坡缕石功能化三维复合型阻燃剂的合成及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种坡缕石功能化三维复合型阻燃剂的合成及其应用，配制无水乙醇醋酸溶液和乙醇溶液；坡缕石溶于无水乙醇醋酸溶液，加入钛酸四丁酯，搅拌，得混合溶液；乙醇溶液加入混合溶液，反应后，过滤，洗涤，干燥，得PGS‑Ti；磷酸二氢铵和三聚氰胺溶于水中，搅拌加热至产生白色沉淀，煅烧得P‑C3N4；硫酸溶液、PGS‑Ti和P‑C3N4搅拌反应，洗涤至中性，真空干燥，得坡缕石功能化三维复合型阻燃剂。环氧树脂充分分散于无水乙醇中，加入坡缕石功能化三维复合型阻燃剂，充分加热搅拌，模具中烘干固化，得环氧树脂阻燃材料。TiO2与P形成的磷酸钛相结合，协同提高阻燃效果；阻燃达到了UL‑94 V‑2等级。

Synthesis and Application of Palygorskite Functionalized Three-dimensional Composite Flame Retardant

The invention discloses the synthesis and application of a three-dimensional functionalized palygorskite composite flame retardant, preparing anhydrous ethanol acetic acid solution and ethanol solution; palygorskite dissolves in anhydrous ethanol acetic acid solution, adds tetrabutyl titanate, stirs, and obtains a mixed solution; ethanol solution adds a mixed solution, after reaction, filters, washes, dries, and obtains PGS_Ti; ammonium dihydrogen phosphate and melamine. Soluble in water, stirred and heated to produce white precipitation, calcined to P_C3N4; sulfuric acid solution, PGS_Ti and P_C3N4 stirring reaction, washing to neutral, vacuum drying, palygorskite functional three-dimensional composite flame retardant. Epoxy resin is fully dispersed in absolute ethanol, adding palygorskite functionalized three-dimensional composite flame retardant, fully heating and stirring, drying and curing in the die, the flame retardant material of epoxy resin is obtained. The combination of titanium phosphate formed by titanium dioxide and P improves the flame retardant effect synergistically, and the flame retardant reaches UL_94 V_2 grade.

【技术实现步骤摘要】
坡缕石功能化三维复合型阻燃剂的合成及其应用
本专利技术属于材料处理
，涉及一种阻燃剂的合成方法，具体涉及一种坡缕石功能化三维复合型阻燃剂的合成方法；本专利技术还涉及一种该阻燃剂的应用。
技术介绍
环氧树脂具有优良的热稳定性、电绝缘性能、黏接性能以及机械性能，已广泛用于涂料、胶黏剂、电子材料以及复合材料等领域。然而，它易燃的特性极大地限制了其在对阻燃性能有特殊要求领域中的应用。因此，对环氧树脂进行阻燃研究显得尤为重要。由于其较一般的阻燃配方有着显著的优势，高分子纳米复合材料成为阻燃领域最有前途的发展方向之一。坡缕石的显微结构呈现基本结构单元棒晶（棒晶呈针状）或单元棒晶紧密平行聚集而成的棒晶簇，它们有与长度方向一致的微孔，孔内含有阻燃元素镁、铝、硅酸盐以及不同类型的水（结晶水、羟基结构水、沸石分子水和包结水）。在受热过程中，这些水能够带走热量并稀释空气，另外坡缕石所含的金属氧化物能够致密的覆盖在燃烧物表面，使得其他阻燃剂所形成的碳层更加紧密。纳米TiO2对聚合物热降解有一定的作用，可以巩固炭层。最近的研究发现，P-N共掺杂石墨烯增强了复合材料炭层的抗氧化能力，提高了催化碳化能力。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用共沉淀法合成坡缕石功能化三维复合阻燃剂的方法，通过P掺杂的石墨相碳氮化物（g-C3N4）制备出含P-N的阻燃剂。本专利技术的另一个目的是提供一种上述阻燃剂在制备阻燃材料中的应用。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种坡缕石功能化三维复合阻燃剂的合成方法，具体按以下步骤进行：1）按体积比1︰3～15，分别取醋酸和无水乙醇，混合均匀，得无水乙醇醋酸溶液；按体积比1︰1～3，分别取乙醇和水，混合均匀，得乙醇溶液；2）按3～15mL无水乙醇醋酸溶液中加入1～3g坡缕石（PGS）和2～6mL钛酸四丁酯（TBOT）的比例，分别取无水乙醇醋酸溶液、坡缕石和钛酸四丁酯，坡缕石溶于无水乙醇醋酸溶液中，再加入钛酸四丁酯，搅拌10～40min，得混合溶液；3）按体积比1︰1～3，分别取混合溶液和乙醇溶液，乙醇溶液加入混合溶液中，在温度为20～40℃的条件下反应20～30h，离心过滤，蒸馏水洗涤产物，干燥，得钛改性的坡缕石（PGS-Ti）；4）按质量比1︰2～6，分别取磷酸二氢铵和三聚氰胺，溶于水中，在搅拌的条件下加热，直至产生白色沉淀，置于管式炉中在300～700℃的温度下煅烧4～7h，得P掺杂的C3N4（P-C3N4）；5）按40～60mL浓度为3～7mol/L的硫酸溶液中加入1～6gPGS-Ti和1～6gP-C3N4的比例，分别取硫酸溶液、PGS-Ti和P-C3N4，搅拌反应，用蒸馏水洗涤至中性，在50～80℃的温度下真空干燥12h，得坡缕石功能化三维复合型阻燃剂（P-C3N4@PGS-Ti）。将上述制得的P-C3N4@PGS-Ti用于制备环氧树脂（EP）阻燃材料时：分别取P-C3N4@PGS-Ti和环氧树脂（EP），所取P-C3N4@PGS-Ti的质量为所取环氧树脂质量的5～30%，将环氧树脂充分分散于无水乙醇中，加入P-C3N4@PGS-Ti，充分加热搅拌，倒入模具中，烘干固化，得到环氧树脂阻燃材料EP/PGS-Ti@PGSC3N4-P。本专利技术合成方法具有如下优点：1）采用共沉淀的方法制备PGS-Ti，方法简单，同时可以提高PGS在基体材料中的相容性；2）选用三聚氰胺合成C3N4，产量更高，同时与磷酸二氢铵一起煅烧，反应的过程更充分，产物更均匀。附图说明图1是坡缕石与实施例1制得的PGS-Ti和P-C3N4@PGS-Ti的红外对比图。图2是坡缕石、实施例1中制得的P-C3N4@PGS-Ti和对比例4中制得的C3N4@PGS-Ti的热重曲线对比图。图3是对比例1、对比例2、对比例4和对比例5中制得的复合材料的断裂面对比图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术进行较为详细的说明。实施例1按体积比1︰3，分别取醋酸和无水乙醇，混合均匀，得无水乙醇醋酸溶液；按体积比1︰1，分别取乙醇和水，混合均匀，得乙醇溶液；按3mL无水乙醇醋酸溶液中加入1g坡缕石和2mL钛酸四丁酯的比例，分别取无水乙醇醋酸溶液、坡缕石和钛酸四丁酯，坡缕石溶于无水乙醇醋酸溶液中，再加入钛酸四丁酯，搅拌10min，得混合溶液；按体积比1︰1，分别取混合溶液和乙醇溶液，乙醇溶液加入混合溶液中，在温度为20℃的条件下反应30h，离心过滤，蒸馏水洗涤产物，干燥，得钛改性的坡缕石（PGS-Ti）；按质量比1︰2，分别取磷酸二氢铵和三聚氰胺，溶于水中，在搅拌的条件下加热，直至产生白色沉淀，置于管式炉中在300℃的温度下煅烧4h，得P掺杂的C3N4（P-C3N4）；按40mL浓度为3mol/L的硫酸溶液中加入1gPGS-Ti和1gP-C3N4的比例，分别取硫酸溶液、PGS-Ti和P-C3N4，搅拌反应，蒸馏水洗涤至中性，在50℃的温度下真空干燥12h，得坡缕石功能化三维复合型阻燃剂（P-C3N4@PGS-Ti）。分别取P-C3N4@PGS-Ti和环氧树脂（EP），所取P-C3N4@PGS-Ti的质量为所取环氧树脂质量的5%，将环氧树脂充分分散于无水乙醇中，加入P-C3N4@PGS-Ti，充分加热搅拌，倒入模具中，烘干固化，得到环氧树脂阻燃材料EP/PGS-Ti@PGSC3N4-P。对比例1将EP充分分散于无水乙醇中，加入PGS，充分加热搅拌，倒入模具中，烘干固化，得EP/PGS。对比例2将EP充分分散于无水乙醇中，加入PGS-Ti，充分加热搅拌，倒入模具中，烘干固化，得EP/PGS-Ti。对比例3按实施例1的方法制得PGS-Ti；将三聚氰胺溶于水中，在搅拌的条件下加热，直至产生白色沉淀，置于管式炉中在300℃的温度下煅烧4h，得C3N4；按40mL浓度为3mol/L的硫酸溶液中加入1gPGS-Ti和1gC3N4的比例，分别取硫酸溶液、PGS-Ti和C3N4，搅拌反应，蒸馏水洗涤至中性，在50℃的温度下真空干燥12h，得C3N4@PGS-Ti。将EP充分分散于无水乙醇中，加入C3N4@PGS-Ti，充分加热搅拌，倒入模具中，烘干固化，得EP/C3N4@PGS-Ti。对比例4将EP充分分散于无水乙醇中，加入P-C3N4@PGS-Ti，充分加热搅拌，倒入模具中，烘干固化，得EP/P-C3N4@PGS-Ti。改性后坡缕石的结构和性能1、红外分析图1是坡缕石与实施例1中制得的PGS-Ti和P-C3N4@PGS-Ti的红外对比图。在坡缕石的红外谱图中3554cm-1和1658cm-1处的峰对应于（Al，Mg）-OH中OH的伸缩振动。在PGS-Ti的红外谱图中986cm-1是Al-O-Si的伸缩振动峰，1028cm-1处的峰可能对应于Si-O-Si键。在P-C3N4@PGS-Ti的红外谱图中，清楚地看到了P-C3N4的所有特征吸收峰，972cm-1是磷酸盐的振动信号，490cm-1是P-O-P键的弯曲振动，据此可以说明坡缕石功能化的三维复合阻燃剂已经合成。2、热重分析坡缕石、实施例1中制得的P-C3N4@PGS-Ti和对比例4中制得的C3N4@PGS-Ti的热重曲线对比图，如图2所示。从图中可以看出，加入C3N4后，P-C3N4@PGS-Ti和C3N4@PGS本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种坡缕石功能化三维复合阻燃剂的合成方法，其特征在于，该合成方法具体按以下步骤进行：1）按体积比1︰3～15，分别取醋酸和无水乙醇，混合均匀，得无水乙醇醋酸溶液；按体积比1︰1～3，分别取乙醇和水，混合均匀，得乙醇溶液；2）按3～15 mL无水乙醇醋酸溶液中加入1～3 g坡缕石和2～6 mL钛酸四丁酯的比例，分别取无水乙醇醋酸溶液、坡缕石和钛酸四丁酯，坡缕石溶于无水乙醇醋酸溶液中，再加入钛酸四丁酯，搅拌，得混合溶液；3）按体积比1︰1～3，分别取混合溶液和乙醇溶液，乙醇溶液加入混合溶液中，在温度为20～40℃的条件下反应20～30h，过滤，洗涤，干燥，得PGS‑Ti；4）按质量比1︰2～6，分别取磷酸二氢铵和三聚氰胺，溶于水中，在搅拌的条件下加热，直至产生白色沉淀，置于300～700℃的温度下煅烧4～7h，得P‑C3N4；5）按40～60mL硫酸溶液中加入1～6 g PGS‑Ti和1～6 g P‑C3N4的比例，分别取硫酸溶液、PGS‑Ti和P‑C3N4，搅拌反应，洗涤至中性，真空干燥，得坡缕石功能化三维复合型阻燃剂。

【技术特征摘要】
1.一种坡缕石功能化三维复合阻燃剂的合成方法，其特征在于，该合成方法具体按以下步骤进行：1）按体积比1︰3～15，分别取醋酸和无水乙醇，混合均匀，得无水乙醇醋酸溶液；按体积比1︰1～3，分别取乙醇和水，混合均匀，得乙醇溶液；2）按3～15mL无水乙醇醋酸溶液中加入1～3g坡缕石和2～6mL钛酸四丁酯的比例，分别取无水乙醇醋酸溶液、坡缕石和钛酸四丁酯，坡缕石溶于无水乙醇醋酸溶液中，再加入钛酸四丁酯，搅拌，得混合溶液；3）按体积比1︰1～3，分别取混合溶液和乙醇溶液，乙醇溶液加入混合溶液中，在温度为20～40℃的条件下反应20～30h，过滤，洗涤，干燥，得PGS-Ti；4）按质量比1︰2～6，分别取磷酸二氢铵和三聚氰胺，溶于水中，在搅拌的条件下加热，直至产生白色沉淀，置于300～700℃的温度下煅烧4～7h，得P-C3N4；5）按40～60mL硫酸溶液中加入1～6gPGS-Ti和1～6gP-C3N4的比例，分别取硫酸溶液、PGS-Ti和P-C3N4，搅拌反应，洗涤至中性，真空干燥，得坡...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志旺，李丽，魏红，花逢林，马恒昌，路德待，张哲，雷自强，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62