一种氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂，其原料包括可膨胀石墨、二苯甲烷二异氰酸酯、无机氢氧化物、催化剂三亚乙基二胺，原料配比以可膨胀石墨重量份为基准计为：100份的可膨胀石墨，100‑5000份的二苯甲烷二异氰酸酯，100‑1000份的无机氢氧化物，10‑50份的催化剂三亚乙基二胺。本发明专利技术所述的氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂能用于含有塑料、水性乳液等有机高分子的复合物阻燃改性，提高阻燃剂与高分子基体间的相容性与分散性。

Hydroxide bonded modified Expandable Graphite Flame Retardant and preparation method thereof

The invention discloses a hydroxide bond modified expandable graphite flame retardant, the raw materials include expandable graphite, two diphenyl methane diisocyanate, inorganic hydroxide, Sanya two ethyl amine catalyst, ratio of raw materials with expandable graphite weight basis: 100 copies of the expandable graphite, 100 5000 copies two 4,4-diisocyanate, 1000 copies of the 100 inorganic hydroxide catalyst, 10 50 Sanya two ethyl amine. The key of hydroxide composite modified expandable graphite flame retardant for complex flame retardant plastics, containing aqueous emulsion of organic polymer modification, and improve the dispersion of flame retardant and the compatibility between polymer matrix.

【技术实现步骤摘要】
一种氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂及其制备方法
本专利技术涉及一种氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂。
技术介绍
目前，合成材料已广泛应用于交通运输、建筑、电子电气、化工等领域,在国民经济建设中发挥着巨大作用。但合成材料使人们感受到绚丽多彩的同时，也同样感受到由它所引起的火灾的威胁。火灾的危害也导致很多国家投人更多的人力物力加强阻燃剂和阻燃材料的研制和开发。由于卤素阻燃剂在燃烧时释放出大量的烟和有毒气体，发达国家对其使用已经做出了严格的规定。随着社会的发展，人们对安全以及环保的要求也相应地提高。为了减少阻燃剂的有害副作用，各国都在集中力量研制高性能阻燃剂。在今后一定时期，以高效阻燃、抑烟、添加量少、对材料使用性能影响小、安全、对环境友好为目的，以纳米级微细化、表面改性、微胶囊化以及复合增效等多技术合成的无机氢氧化物阻燃剂将得到快速发展和广泛使用。无机氢氧化物有比高聚物的热容大，分解前就可吸收大量的热；分解时吸收大量燃烧区的热量，阻止燃烧物继续受热，分解产生大量水蒸气,稀释可燃性气体,起到阻燃作用；分解后产生的金属氧化物熔点高,热稳定好,覆盖于燃烧物表面阻挡热传导和热辐射，起到阻燃作用。但是，颗粒较小的无机氢氧化物比表面积大，在EPS等有机材料中容易团聚。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术存在的不足而提供一种氢氧化物键合改性无机氢氧化物的可膨胀石墨阻燃剂，阻燃效果显著，具有良好的应用前景。本专利技术为解决上述提出的问题所采用的技术方案为：一种氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂，其原料包括可膨胀石墨、二苯甲烷二异氰酸酯、无机氢氧化物、催化剂三亚乙基二胺，原料配比以可膨胀石墨重量份为基准计为：100份的可膨胀石墨，100-5000份的二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)，100-1000份的无机氢氧化物，10-50份的催化剂三亚乙基二胺。优选地，原料配比以可膨胀石墨重量份为基准计为：100份的可膨胀石墨，2000-3700份的二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)，400-800份的无机氢氧化物，20-40份的催化剂三亚乙基二胺。按上述方案，所述的可膨胀石墨的粒度为50-150μm。按上述方案，所述的无机氢氧化物粒度为10nm-10μm。按上述方案，所述的无机氢氧化物选自氢氧化铝，氢氧化镁等中的一种或几种的混合。上述氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂的制备方法，是按以下步骤进行的：1)按重量份数称取原料，以可膨胀石墨重量份为基准计为：100份的可膨胀石墨，100-5000份的二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)，100-1000份的无机氢氧化物，10-50份的催化剂三亚乙基二胺，以及极性惰性溶剂50-200份和有机溶剂200-400份；2)将可膨胀石墨分散于极性惰性溶剂中，然后加入二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)后升温至40-60℃并分散均匀，得到混合物；将所得混合物中加入催化剂三亚乙基二胺，在40-60℃下保温24-48h后，分离出其中的固体物质；3)将无机氢氧化物和步骤2)所得固体物质加入到有机溶剂中搅拌混合30-60分钟，加热至70-90℃，反应50-100分钟，所得固体产物即为氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂。按上述方案，所述的极性惰性溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，二甲基亚砜(DMSO)等中的一种或几种的混合。此外，所述极性惰性溶剂优选预先用分子筛进行脱水处理。按上述方案，所述有机溶剂甲苯，四氢呋喃，丙酮中的一种或几种的混合。按上述方案，所述步骤2)与步骤3)之间还包括所得固体产物抽滤、洗涤、离心、真空干燥等提纯步骤，以得到更纯洁的产物。其中，洗涤采用丙酮等。按上述方案，所述步骤3)后还包括将所得固体产物抽滤、洗涤、真空干燥等提纯步骤，以得到更纯洁的产物。按上述方案，所述步骤2)中的分散均可以采用超声分散，分散时间均优选30-60分钟。本专利技术采用二异氰酸酯使分散的氢氧化物阻燃剂与键合改性的可膨胀石墨桥接，无机氢氧化物以可膨胀石墨为载体，可避免氢氧化物颗粒的团聚，并提高阻燃剂在基体中的分散效果，无机物覆盖于可燃物表面，与膨胀碳层、结晶水形成的水蒸气层配合，在高温隔氧条件下可促进有机可燃物表面形成致密碳层。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术采用二异氰酸酯桥接氢氧化物键合改性后的可膨胀石墨，在发气膨胀过程中，由于可膨胀石墨层间缝隙被被参与键合改性的二异氰酸酯、氢氧化物物封堵，受热膨胀倍率将进一步提高，从而增大膨胀碳层厚度，可达到更好的隔热隔氧的阻燃效果，解决了现有的无机氢氧化物阻燃剂阻燃效率低及其用量大导致塑料制品强度降低的缺点。2、本专利技术中，键合在可膨胀石墨表面的氢氧化合物阻燃组分在燃烧受热过程中可释放出结晶水，吸收燃烧过程释放的热量，降低可燃物表面温度；而结晶水以水蒸气形式释放，可填充并稀释可燃物表面形成的蠕虫状疏松膨胀碳层间的氧气，以可膨胀石墨形成的膨胀碳层配合达到高效阻燃效果。3、本专利技术表面由二异氰酸酯桥接氢氧化物键合改性，采用二异氰酸酯将颗粒较小的氢氧化物阻燃剂分散并桥接于颗粒较大的可膨胀石墨表面，无机氢氧化物以可膨胀石墨为载体，可避免氢氧化物颗粒的团聚，并提高阻燃剂在基体中的分散效果与聚合物基体有较好的相容性，可有效提高氢氧化物阻燃剂桥接于其表面后与基体的复合，能用于聚氨酯基聚合物塑料与水性乳液等高分子材料的阻燃改性，特别是可针对双组份聚氨酯，先将该阻燃剂加到白料里面均化，然后再与黑料混合反应制备聚氨酯材料。4、本专利技术中将具有一定碱性的氢氧化物阻燃剂，与可膨胀石墨发气膨胀过程中释放出的酸性气体反应中和，消除阻燃过程中释放的酸性气体对人体的危害。附图说明图1为二异氰酸酯桥接氢氧化物键合改性可膨胀石墨的反应示意图。具体实施方式为了更好地理解本专利技术，下面结合实施例进一步阐明本专利技术的内容，但本专利技术不仅仅局限于下面的实施例。图1为二异氰酸酯桥接氢氧化物键合改性可膨胀石墨的反应示意图，可知：二异氰酸酯上的氰酸根一端与可膨胀石墨上的羟基键合，另一个氰酸根端基与氢氧化物上的羟基反应。实施例1一种氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂，其原料包括可膨胀石墨、二苯甲烷二异氰酸酯、氢氧化铝、催化剂三亚乙基二胺，原料配比以可膨胀石墨重量份为基准计为：100份的可膨胀石墨，3500份的二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)，600份的氢氧化铝，30份的催化剂三亚乙基二胺。上述氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂的制备方法，是按以下步骤进行的：1)称取100mg粒度为100μm的可膨胀石墨加入到150ml用分子筛脱水处理后的N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，超声处理30分钟后，加入3.5g的二苯甲烷二异氰酸酯(MDI)，继续超声30分钟，然后加入30mg催化剂三亚乙基二胺，在50℃下保温48小时，分离出其中的固体物质；所得固体物质用3倍体积的丙酮洗涤后，再经3000转/分离心分离，重复操作4次，所得固体产物放入真空干燥箱常温干燥48小时；2)称取600mg的氢氧化铝和步骤2)所得固体物质加入到400mg无水甲苯中搅拌混合30分钟，加热至80℃，反应80分钟，反应完成后，自然冷却，抽滤洗涤，在40℃下真空干燥，所得固体产物即为氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂。将本实施例得到的氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂按3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂，其特征在于原料包括可膨胀石墨、二苯甲烷二异氰酸酯、无机氢氧化物、催化剂三亚乙基二胺，原料配比以可膨胀石墨重量份为基准计为：100份的可膨胀石墨，100‑5000份的二苯甲烷二异氰酸酯，100‑1000份的无机氢氧化物，10‑50份的催化剂三亚乙基二胺。

【技术特征摘要】
1.一种氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂，其特征在于原料包括可膨胀石墨、二苯甲烷二异氰酸酯、无机氢氧化物、催化剂三亚乙基二胺，原料配比以可膨胀石墨重量份为基准计为：100份的可膨胀石墨，100-5000份的二苯甲烷二异氰酸酯，100-1000份的无机氢氧化物，10-50份的催化剂三亚乙基二胺。2.根据权利要求1所述的一种氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂，其特征在于原料配比以可膨胀石墨重量份为基准计为：100份的可膨胀石墨，2000-3700份的二苯甲烷二异氰酸酯，400-800份的无机氢氧化物，20-40份的催化剂三亚乙基二胺。3.根据权利要求1所述的一种氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂，其特征在于所述的可膨胀石墨的粒度为50-150μm。4.根据权利要求1所述的一种氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂，其特征在于所述的无机氢氧化物粒度为10nm-10μm。5.根据权利要求1所述的一种氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂，其特征在于所述的无机氢氧化物选自氢氧化铝，氢氧化镁中的一种或两种的混合。6.一种氢氧化物键合改性的可膨胀石墨阻燃剂的制备方法，其特征在于是按以下步骤进行的：1)按重量份数称取原料，以可膨胀石墨重量份为基准计为：100份的可膨胀石墨，100-5000份的二苯甲烷二异氰酸酯，100-1000份的无机氢氧化物，10-50份的催化剂三亚乙...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄健，陈跳，马保国，李相国，蹇守卫，谭洪波，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42