新型高效无机阻燃抑烟剂铝酸锌的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种新型高效无机阻燃抑烟剂铝酸锌的制备方法，具体步骤为：首先铝酸钠溶液和硫酸锌溶液依次滴加到柠檬酸溶液中将柠檬酸溶液，形成柠檬酸配合物；然后加入一定量的乙二醇，在加热条件下形成聚合物，最后将反应生成的聚合物烘干至形成干胶，再将所得干胶于一定温度下煅烧制的产品。该方法反应条件温和容易控制，在较低温度下可制得产品，产品纯度高，且产品中不含其它杂相，阻燃抑烟效率高，对基体的力学性能影响小。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高效无机阻燃抑烟剂的制备方法，属于化工
专利技术背景聚氯乙烯(PVC)可分为硬质及软质两大类。硬质PVC中含氯量达56％，其氧指数大于45％，不需要进一步阻燃，而软质PVC由于添加了大量的增塑剂，含氯量下降，氧指数仅为20～30％，所以软质PVC的阻燃是十分必要的。由于PVC在燃烧时发烟量都较大，产生大量的有害气体HCl，造成人们窒息或中毒，所以PVC的抑烟和阻燃具有同等的重要性。目前应用于PVC的阻燃剂主要有卤-锑协同阻燃剂、磷酸酯类阻燃剂、无机阻燃抑烟剂等。卤-锑协同阻燃剂中的锑化合物主要是三氧化二锑，三氧化二锑在增强阻燃效果的同时也增加了生烟量，并且可能与致癌有关。磷酸酯类阻燃剂在燃烧时可能形成某些有毒的含磷化合物，并且对于PVC的抑烟作用较小。随着ROSH指令的提出，世界各国更加注重无毒、高效无机阻燃剂的研发和应用。当前使用的无机阻燃抑烟剂主要是氢氧化铝和氢氧化镁，由于添加量高，减低了PVC材料的机械性能。因此，对于软质PVC的阻燃和抑烟，需要一种新型的无机阻燃抑烟剂。具有尖晶结构的铝酸盐具有较高的热稳定性、机械抗热性、低表面酸性、紫外阻隔性以及催化成炭的性能。但是，对铝酸盐的研究主要集中在催化材料和陶瓷材料等方面，对其阻燃性能的研究较少。目前，铝酸锌的制备方法主要有：高温煅烧法，共沉淀法，水热法，硬脂酸法等。传统的高温煅烧法需要在很高的温度(1200℃)下进行，反应速度较慢，产品往往含有其它杂相，且容易发生偏析。CN1688508A以高温煅烧法制备超细铝酸锌用于尾气排放装置的催化剂。采用共沉淀法，由于Al3+和Z2+的溶度积常数相差较大，故沉淀速率存在较大差异，所得最终产品组成不均匀。本专利技术采用新型的配位聚合法合成尖晶石型的铝酸锌，将其应用于软质PVC中，阻燃抑烟作用显著。
技术实现思路
本专利技术主要集中于介绍一种高效无机阻燃抑烟剂——铝酸锌的制备方法以及其应用领域。此种阻燃抑烟剂的制备过程主要如下：1、将可溶性的柠檬酸(C6H8O7·H2O)、硫酸锌(ZnSO4·7H2O)，铝酸钠(NaAlO2)分别配制成一定浓度的溶液。2、将柠檬酸溶液倒入1000ml三颈瓶中，铝酸钠溶液和硫酸锌溶液依次滴加到柠檬酸溶液中(控制滴加速度)。在水浴中反应一定时间，至形成柠檬酸配合物。-->3、将三颈瓶置于加热套中并安装好回流装置。加入一定量的乙二醇，在加热条件下反应一定时间，促使柠檬酸与乙二醇发生酯化发反应，形成聚合物。4、将反应生成的聚合物置于干燥箱中烘干至形成干胶。5、将所得干胶于一定温度下煅烧制的产品。本专利技术中所用可溶性柠檬酸溶液的浓度0.05-2mol·L-1，可溶性的金属盐为浓度0.01-1mol·L-1。硫酸锌(ZnSO4·7H2O)，铝酸钠(NaAlO2)，柠檬酸(C6H8O7·H2O)，乙二醇的摩尔比为1∶1.5-2.5∶6∶30。本专利技术所制备的铝酸锌为浅绿色固体，熔点为是2130℃、高硬度(莫氏8级)的晶体材料。由XRD谱图分析可知ZnAl2O4的空间点群为Fd-3m群，属面心立方晶系，空间群为Fd3m，晶格常数为0.8085nm。由SEM图谱可知粉末的直径在20-50nm之间。本专利技术同时提供了阻燃抑烟剂在具体高聚物中的应用。本专利技术所提供制备铝酸锌具有优点是：1.反应条件温和容易控制，在较低温度下可制得产品；2.产品纯度高，且产品中不含其它杂相。3.阻燃抑烟效率高，添加量小，对基体的力学性能影响小。附图说明：图1为ZnAl2O4的XRD图谱。图2ZnAl2O4的SEM图谱。具体制备及应用实例如下：例1、ZnAlO4的制备。柠檬酸(C6H8O7·H2O)，乙二醇，硫酸锌(ZnSO4·7H2O)，铝酸钠(NaAlO2)(均为分析纯)为原料。按摩尔比1∶2∶6∶30准确称取硫酸锌晶体14.378g，铝酸钠8.192g，柠檬酸晶体63.024g，乙二醇83.8ml。将柠檬酸溶液倒入1000ml三颈瓶中，将铝酸钠溶液和硫酸锌溶液边搅拌边缓慢加入到柠檬酸溶液中。80℃水浴加热3小时，形成柠檬酸配合物。加入量取好的乙二醇，在130℃加热2小时，促使柠檬酸与乙二醇发生酯化发反应，形成聚合物。反应完毕后，产物为透明油酯状液体。300℃烘干2小时，导致酯发生热解，生成前驱体粉末。再经600℃高温处理，制得目标产物5.965g。例2、ZnAlO4的制备。-->柠檬酸(C6H8O7·H2O)，乙二醇，硫酸锌(ZnSO4·7H2O)，铝酸钠(NaAlO2)(均为分析纯)为原料。按摩尔比1∶2.1∶6∶30准确称取硫酸锌晶体14.378g，铝酸钠8.601g，柠檬酸晶体63.024g，乙二醇83.8ml。将柠檬酸溶液倒入1000ml三颈瓶中，将铝酸钠溶液和硫酸锌溶液边搅拌边缓慢加入到柠檬酸溶液中。80℃水浴加热3小时，形成柠檬酸配合物。加入量取好的乙二醇，在130℃加热2小时，促使柠檬酸与乙二醇发生酯化发反应，形成聚合物。反应完毕后，产物为透明油酯状液体。300℃烘干2小时，导致酯发生热解，生成前驱体粉末。再经600℃高温处理，制得目标产物7.141g。例3、ZnAlO4的制备。柠檬酸(C6H8O7·H2O)，乙二醇，硫酸锌(ZnSO4·7H2O)，铝酸钠(NaAlO2)(均为分析纯)为原料。按摩尔比1∶2.2∶6∶30准确称取硫酸锌晶体14.378g，铝酸钠9.011g，柠檬酸晶体63.024g，乙二醇83.8ml。将柠檬酸溶液倒入1000ml三颈瓶中，将铝酸钠溶液和硫酸锌溶液边搅拌边缓慢加入到柠檬酸溶液中。80℃水浴加热3小时，形成柠檬酸配合物。加入量取好的乙二醇，在130℃加热2小时，促使柠檬酸与乙二醇发生酯化发反应，形成聚合物。反应完毕后，产物为透明油酯状液体。300℃烘干2小时，导致酯发生热解，生成前驱体粉末。再经600℃高温处理，制得目标产物6.920g。例4、ZnAlO4的制备。柠檬酸(C6H8O7·H2O)，乙二醇，硫酸锌(ZnSO4·7H2O)，铝酸钠(NaAlO2)(均为分析纯)为原料。按摩尔比1∶2.2∶6∶30准确称取硫酸锌晶体14.378g，铝酸钠9.830g，柠檬酸晶体63.024g，乙二醇83.8ml。将柠檬酸溶液倒入1000ml三颈瓶中，将铝酸钠溶液和硫酸锌溶液边搅拌边缓慢加入到柠檬酸溶液中。80℃水浴加热3小时，形成柠檬酸配合物。加入量取好的乙二醇，在130℃加热2小时，促使柠檬酸与乙二醇发生酯化发反应，形成聚合物。反应完毕后，产物为透明油酯状液体。300℃烘干2小时，导致酯发生热解，生本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高效阻燃抑烟剂铝酸锌的制备方法，这一方法包括三个步骤：　　　　（１）将预先配制的柠檬酸溶液倒入１０００ｍｌ三颈瓶中，将铝酸钠溶液和硫酸锌溶液依次滴加到柠檬酸溶液中，在水浴中反应一定时间，至形成柠檬酸配合物；　　　　（２）将上述三颈瓶置于加热套中并安装好回流装置。加入量取好的乙二醇，在加热条件下反应一定时间，促使柠檬酸与乙二醇发生酯化发反应，形成聚合物；　　　　（３）将反应生成的聚合物置于干燥箱中烘干至形成干胶，然后将所得干胶在一定温度下煅烧得到最终产品。

【技术特征摘要】
1.一种高效阻燃抑烟剂铝酸锌的制备方法，这一方法包括三个步骤：
(1)将预先配制的柠檬酸溶液倒入1000ml三颈瓶中，将铝酸钠溶液和硫酸锌溶液依次滴加到柠檬酸溶
液中，在水浴中反应一定时间，至形成柠檬酸配合物；
(2)将上述三颈瓶置于加热套中并安装好回流装置。加入量取好的乙二醇，在加热条件下反应一定时间，
促使柠檬酸与乙二醇发生酯化发反应，形成聚合物；
(3)将反应生成的聚合物置于干燥箱中烘干至形成干胶，然后将所得干胶在一定温度下煅烧得到最终产
品。

【专利技术属性】
技术研发人员：徐建中，张博，屈红强，谢吉星，
申请(专利权)人：河北大学，
类型：发明
国别省市：13[中国|河北]