一种核壳多级结构磷铝复合阻燃剂的制备方法技术

本发明专利技术属于无机功能材料技术领域，提供了一种核壳多级结构磷铝复合阻燃剂的制备方法。本发明专利技术以商业氢氧化铝等铝系阻燃剂为原料，通过研磨、含磷的酸原位反应、晶体生长控制、过滤、干燥等操作合成了以铝系阻燃剂为核，花状含磷、铝化合物为壳的“核壳”多级结构复合阻燃剂。其设计的特殊结构能显著提升复合阻燃剂粒子的比表面积以及改善铝系阻燃剂与塑料的相容性，进而改善复合材料力学性能；同时稳定的花状多级结构外层能有效避免其在基体燃烧时游离迁移和聚集，使材料燃烧时不产生低落现象，提升复合材料的阻燃性能。该工艺流程简单、操作方便、成本较低、工艺条件易控制，易于工业化推广，为氢氧化铝等铝系阻燃剂产品升级提供了一条新途径。

Preparation method of phosphorus aluminum composite flame retardant with core shell and multi stage structure

The invention belongs to the field of inorganic functional material technology, and provides a method for preparing a phosphorus aluminum composite flame retardant with core shell and multi stage structure. The present invention to commercial aluminum aluminum hydroxide flame retardant agent as raw materials, through grinding, phosphoric acid in situ reaction, crystal growth control, filtration and drying operation on the synthesis of flame retardant aluminum as the core, flower like phosphorus, aluminum compounds as shell \core shell\ structure of multi composite flame retardant. The special structure of the design can significantly improve the flame retardant composite particle surface area and improve the compatibility between flame retardant aluminum and plastic, and then improve the mechanical properties of composite materials; flower structure and stability of the multilevel outer layer can effectively avoid the free migration and accumulation in the matrix when burning, do not produce low phenomenon during combustion of the material and enhance the flame retardant properties of composite materials. The process is simple, easy to operate, low cost, easy to control process conditions, easy to industrial extension, provides a new way for aluminum hydroxide and other aluminum flame retardant products upgrade.

【技术实现步骤摘要】
一种核壳多级结构磷铝复合阻燃剂的制备方法
本专利技术属于无机功能材料
，涉及到一种核壳多级结构磷铝复合阻燃剂的制备方法。技术背景铝系阻燃剂具有消烟、阻燃、填充等三大功能，是具有无毒、惰性、不会产生第二次的污染等优良性能的材料，包括氢氧化铝，拟薄水铝石，勃姆石。它不仅有高白度值，而且具有高优良的色度指标，对着色遮盖的影响小，产品的色调美观；氢氧化铝的来源丰富，价格也较低，在国内外市场中其消耗量占无机阻燃剂总量的80％以上。在实际应用中为了降低阻燃填充量，提高氢氧化铝阻燃剂的阻燃效率，常将其与协效剂(B、Sb、Fe、Si等的氧化物)共同使用产生协同阻燃效应，如铝系与硼化物，铝系与蒙脱土，铝系与磷系等。与其他材料相比，铝系阻燃剂的阻燃效率相较而言较低，为了达到UL94-V0阻燃级别，其填充量通常要高达60％以上，高的填充量会导致复合材料的力学性能和加工性能显著恶化，从而难以满足使用要求。同时由于无机阻燃剂与聚合物具有较差的相容性，作为填料使用时较容易与基体发生相分离而产生“返霜”现象，降低了高分子复合材料的品质。因此，为了解决铝系阻燃剂阻燃效率不高的难题，达到降低阻燃填料填充量的目的，同时提高阻燃填充剂与高聚物基体的相容性，本专利技术提供了一种成本低、操作简单合成以铝系阻燃剂为核、花状含磷、铝化合物为壳的“核壳”多级结构复合阻燃剂的方法，所得阻燃剂颗粒具有阻燃剂与协效剂之间相互作用强、材料力学性能和阻燃性均较高等特点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种新型核壳多级结构磷铝复合阻燃剂的制备方法。本专利技术的技术方案：以商业铝系阻燃剂为原料，随后向研磨罐中加入一定比例的溶剂分散制备成浆液，将浆液在200-400r/min转速下研磨2-5h,将浆液转移至反应器中，加入一定量的溶剂稀释浆液，在40～80℃下进行搅拌，使氢氧化铝颗粒分散均匀，再按一定比例向反应器中滴加含磷的酸溶液，同时加大搅拌速度，使物料混合均匀并完全反应，再经过过滤和干燥过程，得到核壳多级结构协效型磷铝复合阻燃剂产品。其技术特征在于铝系阻燃剂核的种类、颗粒粒度、溶剂组成、浆料固液比、磷系阻燃剂壳的磷源选择、浓度和配方如下：一种核壳多级结构磷铝复合阻燃剂的制备方法，步骤如下：步骤1：以铝系阻燃剂为原料，加入溶剂分散制备成浆液，将浆液在200-400r/min转速下研磨2-6h；其中，所述的铝系阻燃剂和溶剂的固液质量比为1：1～20；步骤2：将研磨后的浆料，搅拌速度为100r/min～500r/min，温度为40～80℃，搅拌10～60min；步骤3：持续保持100r/min～600r/min搅拌速度，滴加含磷酸，反应温度为40～80℃，保持连续反应3～10h；其中，所述的铝系阻燃剂与含磷酸间的物质的量之比为10:1～10；步骤4：过滤并用乙醇洗涤滤饼多次，干燥后即得到核壳多级结构磷铝复合阻燃剂。所述的铝系阻燃剂为氢氧化铝、拟薄水铝石的一种或两种以上混合，粒度为800～10000目。所述的溶剂为水、C1～C4醇中的一种或两种以上混合。所述的含磷酸为磷酸、多聚磷酸、偏磷酸、次磷酸、亚磷酸或焦磷酸。本专利技术的有益效果：铝系阻燃剂表面生成花状含磷、铝的化合物包覆层，从而显著提升复合阻燃剂粒子的比表面积以及改善铝系阻燃剂与塑料的相容性(提升其与聚合物基体的相互作用)，进而改善复合材料力学性能；同时稳定的花状多级结构外层能有效避免其在基体燃烧时游离迁移和聚集，使材料燃烧时不产生低落现象，提升复合材料的阻燃性能。具体实施方式以下结合技术方案详细叙述本专利技术的具体实施方式。实施例1取5000目氢氧化铝粉末78g置于球磨罐中，加入300ml乙醇制成浆料，在200r/min的转速下，球磨4h，将浆料转移到反应器中，再加入200ml乙醇，70℃下搅拌10min，再取23.059g磷酸，滴加到反应器中，过程中加快搅拌速度，持续反应4h冷却至室温，反应完成后将产品过滤洗涤，干燥后即可得到蓬松的复合阻燃剂产品。将产品应用于EVA塑料中，填充量55wt％满足阻燃UL94-V0级别。其性能优于同等填充量氢氧化铝阻燃剂。表1磷铝复合阻燃剂的UL94垂直燃烧测试实施例2取10000目勃姆石170g置于球磨罐中，加入300ml甲醇制成浆料，在300r/min的转速下，球磨3h，将浆料转移到反应器中，再加入100ml甲醇，60℃下搅拌10min，再取101.379g聚磷酸，用100ml甲醇溶解滴加到反应器中，过程中加快搅拌速度，持续反应6h冷却至室温，反应完成后将产品过滤洗涤，干燥后即可得到蓬松的复合阻燃剂产品。将产品应用于EVA塑料中，填充量55wt％满足阻燃UL94-V0级别。其性能优于同等填充量勃姆石阻燃剂。实施例3取2500目拟薄水铝石103g置于球磨罐中，加入300ml甲醇制成浆料，在300r/min的转速下，球磨6h，将浆料转移到反应器中，再加入200ml甲醇，50℃下搅拌10min，再取69.2g磷酸，滴加到反应器中，过程中加快搅拌速度，持续反应8h冷却至室温，反应完成后将产品过滤洗涤，干燥后即可得到蓬松的复合阻燃剂产品。将产品应用于EVA塑料中，填充量55wt％满足阻燃UL94-V0级别。其性能优于同等填充量氢氧化铝阻燃剂。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核壳多级结构磷铝复合阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：以铝系阻燃剂为原料，加入溶剂分散制备成浆液，将浆液在200‑400r/min转速下研磨2‑6h；其中，所述的铝系阻燃剂和溶剂的固液质量比为1：1～20；步骤2：将研磨后的浆料，搅拌速度为100r/min～500r/min，温度为40～80℃，搅拌10～60min；步骤3：持续保持100r/min～600r/min搅拌速度，滴加含磷酸，反应温度为40～80℃，保持连续反应3～10h；其中，所述的铝系阻燃剂与含磷酸间的物质的量之比为10:1～10；步骤4：过滤并用乙醇洗涤滤饼多次，干燥后即得到核壳多级结构磷铝复合阻燃剂。

【技术特征摘要】
1.一种核壳多级结构磷铝复合阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：以铝系阻燃剂为原料，加入溶剂分散制备成浆液，将浆液在200-400r/min转速下研磨2-6h；其中，所述的铝系阻燃剂和溶剂的固液质量比为1：1～20；步骤2：将研磨后的浆料，搅拌速度为100r/min～500r/min，温度为40～80℃，搅拌10～60min；步骤3：持续保持100r/min～600r/min搅拌速度，滴加含磷酸，反应温度为40～80℃，保持连续反应3～10h；其中，所述的铝系阻燃剂与含磷酸间的物质的量之比为10:1～10；步...

【专利技术属性】
技术研发人员：庞洪昌，宁桂玲，邹楠，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁,21