一种海藻酸盐/水滑石阻燃复合材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种海藻酸盐/水滑石复合阻燃剂的制备方法，属于高分子阻燃和有机无机杂化材料领域。本发明专利技术基于水滑石的“结构记忆效应”，利用焙烧复原法将生物基海藻酸盐引入水滑石层间，并使其负载在水滑石表面，有效改善了水滑石阻燃剂的兼容性问题，使其提升聚合物基体阻燃性能的同时提高聚合物基体的力学性能。基于海藻酸具有可生物降解、生物相容性好、无毒、阻燃等优点，通过结构重构引入水滑石层板并负载到表面，使复合材料具备海藻酸和水滑石的特性，与水滑石前驱体相比，本发明专利技术所制备的海藻酸盐/水滑石阻燃复合材料，阻燃效率高，相容性好，制备方法简单，无二次污染，具有很高的实际应用前景。

Preparation of Alginate/Hydrotalcite Flame Retardant Composites

【技术实现步骤摘要】
一种海藻酸盐/水滑石阻燃复合材料的制备方法
本专利技术涉及阻燃复合材料的制备方法，具体涉及一种海藻酸盐/水滑石阻燃复合材料的制备方法，属于高分子阻燃和有机无机杂化材料领域。
技术介绍
聚烯烃类聚合物是一种热塑性树脂，广泛应用于电子工业、汽车、建筑、包装等领域。由于其优良的机械性能，易于加工，成本低。然而，聚烯烃类聚合物是高度易燃的，这限制了它在许多领域的应用。因此，提高聚烯烃类聚合物的阻燃性是一个热点研究方向。一般而言，提高聚合物材料阻燃性的常用有效途径是添加阻燃剂(FR)。由于卤素基阻燃剂对环境的负面影响，环保型无卤素阻燃剂成为研究的重点。水滑石(LDHs)，由于其化学组分及相应的物理化学性能可调控性的特点，广泛的应用于催化、紫外阻隔、离子交换和阻燃材料等领域，具有非常好的应用前景。因为它的层板结构与水镁石(Mg(OH)2)十分相似，具有可观的阻燃作用，它与氢氧化镁、氢氧化铝等无机阻燃剂一样，无毒无烟，并且具有环保优势，已经成为阻燃研究领域的一个热点方向。然而LDHs与聚合物基体相容性差，导致复合材料机械性下降，为了使复合材料的阻燃性能与机械性能达到平衡，通过改性LDHs提高其相容性成为了解决问题的关键。海藻酸是一种天然多糖，具有可生物降解、生物相容性好、含量丰富、无毒等优点。CN101037814A制备了一种阻燃海藻纤维新材料，此纤维具有阻燃、断裂强度高和生物可降解等特点。Chanchal等[Carbohydratepolymers,2017,166:131-138.]用海藻酸盐与壳聚糖对聚酰胺66(PA66)织物涂层，研究表明经过涂层之后的聚酰胺66(PA66)织物热释放峰最大降低24％，同时涂层织物的碳化率也有显著提高。说明了海藻酸能在改性物质相容性问题的同时提高其阻燃效果，并且目前海藻酸/水滑石复合材料的制备方法尚未见报道。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种海藻酸盐/水滑石阻燃复合材料的制备方法，基于水滑石“结构记忆效应”重构恢复原有结构，通过焙烧复原法将海藻酸盐片段插层至水滑石层板中，并使海藻酸盐负载在水滑石表面，提高了水滑石的阻燃性与相容性，从而提高了聚合物基体的阻燃性能与力学性能。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种海藻酸盐/水滑石阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)按二价金属离子M2+与三价金属离子M3+的摩尔比为1.0～4.0：1，配制金属离子浓度为0.25～0.625mol/L的可溶性金属盐混合液，将尿素加入金属盐溶液中，其中，尿素与金属盐溶液中的阴离子总摩尔比为1.0～3.0：1。将上述溶液放置在反应釜中，于80～120℃反应24～36h，过滤，洗涤，50-80℃干燥12-24h，研磨，得到层状双金属氢氧化物，即水滑石前驱体；2)采用程序升温法，将上述将水滑石前驱体以5～15℃/min的升温速率，升温至400～600℃后焙烧3～6h，得到金属氧化物LDO；3)按海藻酸盐(SA)与金属氧化物LDO的质量比1.0～3.0：1配置浓度为3.0～9.0g/L的混合溶液，氮气气氛下60～90℃搅拌6～12h，控制pH值在9～10，以转速为2000r/min～10000r/min的速率离心5～15min，洗涤，50-80℃干燥12-24h，研磨，得到海藻酸盐/水滑石复合材料。本专利技术具有如下优点：(1)将天然大分子海藻酸片段，利用水滑石“结构记忆效应”，引入水滑石层间，并使其负载在水滑石表面，制备简单，反应条件容易控制。(2)基于海藻酸可生物降解、生物相容性好、阻燃、无毒等优点，构筑了新型海藻酸盐/水滑石阻燃剂，既可显著改善水滑石基阻燃剂的相容性，也能提升其对聚合物基体的阻燃性能。(3)所制海藻酸盐/水滑石阻燃复合材料，无卤无毒，符合当前绿色环保的主题，在提高聚烯烃类阻燃性能方面具有良好的应用价值。进一步，二价金属离子M2+为Zn2+、Ni2+和Mg2+中的任一种；三价金属离子M3+为Al3+和Fe3+中的任一种；金属盐溶液中的阴离子为NO3－、SO42－和Cl－中的一种或几种；海藻酸盐为海藻酸钠、海藻酸钾、海藻酸钙中任的一种。进一步，可以通过熔融共混法，将以上述方法所制的海藻酸盐/水滑石复合材料与聚烯烃基体材料共混制条，制得得复合材料。附图说明图1为本专利技术实施例1中所制SA、LDH-C、LDO、SA@LDH的XRD对比图；图2为本专利技术实施例1中所制SA、LDH-C、SA@LDH的红外对比图；图3为本专利技术实施例2中所制LDH-C与SA@LDH的SEM对比图；图4为本专利技术实施例3中提供的复合材料热释放速率对比图；图5为本专利技术实施例3中提供的复合材料锥形量热实验后残碳对比图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例1准确称取Mg(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O(按Mg：Al摩尔比2:1称取)，接着按上述二者混合溶液称取尿素并使其混合完全，再转入反应釜中，于110℃反应24h。抽滤，干燥得到水滑石样品，记为LDH-C。采用程序升温法，将上述将制得的LDH-C样品以5℃/min在500℃下高温煅烧5h，即得到焙烧产物，记为LDO，XRD图如图1。称取1g海藻酸钠溶解在300mL蒸馏水中，称取1gLDO溶解在200mL蒸馏水中，将上述两种溶液混合在三口烧瓶中，在氮气保护下加热至80℃，pH控制在9～10，反应6h。5000r/min/离心10min，在真空干燥箱60℃干燥12h。得到产物，记为SA@LDH，其XRD图如图1，红外谱图如图2。通过熔融共混法，将所制的海藻酸盐/水滑石复合材料与聚烯烃基体材料共混制条，得复合材料。实施例2准确称取Zn(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O(按Zn：Fe摩尔比3:1称取)，接着按上述二者混合溶液称取尿素并使其混合完全，再转入反应釜中，于110℃反应24h。抽滤，干燥得到水滑石样品，记为LDH-C。采用程序升温法，将上述将制得的LDH-C样品以5℃/min在500℃下高温煅烧5h，即得到焙烧产物，记为LDO。称取1.5g海藻酸钠溶解在300mL蒸馏水中，称取1gLDO溶解在200mL蒸馏水中，将上述两种溶液混合在三口烧瓶中，在氮气保护下加热至80℃，pH控制在9～10，反应6h。5000r/min的速率离心10min，在真空干燥箱60℃干燥12h，得到产物，记为SA@LDH，SEM图如图3。通过熔融共混法，将所制的海藻酸盐/水滑石复合材料与聚烯烃基体材料共混制条，得复合材料。实施例3准确称取Ni(NO3)2·6H2O和Fe(NO3)3·9H2O(按Ni：Fe摩尔比4:1称取)，接着按上述二者混合溶液称取尿素并使其混合完全，再转入反应釜中，于110℃反应24h。抽滤，干燥得到水滑石样品，记为LDH-C。采用程序升温法，将上述将制得的LDH-C样品以5℃/min在500℃下高温煅烧5h，即得到焙烧产物，记为LDO。称取2g海藻酸钠溶解在300mL蒸馏水中，称取1gLDO溶解在200mL蒸馏水中，将上述两种溶液混合在三口烧瓶中，在氮气保护下加热至80℃，pH控制在9～10，反应6h。5000r/min/离心10min，在真空干燥箱60℃干燥12h。得到本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种海藻酸盐/水滑石阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将尿素加入金属盐溶液中加热反应，过滤，洗涤，干燥，得到层状双金属氢氧化物，即水滑石前驱体，备用；2)将水滑石前驱体焙烧，得到金属氧化物LDO；3)按1.0～3.0：1的质量比将海藻酸盐与金属氧化物LDO混合并溶于水中，得到混合溶液，加热搅拌6～12h，离心，洗涤，干燥后即得所述海藻酸盐/水滑石阻燃复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种海藻酸盐/水滑石阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将尿素加入金属盐溶液中加热反应，过滤，洗涤，干燥，得到层状双金属氢氧化物，即水滑石前驱体，备用；2)将水滑石前驱体焙烧，得到金属氧化物LDO；3)按1.0～3.0：1的质量比将海藻酸盐与金属氧化物LDO混合并溶于水中，得到混合溶液，加热搅拌6～12h，离心，洗涤，干燥后即得所述海藻酸盐/水滑石阻燃复合材料。2.根据权利要求1所述的一种海藻酸盐/水滑石阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述金属盐溶液的浓度为0.25～0.625mol/L；所述尿素的加入量为加入至尿素与金属盐溶液中的阴离子总摩尔比为1.0～3.0：1。3.根据权利要求2所述的一种海藻酸盐/水滑石阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，所述金属盐溶液中的金属离子为二价金属离子M2+和三价金属离子M3+；所述二价金属离子M2+和三价金属离子M3+的摩尔比为1.0～4.0：1；所述二价金属离子M2+为Zn2+、Ni2+和Mg2+中的任一种；所述三价金属离子M3+为Al3+和Fe3...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐圣，李思雨，曾虹燕，潘勇，张敏，陈超荣，吴昆，田贤曜，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43