含磷共聚型纳米阻燃剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了含磷共聚型纳米阻燃剂及其制备方法埃洛石纳米管是一种广泛存在的无机天然矿物，并具有中空内腔，本身可以作为协同阻燃材料，将纳米管外表面用可共聚单体改性剂改性后将磷酸酯阻燃剂负载在内腔，磷酸酯阻燃剂与埃洛石纳米管之间产生协同作用从而使二者的阻燃性能得到充分发挥，有效减少磷的损失；改性后的纳米管可改善在聚酯中的分散性，并可作为聚酯原料与共聚单体发生共缩聚反应，在提高阻燃性能的同时也提高了材料的力学性能，含磷共聚型埃洛石纳米阻燃剂在生产聚酯过程中作为原料的一种参与共缩聚反应，提高阻燃性能的同时提高机械性能。

Phosphorus-containing copolymer Nano-flame retardant and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
含磷共聚型纳米阻燃剂及其制备方法
本专利技术涉及一种阻燃剂及制备方法，尤其涉及一种含磷共聚型纳米管阻燃剂及其制备方法。
技术介绍
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)具有优良的特性，且价格便宜，被广泛用于生产聚酯纤维、塑料、橡胶等高分子材料，其制品在工业、农业、军工、建筑等方面具有广泛的应用，但是聚酯的极限氧指数较低，容易燃烧，因此，阻燃高分子材料的研究也就越来越受到人们的重视。阻燃剂是一种能阻止材料引燃或抑制火焰传播的助剂，它是在20世纪50年代后期随高分子材料的需要而发展起来的。目前市场上的卤系阻燃剂，虽然具有高效的阻燃效果，但是含卤材料在燃烧时会释放大量烟雾和有毒有害腐蚀性气体，对人员和紧密仪器带来极大损害。有机磷系阻燃剂虽然具有相融性好、阻燃、增塑等优点，但也存在效率低、热稳定性差、易水解，在加工过程由于热解会产生流失而使阻燃性能下降等问题。近些年来，天然的矿物埃洛石纳米管具有良好的力学性能和生物相容性，并且来源丰富，价格便宜，现已广泛应用于陶瓷、医药、催化、复合材料等领域，尤其在高分子复合材料应用中被广泛研究。由于其具有协同阻燃的特性，同时能够提高复合材料的力学性能，在阻燃领域受到了研究者的关注。例如专利CN105885210A公布了一种埃洛石复配阻燃复合材料的生产工艺，将埃洛石/三聚氰胺添加在聚丙烯中，埃洛石/三聚氰胺具有协同阻燃作用，该复配阻燃剂可以有效提高PP的阻燃性能。CN108314899A公布了一种纳米阻燃剂，该专利技术提供一种纳米阻燃剂制备方法，通过调整合成制备工艺，优化其磷、硼、硅三种元素组成，可具备显著阻燃效果。以上复合阻燃剂均采用添加到聚酯的方式来提高阻燃效果，这种物理添加虽然阻燃性能良好，工艺简单，但在聚酯中的分散性往往不是很理想，在使用过程中容易流失，针对此不足，本专利技术采用共聚型改性剂对埃洛石纳米管进行共聚改性，为了提高阻燃效果，在埃洛石纳米管内腔负载了磷酸酯，制备得到一种含磷共聚型埃洛石纳米管阻燃剂，可以与聚酯的单体原料进行共缩聚反应制备具有阻燃性能的聚酯，改善阻燃剂在聚酯中的分散性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够提高阻燃性能的含磷共聚埃洛石纳米阻燃剂及其制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：含磷共聚型纳米阻燃剂，其特征在于包括共聚型埃洛石纳米管和负载在埃洛石纳米管内腔的磷酸酯。本专利技术进一步的优选方案为：羟基改性后的埃洛石纳米管表面的羟基与共聚改性剂反应后，在埃洛石纳米管表面生成具有可发生聚合反应或缩聚反应的共聚型改性剂分子，以得到共聚型埃洛石纳米管。本专利技术进一步的优选方案为：磷酸酯在负压环境下，负载到所述的共聚型埃洛石纳米管内腔上，以得到含磷共聚型纳米阻燃剂；所述的含磷共聚型纳米阻燃剂在燃烧过程中，磷酸酯在所述的共聚型埃洛石纳米管内向外缓慢释放。本专利技术进一步的优选方案为：所述的羟基改性后的埃洛石纳米管，通过埃洛石纳米管与醇碱溶液混合反应后得到。另一主题：含磷共聚型纳米阻燃剂的制备方法，其特征在于包括如下具体步骤：1)碱溶液和醇溶液超声混合20～60分钟后，形成醇碱混合溶液；2)将埃洛石纳米管与醇碱混合溶液以一定比例混合，以形成羟基改性后的埃洛石纳米管；3)在30℃的条件下，对羟基改性后的埃洛石纳米管搅拌反应1～5小时；然后用去离子水离心洗涤2次所述的羟基改性后的埃洛石纳米管，继而用烘箱干燥所述的羟基改性后的埃洛石纳米管；4)将步骤3)中得到的羟基改性后的埃洛石纳米管与催化剂、共聚改性剂和溶剂混合搅拌，并通入氮气除氧10～60分钟，反应温度为150～250度，反应时间为20～120分钟；在催化剂的作用下，共聚改性剂与羟基改性后的埃洛石纳米管表面的羟基发生部分酯化反应，在埃洛石纳米管表面生成可发生聚合或缩合反应的共聚改性剂分子，以得到含有共聚型埃洛石纳米管的混合物；5)将步骤4)中得到的含有共聚型埃洛石纳米管的混合物冷却到室温，然后用离心方法将溶剂与共聚型埃洛石纳米管进行分离，倒去上层清液，得到共聚型埃洛石纳米管；6)将磷酸酯阻燃剂溶解于乙醇溶液中，得到磷醇溶液，将步骤5)中得到的共聚型埃洛石纳米管与磷醇溶液进行超声分散，放入真空干燥箱抽真空20分钟后，磷酸酯阻燃剂负载于共聚型埃洛石纳米管内腔，再用乙醇对负载有磷酸酯阻燃剂的共聚型埃洛石纳米管进行离心分离，得到含磷共聚型埃洛石纳米阻燃剂。本专利技术进一步的优选方案为：将步骤5)中得到的共聚型埃洛石纳米管用所述的溶剂再次进行超声分散，离心后倒去上层清液，得到共聚型埃洛石纳米管。本专利技术进一步的优选方案为：步骤1)中所述的碱溶液为氢氧化钠溶液，所述的醇溶液为乙醇、乙二醇、丙醇、异丙醇中的一种或几种。本专利技术进一步的优选方案为：步骤1)中所述的碱溶液与醇溶液的质量比例为1～100；步骤2)中所述的埃洛石纳米管与碱溶液的质量比为1～20。本专利技术进一步的优选方案为：步骤4)中共聚改性剂为对苯二甲酸、二羟基丙酸、苯乙酸中的一种或几种；步骤4)中的催化剂为浓硫酸、三氧化二锑、乙二醇锑中的一种或几种；步骤4)中的溶剂为N,N二甲基甲酰胺、苯、甲苯中的一种或几种；步骤4)中羟基改性后的埃洛石纳米管与共聚改性剂、催化剂、溶剂的质量比例为10:1:0.05:1～100:1:0.15:5；本专利技术进一步的优选方案为：步骤6)中所述的磷酸酯阻燃剂为双酚A、磷酸三苯酯、二苯基磷酸甲苯酯、磷酸三辛酯中的一种或几种；步骤6)中所述的磷酸酯阻燃剂与乙醇的质量比为1:10；磷酸酯阻燃剂与共聚型埃洛石纳米管的质量比为1～5。与现有技术相比，本专利技术所提供的共聚型埃洛石纳米阻燃剂，是由具有反应性的共聚单体改性剂将埃洛石纳米管表面改性后，再将其内腔负载磷酸酯阻燃剂而获得，该改性剂具有可聚合或缩聚性，可作为原料组成参与PET的缩聚过程，提高纳米阻燃剂在PET中的分散性；该制备方法利用埃洛石纳米管表面羟基与酸的缩聚反应，将共聚单体改性剂反应到纳米管表面，并用负压将磷酸酯阻燃剂负载到纳米管内腔，增强阻燃性，制备方法简单。附图说明图1为本专利技术实施例1中未改性的埃洛石纳米管的TEM图；图2为实施例1中制备得到的含磷共聚埃洛石纳米阻燃剂的TEM图。具体实施方式以下结合实施例对本专利技术作进一步详细描述。含磷共聚型纳米阻燃剂，包括共聚型埃洛石纳米管和负载在埃洛石纳米管内腔的磷酸酯。羟基改性后的埃洛石纳米管表面的羟基与共聚改性剂反应后，在埃洛石纳米管表面生成具有可发生聚合反应或缩聚反应的共聚型改性剂分子，以得到共聚型埃洛石纳米管。羟基改性后的埃洛石纳米管，通过埃洛石纳米管与醇碱溶液混合反应后得到。磷酸酯在负压环境下，负载到共聚型埃洛石纳米管内腔上，以得到含磷共聚型纳米阻燃剂；含磷共聚型纳米阻燃剂在燃烧过程中，磷酸酯在共聚型埃洛石纳米管内向外缓慢释放，以提高含磷共聚型纳米阻燃剂的阻燃性能。对于含磷共聚型纳米阻燃剂的制备方法，具体如下：实施例11)50毫升0.1摩尔每升氢氧化钠和50毫升乙醇超声混合30分钟后，形成醇碱混合溶液；将100克埃洛石纳米管与醇碱混合溶液混合并进行超声分散，对埃洛石纳米管表面进行羟基改性，30度搅拌反应1小时，用去离子水离心洗涤2次，烘箱干燥；2)将上述羟基改性过的埃洛石纳米管与0.01克浓硫酸、3克对苯二甲酸和300克N,N二甲基甲酰本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.含磷共聚型纳米阻燃剂，其特征在于包括共聚型埃洛石纳米管和负载在埃洛石纳米管内腔的磷酸酯。

【技术特征摘要】
1.含磷共聚型纳米阻燃剂，其特征在于包括共聚型埃洛石纳米管和负载在埃洛石纳米管内腔的磷酸酯。2.根据权利要求1所述的含磷共聚型纳米阻燃剂，其特征在于羟基改性后的埃洛石纳米管表面的羟基与共聚改性剂反应后，在埃洛石纳米管表面生成具有可发生聚合反应或缩聚反应的共聚型改性剂分子，以得到共聚型埃洛石纳米管。3.根据权利要求1所述的含磷共聚型纳米阻燃剂，其特征在于磷酸酯在负压环境下，负载到所述的共聚型埃洛石纳米管内腔上，以得到含磷共聚型纳米阻燃剂；所述的含磷共聚型纳米阻燃剂在燃烧过程中，磷酸酯在所述的共聚型埃洛石纳米管内向外缓慢释放。4.根据权利要求2所述的含磷共聚型纳米阻燃剂，其特征在于所述的羟基改性后的埃洛石纳米管，通过埃洛石纳米管与醇碱溶液混合反应后得到。5.含磷共聚型纳米阻燃剂的制备方法，其特征在于包括如下具体步骤：1)碱溶液和醇溶液超声混合20～60分钟后，形成醇碱混合溶液；2)将埃洛石纳米管与醇碱混合溶液以一定比例混合，以形成羟基改性后的埃洛石纳米管；3)在30℃的条件下，对羟基改性后的埃洛石纳米管搅拌反应1～5小时；然后用去离子水离心洗涤2次所述的羟基改性后的埃洛石纳米管，继而用烘箱干燥所述的羟基改性后的埃洛石纳米管；4)将步骤3)中得到的羟基改性后的埃洛石纳米管与催化剂、共聚改性剂和溶剂混合搅拌，并通入氮气除氧10～60分钟，反应温度为150～250度，反应时间为20～120分钟；在催化剂的作用下，共聚改性剂与羟基改性后的埃洛石纳米管表面的羟基发生部分酯化反应，在埃洛石纳米管表面生成可发生聚合或缩合反应的共聚改性剂分子，以得到含有共聚型埃洛石纳米管的混合物；5)将步骤4)中得到的含有共聚型埃洛石纳米管的混合物冷却到室温，然后用离心方法将溶剂与共聚型埃洛石纳米...

【专利技术属性】
技术研发人员：金谊，杨泽慧，邵建珲，
申请(专利权)人：宁波工程学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33