一种聚合氯化铝铁及其制备方法和阻燃剂组合物技术

本发明专利技术涉及阻燃材料技术领域，提供了一种聚合氯化铝铁的制备方法，包括以下步骤：将氢氧化钠溶液以3～4mL/min的速度滴加入氯化铝溶液中，进行水解聚合反应，得到三价铝的羟合物溶液；向得到的三价铝的羟合物溶液中依次加入氯化铁溶液、次氯酸钠溶液和NaOH溶液，进行缩聚反应，得到聚合氯化铝铁溶液，去除溶剂后得到聚合氯化铝铁。实验结果表明，将本发明专利技术制备方法得到的聚合氯化铝铁与三氧化二锑、硼酸锌组成阻燃剂组合物，添加到PVC基体中构成的阻燃复合体系，具有优异的抑烟性能；各组分比例为1:3:3:100时，氧指数达到了32.8％，材料更难点燃，残余物增多，具有优异的阻燃性能。

【技术实现步骤摘要】
一种聚合氯化铝铁及其制备方法和阻燃剂组合物
本专利技术涉及阻燃材料
，尤其涉及一种聚合氯化铝铁及其制备方法和阻燃剂组合物。
技术介绍
目前，无机阻燃金属系中的Sb2O3是软质聚氯乙烯(PVC)较为常用的阻燃抑烟剂。但三氧化二锑的价格近几年来受市场影响，价格走高。同时三氧化二锑自身也存在着诸多缺陷，如毒性大，抑烟效果不佳等。这使得寻找三氧化二锑的替代物或探究其更好的复配体系成为当下研究热点。聚合氯化铝铁(PAFC)起始分解温度为208.9℃，含有大量羟基、无定形水和结晶水，受热时分解释放出的H2O，分解后形成金属氧化物Fe2O3和Al2O3，其热分解特性和金属水合物(ATH)相似：稀释氧气，降低燃烧体系的温度，Al2O3能吸附烟核和烟粒；而PAFC中铁系化合物在高温区也存在较好的阻燃潜能，文献证明，Fe2O3进一步转化成FeCl3形成Lewis酸，促进碳骨架的交联和成炭；FeCl3还能与PVC分解时生成的芳香族化合物反应，生成氯化芳香族化合物，减少有毒气体的释放；综上分析，PAFC对聚合物具有潜在的阻燃可能性。然而根据所查文献，直接将ATH和Fe2O3复配到PVC中比较常见，未见采用PAFC制备复合材料并系统研究其阻燃性能的报道。并且，目前关于关于PAFC的制备方法的技术信息在公开的专利文献中不乏见诸，如CN100554178C提供有“一种无机高分子絮凝剂PAFC的生产方法”，该专利方案废酸液来源受到客观限制。授权文本CN101172684B中公开了“利用粉煤灰工业化生产PAFC净水剂的方法”，此方法需要消耗较多的工业盐酸，因而仍有失经济性。可见，现有的PAFC的制备方法存在制备方法复杂、原料来源受限以及有失经济型的问题。因此，亟需一种阻燃效果好的PAFC简单、环保的制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种简单、环保的聚合氯化铝铁的制备方法，并且制备得到的聚合氯化铝铁能够作为协效剂，配制三氧化二锑/硼酸锌/聚合氯化铝铁体系的聚氯乙烯阻燃剂，具有优异的阻燃性能。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种聚合氯化铝铁的制备方法，包括以下步骤：(1)将NaOH溶液滴加入AlCl3溶液中，进行水解聚合反应，得到三价铝的羟合物溶液；所述滴加的速度为3～4mL/min；所述AlCl3溶液中的Al3+与所述NaOH溶液中的Na+的物质的量之比为2:1～6:1；(2)向所述步骤(1)得到的三价铝的羟合物溶液中依次加入FeCl3溶液、次氯酸钠溶液和NaOH溶液，进行缩聚反应，得到聚合氯化铝铁溶液；所述FeCl3溶液中的Fe3+和所述NaOH溶液中的Na+的物质的量之比为5:7～5:8；(3)将所述步骤(2)得到的聚合氯化铝铁溶液静置，然后去除溶剂，得到聚合氯化铝铁。优选地，所述步骤(1)中的水解聚合反应的温度为70～80℃，水解聚合反应的时间为2～4h。优选地，所述步骤(2)中FeCl3溶液中的Fe3+与所述三价铝的羟合物溶液中Al3+的物质的量之比为1:1～9:1。优选地，所述步骤(2)中缩聚反应的温度为70～80℃，缩聚反应的时间为3～4h。优选地，所述步骤(2)中的FeCl3溶液中的Fe3+与次氯酸钠溶液中的ClO-的物质的量之比为(55～56):(1～6)。优选地，所述静置的时间为12～24h。本专利技术提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的聚合氯化铝铁，所述聚合氯化铝铁为铝铁的羟基侨联共聚物。本专利技术提供了一种阻燃剂组合物，包括三氧化二锑、硼酸锌和上述技术方案所述的聚合氯化铝铁。优选地，所述三氧化二锑、硼酸锌和聚合氯化铝铁的质量比为(2～3)：3：(1～2)。本专利技术提供了一种聚合氯化铝铁的制备方法，包括以下步骤：将NaOH溶液以3～4mL/min的速度滴加入AlCl3溶液中，进行水解聚合反应，得到三价铝的羟合物溶液；其中AlCl3溶液中的Al3+与所述NaOH溶液中的Na+的物质的量之比为2:1～6:1；向得到的三价铝的羟合物溶液中依次加入FeCl3溶液、次氯酸钠溶液和NaOH溶液，进行缩聚反应，得到聚合氯化铝铁溶液；其中FeCl3溶液中的Fe3+和所述NaOH溶液中的Na+的物质的量之比为5:7～5:8；将得到的聚合氯化铝铁溶液去除溶剂，即得到聚合氯化铝铁。本专利技术通过控制NaOH溶液的滴加速度，防止NaOH与AlCl3迅速生成凝胶沉淀物而导致的多核羟基络合物含量减少，进而能够促进水解聚合反应的进行；控制Al3+与Na+的物质的量之比为2:1～6:1使水解聚合反应的进行完全，且不会导致NaOH的过量造成生成沉淀物杂质；通过控制Fe3+和Na+用量保证三价铝的羟合物三价铁的羟合物逐步缩聚为二聚体、三聚体，最后成为多聚体，即聚合氯化铝铁；通过静置实现熟化，让各配位组分充分的排列到分子中去，从而使得到的聚合氯化铝铁分子结构排列更加有序，进而能够使得到的聚合氯化铝铁作为阻燃剂组合物使用时具有优异的阻燃性能。实验结果表明，本专利技术提供的制备方法得到的聚合氯化铝铁用于PAFC/ZB/Sb2O3/PVC阻燃剂时，阻燃和抑烟效果最佳，各组分比例为1:3:3:100时，氧指数达到了32.8％，材料更难点燃，残余物增多，具有优异的阻燃性能。本专利技术提供的聚合氯化铝铁的制备方法操作简单、环保，反应条件温和。附图说明图1是实施例1制备的聚合氯化铝铁的SEM照片；图2是实施例1～3制备的不同Al3+：Fe3+比例的PAFC热重曲线图；图3是实施例4和对比例3～5制备的测试样条的热重曲线；图4是实施例4和对比例3～5制备的测试样条的产生CO的量；图5是实施例4和对比例3～5制备的测试样条的产生CO2的量；图6是实施例4和对比例3～5制备的测试样条的热释放速率；图7是实施例4和对比例3～5制备的测试样条的热释放总量；图8是实施例4和对比例3～5制备的测试样条的烟释放总量；图9是实施例4和对比例3～5制备的测试样条的质量损失百分比。具体实施方式本专利技术提供了一种聚合氯化铝铁的制备方法，包括以下步骤：(1)将NaOH溶液滴加入AlCl3溶液中，进行水解聚合反应，得到三价铝的羟合物溶液；所述滴加的速度为3～4mL/min；所述AlCl3溶液中的Al3+与所述NaOH溶液中的Na+的物质的量之比为2:1～6:1；(2)向所述步骤(1)得到的三价铝的羟合物溶液中依次加入FeCl3溶液、次氯酸钠溶液和NaOH溶液，进行缩聚反应，得到聚合氯化铝铁溶液；所述FeCl3溶液中的Fe3+和所述NaOH溶液中的Na+的物质的量之比为(5:7)～(5:8)；(3)将所述步骤(2)得到的聚合氯化铝铁溶液静置，然去除溶剂，得到聚合氯化铝铁。本专利技术将NaOH溶液滴加入AlCl3溶液中，进行水解聚合反应，得到三价铝的羟合物溶液。在本专利技术中，所述滴加的速度为3～4mL/min，优选为3～3.5mL本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚合氯化铝铁的制备方法，包括以下步骤：/n(1)将NaOH溶液滴加入AlCl

【技术特征摘要】
1.一种聚合氯化铝铁的制备方法，包括以下步骤：
(1)将NaOH溶液滴加入AlCl3溶液中，进行水解聚合反应，得到三价铝的羟合物溶液；所述滴加的速度为3～4mL/min；所述AlCl3溶液中的Al3+与所述NaOH溶液中的Na+的物质的量之比为2:1～6:1；
(2)向所述步骤(1)得到的三价铝的羟合物溶液中依次加入FeCl3溶液、次氯酸钠溶液和NaOH溶液，进行缩聚反应，得到聚合氯化铝铁溶液；所述FeCl3溶液中的Fe3+和所述NaOH溶液中的Na+的物质的量之比为5:7～5:8；
(3)将所述步骤(2)得到的聚合氯化铝铁溶液静置，然后去除溶剂，得到聚合氯化铝铁。


2.根据权利要求1所述的一种聚合氯化铝铁的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中的水解聚合反应的温度为70～80℃，水解聚合反应的时间为2～4h。


3.根据权利要求1所述的一种聚合氯化铝铁的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中FeCl3溶液中的Fe3+与所述三价铝的羟...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙英娟，高明，岳丽娜，黄保利，宋京朔，王太磊，
申请(专利权)人：华北科技学院，
类型：发明
国别省市：河北;13