盐：锌盐∶3#水=0.75~3g∶100~200mL∶10~30mL∶0.009~0.011moL∶0.009~0.011moL∶100~200mL。较好地，酸为盐酸、硝酸或硫酸。较好地，锡酸盐为锡酸钠、锡酸钾或其组合；锌盐为硫酸锌、硝酸锌、氯化锌或其组合。所述冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料作为阻燃剂的应用。有益效果：本专利技术利用纳米技术，将羟基锡酸锌和钛酸纳米管相结合，形成一种冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料，利用二者的优势可以获得良好的阻燃性能。除此之外，本专利技术提供的制备方法具有步骤简单、原料廉价易得、反应条件温和等特点，其产率高、生产成本低，适合大规模工业化生产。附图说明图1：实施例1所得ZHS-TNT的X射线粉末衍射图（a）、x射线光电子能谱图（b）、拉曼光谱图（c）、透射电子显微镜照片（d）和结构形成机理示意图（e）。图2：极限氧指数LOI数据柱状图：a--不同添加量条件下，实施例1所得ZHS-TNT加入聚氯乙烯（PVC）后的极限氧指数数据柱状图；b--相同添加量（2.5wt.%）条件下，ZHS、TNT、ZHS+TNT（相同条件下制得的ZHS和TNT的混合物）以及ZHS-TNT加入聚氯乙烯（PVC）后的极限氧指数数据柱状图。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明。实施例1S1、将1.5g钛酸钠纳米管分散到150mL水中并超声，然后加入0.5mol/L的盐酸调节体系pH=1.6，并超声反应3h；S2、超声反应结束后过滤、洗涤，得到钛酸纳米管，将其全部重新分散到20mL水中，得到分散液1；S3、将0.01mol锡酸钠和0.01mol硫酸锌分散到150mL水中，并在5℃条件下反应0.5h，得到分散液2；S4、将上述所得分散液1和分散液2混合，并在5℃条件下反应3h；S5、将S4所得的溶液过滤后得到滤饼，洗涤、干燥后，即得冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料（ZHS-TNT）。图1是实施例1所得ZHS-TNT的X射线粉末衍射图（a）、x射线光电子能谱图（b）、拉曼光谱图（c）、透射电子显微镜照片（d）和结构形成机理示意图（e）。从X射线粉末衍射图1a可以看出，在所选择的制备条件下，所制备的纳米杂化材料同时具有羟基锡酸锌（ZHS）和钛酸纳米管（TNT）的衍射峰，说明二者形成了复合结构；从x射线光电子能谱图1b可以看出，在所选择的制备条件下，所制备的纳米杂化材料除了TNT的峰，还出现了ZHS的峰，进一步说明二者形成了复合结构；从拉曼光谱图1c可以看出，在所选择的制备条件下，所制备的纳米杂化材料同时具有羟基锡酸锌（ZHS）和钛酸纳米管（TNT）的衍射峰，也证实二者形成了复合结构；从透射电子显微镜照片1d可以看出，在所选择的制备条件下，所制备的纳米杂化材料形成了冰糖葫芦型纳米杂化材料；图1e是其结构形成机理图，钛酸钠纳米管（NaTA）在低pH值条件下，通过离子交换形成钛酸纳米管（TNT），并且形成一定的缺陷，在缺陷位置逐渐形成羟基锡酸锌（ZHS），最后形成冰糖葫芦型结构。以PVC、填料、阻燃剂为原料，制备样板：将PVC、填料和阻燃剂均匀混合，在双辊开炼机上100℃混炼10min，转移至橡胶平板硫化仪，温度控制170℃，先常压预热1min，随后加压至23MPa，硫化5min，冷却，待温度冷却至室温，从硫化仪中取出，即得样板；其中以重量百分比总和为100wt.%计，称取原料：阻燃剂为0~2.5%、余量为PVC和填料的混合物；所述填料为邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸、硬脂酸钙和硬脂酸铅；PVC和填料的混合物中，以重量比计，PVC∶邻苯二甲酸二辛酯∶硬脂酸∶硬脂酸钙∶硬脂酸铅=68.8∶27.5∶0.6∶0.3∶0.3。参照GB/T2406-1993，将所得样板制样（自撑材料，型式IV，样品尺寸100mm×6.5mm×3mm）并测试极限氧指数LOI。图2是极限氧指数LOI数据柱状图：a--不同添加量条件下，阻燃剂实施例1所得ZHS-TNT加入聚氯乙烯（PVC）后的极限氧指数数据柱状图；b--相同添加量（2.5wt.%）条件下，阻燃剂ZHS、TNT、ZHS+TNT以及ZHS-TNT加入聚氯乙烯（PVC）后的极限氧指数数据柱状图；其中的“PurePVC”代表纯的PVC，即阻燃剂的添加量为0wt.%；PVC-0.5”代表ZHS-TNT的添加量为0.5wt.%，其它类推；ZHS+TNT为与实施例1相同条件下制得的ZHS和TNT的混合物，即将S2所得分散液1过滤、干燥，得TNT，将S3所得分散液2过滤、干燥，得ZHS，最后再将两者经简单混合即可。从图上可以看出，纯的PVC的氧指数为25.8，随着纳米杂化材料添加量的增加氧指数随之增大，添加量为2.5wt.%时，氧指数达到29.6，表明所制备的纳米杂化材料具有良好的阻燃性能。同时，在相同添加量（2.5wt.%）条件下，所制备的纳米杂化材料的氧指数比ZHS、TNT、ZHS+TNT高，说明这种特殊的结构对其阻燃性能提高具有重要作用。将依据上述样板制备方法所得的“纯的PVC、ZHS/PVC、ZHS-TNT/PVCZHS”样板，依据标准ISO5660测试锥形量热，数据见表1，其中“PurePVC”代表纯的PVC，即阻燃剂的添加量为0wt.%，“ZHS/PVC”代表添加的阻燃剂是ZHS，“ZH本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种冰糖葫芦型羟基锡酸锌‑钛酸纳米管纳米杂化材料，其特征在于：钛酸纳米管为轴，羟基锡酸锌纳米颗粒为球。

【技术特征摘要】
1.一种冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料，其特征在于：钛酸纳米管为轴，羟基锡酸锌纳米颗粒为球。2.一种制备如权利要求1所述冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、将钛酸钠纳米管超声分散到1#水中，然后加酸调节体系pH至1~3，并超声反应0.1~5h；S2、超声反应结束后过滤、洗涤，将所得钛酸纳米管分散到2#水中，得到分散液1；S3、将锡酸盐和锌盐加到3#水中，并在0~10℃下超声分散0.1~2h，得到分散液2；S4、将分散液1和分散液2混合，并在0~10℃下反应0.1~5h；S5、将S4所得的溶液过滤，得到滤饼，洗涤、干燥后...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志伟，桑彬，李小红，张治军，
申请(专利权)人：河南大学，
类型：发明
国别省市：河南;41