阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料及制备方法和应用，制备方法为：将酸化海泡石与过渡金属盐置于水中搅拌，同时，逐滴滴加氢氧化钠溶液至溶液呈碱性，于50～70℃继续搅拌使各组分充分反应；在抽真空或保护气的条件下，于120～180℃下陈化6～48h；冷却至室温，过滤后使用蒸馏水和无水乙醇洗涤多次并干燥：于200～400℃的惰性气氛下煅烧2～12h，冷却至室温后，得到阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料。本发明专利技术采用过渡金属盐提供金属阳离子，以海泡石材料为基体制备负载材料，并用于棉纺织品，拟提高棉纺织品的阻燃性，生产工艺简单，所得材料热稳定性好，应用前景广阔。

【技术实现步骤摘要】
阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料及制备方法和应用
本专利技术属于阻燃材料制备领域，具体涉及一种阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料及制备方法和应用。
技术介绍
水热法(hydrothermal)是指在一定温度(100-1000℃)和压强(1-100MPa)条件下，在特定类型的密闭容器(或高压釜)中利用溶液中物质的化学反应进行合成的方法。该方法的恒温、等压等特点，有利于生长缺陷少、取向好、完美的晶体，且产物结晶度高，晶体粒度易控制。水热法目前主要用于制备金属、氧化物和复合氧化物等粉体材料，尚未用于制备负载金属氧化物的海泡石基复合材料。海泡石材料在地球上储量丰富，全球储量约80亿吨，其中我国占有26亿吨。该矿物的结构如图6所示，是由硅氧四面体和镁氧八面体组成的2:1型晶体，并具有层状和链状的过渡型特征。特殊的元素组成及晶体结构赋予海泡石材料多种性能，如吸附性、阻隔性、耐高温性等，况且此种材料没有生物毒性，环境友好。基于上述优点及响应国家可持续发展战略，海泡石矿物的应用逐渐扩大至阻燃领域，但海泡石材料单独用于阻燃效果并不明显，目前实验室研究中主要采用有机改性的方法将含磷氮的有机基团接枝于海泡石结构，然后将其用于合成高分子材料，研究该材料的阻燃性。然而有机改性方法对环境污染严重，生态友好性差，且未见文献报道将海泡石类材料应用于棉纺织品的阻燃。棉纺织品由于其良好的服用性应用非常广泛，该材料的阻燃问题也深受学术界关注，目前比较成熟的方法是采用PyrovatexCP整理工艺，或Proban/氨熏工艺将含磷氮的阻燃剂整理到棉织物表面以赋予该材料阻燃性。但上述两种工艺各有其局限性，且成本高，并造成环境污染。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料及制备方法和应用。本专利技术所采用的具体技术方案如下：一种阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料的制备方法，具体如下：S1：将酸化海泡石与过渡金属盐置于水中搅拌，使过渡金属盐完全溶解、酸化海泡石充分分散，得到溶液A；同时，逐滴滴加氢氧化钠溶液使溶液A呈碱性，得到溶液B；将溶液B于50～70℃继续搅拌，使溶液B中各组分充分反应，得到溶液C；S2：将溶液C在抽真空或保护气的条件下，于120～180℃下陈化6～48h，得到产物D；S3：将产物D冷却至室温，过滤后使用蒸馏水和无水乙醇洗涤多次，干燥后得到固体产物E；S4：将产物E于200～400℃的惰性气氛下煅烧2～12h，冷却至室温后，得到阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料。作为优选，S1中所述溶液A中酸化海泡石与水的比重为10％，过渡金属盐中阳离子提供的正电荷的量与酸化海泡石可交换阳离子的量的比例为2～60：1。进一步的，所述酸化海泡石的阳离子交换容量为93mmol/100g，过渡金属盐与酸化海泡石的质量比为0.15～8.30。作为优选，S1中得到所述溶液A的搅拌时间为0.5～3h，搅拌速度为1500r/min；溶液B的搅拌时间为30min。作为优选，S1中所述氢氧化钠溶液的浓度为1mol/L，溶液B的pH值为10～12。作为优选，所述过渡金属盐为可溶于水的过渡金属盐或其水合物，优选为硝酸铁、九水合硝酸铁、硫酸铁、硝酸锌、六水合硝酸锌、硝酸镍或六水合硝酸镍中的一种。作为优选，所述S2中先将溶液C转移至带有聚四氟乙烯内衬的反应釜，再将反应釜连同溶液C一同置于干燥箱中，择一抽真空或者通入氮气保护气进行陈化。作为优选，S3中所述干燥为在真空烘箱中60℃下烘干至干燥；S4中所述煅烧在氮气气氛下进行。本专利技术的第二目的在于提供一种根据上述任一制备方法制备得到的阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料。本专利技术的第三目的在于提供一种含有上述海泡石复合材料的阻燃型棉纺织品，该阻燃型棉纺织品的制备方法为：将所述海泡石复合材料与水性聚氨酯共混，得到混合物；将所述混合物涂覆于原料棉纺织品的表面，得到阻燃型棉纺织品。本专利技术相对于现有技术而言，具有以下有益效果：1)本专利技术的制备工艺简单，成本低，处理过程中反应条件温和，安全系数高；2)本专利技术以海泡石材料为基材，将过渡金属氧化物负载于海泡石，采用水热法制备得到了一种阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料，在阻燃材料领域具有广阔的应用前景；水热法与有机方法相比，不使用有机溶剂，生态友好，环境污染小；3)本专利技术采用自然界广泛存在的海泡石类材料赋予棉纺织品阻燃性，棉纺织品的阻燃性得到一定程度的提高，且采用海泡石赋予棉纺织品阻燃性未见任何文献报道，具有原创性；4)本专利技术采用的过渡金属氧化物热稳定性好，具有路易斯酸特性，在阻燃中能起到催化成碳的作用；过渡金属氧化物与海泡石结合后，具有一定协同阻燃效果，可在一定程度上提高海泡石的热稳定性和阻燃性。附图说明图1为TEM图片，其中，a)为酸化海泡石，b)为产物I-4；图2为EDS谱图，其中，a)为酸化海泡石，b)为产物I-4；图3为TG曲线，其中，a)为酸化海泡石与负载氧化铁的海泡石复合材料(I-4、II-4和III-4)的对比，b)为酸化海泡石与负载氧化镍海泡石复合材料(IV-4、V-4和VI-4)的对比；图4为棉纺织品WPU/I-4-棉的燃烧碳渣，其中，a)为×30倍数视图，b)为×10k倍数视图；图5为棉纺织品WPU/I-4-棉的燃烧碳渣13C谱图；图6为海泡石晶体的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术做进一步阐述和说明。本专利技术中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。本专利技术的一种阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料的制备方法，采用过渡金属盐的水溶液对酸化海泡石进行离子交换处理，再采用氢氧化钠溶液调节体系pH值，获得粗制负载过渡金属氢氧化物海泡石复合材料。精制处理该复合材料后，再将其进行煅烧，控制煅烧温度及时间，可获得微观形貌不同的阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料。将此复合材料应用于棉纺织品，拟提高棉纺织品的阻燃性。下面将对阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料的制备方法进行详细说明，具体如下：S1：将酸化海泡石与过渡金属盐置于去离子水中快速搅拌(搅拌时间为0.5～3h，搅拌速度为1500r/min)，以使过渡金属盐完全溶解、酸化海泡石充分分散，得到溶液A，溶液A中酸化海泡石与水的比重为10％。该过渡金属盐选用可溶于水的过渡金属盐或其水合物，比如硝酸铁、九水合硝酸铁、硫酸铁、硝酸锌、六水合硝酸锌、硝酸镍或六水合硝酸镍等。由于根据金属盐价态与分子量的不同，计算出与酸化海泡石的质量比会有所差异，因此，以可交换阳离子摩尔量为表征依据，即过渡金属盐中阳离子提供的正电荷的量与酸化海泡石可交换阳离子的量的比例为2～60：1。在本专利技术的各个实施例中均采用阳离子交换容量为93mmol/100g的酸化海泡石，因此，可以通过计算得出过渡金属盐与酸化海泡石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料的制备方法，其特征在于，具体如下：/nS1：将酸化海泡石与过渡金属盐置于水中搅拌，使过渡金属盐完全溶解、酸化海泡石充分分散，得到溶液A；同时，逐滴滴加氢氧化钠溶液使溶液A呈碱性，得到溶液B；将溶液B于50～70℃继续搅拌，使溶液B中各组分充分反应，得到溶液C；/nS2：将溶液C在抽真空或保护气的条件下，于120～180℃下陈化6～48h，得到产物D；/nS3：将产物D冷却至室温，过滤后使用蒸馏水和无水乙醇洗涤多次，干燥后得到固体产物E；/nS4：将产物E于200～400℃的惰性气氛下煅烧2～12h，冷却至室温后，得到阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料的制备方法，其特征在于，具体如下：
S1：将酸化海泡石与过渡金属盐置于水中搅拌，使过渡金属盐完全溶解、酸化海泡石充分分散，得到溶液A；同时，逐滴滴加氢氧化钠溶液使溶液A呈碱性，得到溶液B；将溶液B于50～70℃继续搅拌，使溶液B中各组分充分反应，得到溶液C；
S2：将溶液C在抽真空或保护气的条件下，于120～180℃下陈化6～48h，得到产物D；
S3：将产物D冷却至室温，过滤后使用蒸馏水和无水乙醇洗涤多次，干燥后得到固体产物E；
S4：将产物E于200～400℃的惰性气氛下煅烧2～12h，冷却至室温后，得到阻燃型过渡金属氧化物海泡石复合材料。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中所述溶液A中酸化海泡石与水的比重为10％，过渡金属盐中阳离子提供的正电荷的量与酸化海泡石可交换阳离子的量的比例为2～60：1。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述酸化海泡石的阳离子交换容量为93mmol/100g；过渡金属盐与酸化海泡石的质量比为0.15～8.30，优选为0.15～0.81。


4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中得到所述溶液A的搅拌时...

【专利技术属性】
技术研发人员：续通，彭鹤验，
申请(专利权)人：浙江锶通净新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33