本发明专利技术公开了一种含硫/氮/磷/过渡金属的水滑石基阻燃剂及其制备方法，通过在含硫单体修饰的水滑石表面层层组装含氮单体和含磷单体，并引入过渡金属元素，增强了水滑石的热稳定性，减少了水滑石的团聚，提高了水滑石在聚合物基体中的分散性，增强了水滑石的成炭性能，从而大大增强了水滑石基阻燃剂的阻燃性能。能。能。
【技术实现步骤摘要】
一种含硫/氮/磷/过渡金属的水滑石基阻燃剂及其制备方法
[0001]本专利技术属于阻燃剂
，具体涉及一种含硫/氮/磷/过渡金属的水滑石基阻燃剂及其制备方法。
技术介绍
[0002]水滑石(LDHs)是一种阴离子型层状化合物，没有固定的化学组成,层板的金属元素种类和组成比例、层间阴离子的种类和数量、二维孔道结构可以根据需要来在一定的范围类可调控,从而获得具有特殊结构和功能的材料。位于层板上的二价金属阳离子可以在一定的比例范围内被离子半径相近的三价金属阳离子同晶取代，从而使得主体层板带部分的正电荷，因此可以利用静电力对其表面进行改性。LDHs的组成和其层间阴离子的可调控使其具有多重功能，因其使得LDHs成为了一类极具研究潜力和应用前景的新型功能材料。此外，无毒低价易制备的LDHs在受热时能够吸收大量的热，降低燃烧体系的温度，使得其成为国内外阻燃研究的一个热点。
[0003]虽然LDHs具有优良的阻燃抑烟作用，且不含卤素,在燃烧时不会产生有毒气体和腐蚀性气体,本身还具有无毒、低价、易制备的优点，但是水滑石易于团聚。在阻燃应用中为了达到优异的阻燃效果，需要在聚合物中添加大量的LDHs,而这样的添加量及团聚现象会严重影响聚合物的物理力学性能和加工性能。
技术实现思路
[0004]为了解决现有技术中的问题，本专利技术的目的在于提供了一种含硫/氮/磷/过渡金属的水滑石基阻燃剂及其制备方法，通过在含硫单体(LS)修饰的水滑石表面层层组装含氮单体(CS)和含磷单体(PA)，并引入过渡金属元素，增强了水滑石的热稳定性，减少了水滑石的团聚，提高了水滑石在聚合物基体中的分散性，增强了水滑石的成炭性能，从而大大增强了水滑石基阻燃剂的阻燃性能。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0006]一种含硫/氮/磷/过渡金属的水滑石基阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：
[0007](1)以镁盐和铝盐的混合盐溶液与氢氧化钠、碳酸钠和含硫单体的混合碱溶液为原料，通过共沉淀法制得含硫单体修饰的MgAl
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LDH；
[0008](2)将含硫单体修饰的MgAl
‑
LDH分散于去离子水中，得到悬浮液A；将含氮单体分散于去离子水中，得到分散液B；将分散液B滴入至悬浮液A中，充分混匀使得含氮单体吸附于含硫单体修饰的MgAl
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LDH上，固液分离后干燥得到含硫氮单体修饰的MgAl
‑
LDH；
[0009](3)将含硫氮单体修饰的MgAl
‑
LDH分散于去离子水中，得到悬浮液C；将含磷单体分散于NaOH水溶液中，得到含磷单体碱液D；将含磷单体碱液D滴入至悬浮液C中，充分混匀使得含磷单体吸附于含硫氮单体修饰的MgAl
‑
LDH，再加入过渡金属盐溶液充分混匀，固液分离后干燥得到含硫/氮/磷/过渡金属的水滑石基阻燃剂。
[0010]本领域技术人员知晓，水滑石不仅可以通过释放H2O和CO2来稀释可燃气体，还可以
起到隔离火焰和吸收烟尘颗粒的物理屏障作用，从而有效提高聚合物基体的阻燃性和抑烟性。然而，由于与聚合物基体的相容性差，加上层间存在较强的范德华力和静电力，水滑石在基体中极易团聚，导致阻燃性能不理想。本专利技术通过静电相互作用将带电基材交替浸入带正电和带负电的物质中实现层层组装，先制得含硫单体修饰的MgAl
‑
LDH，再利用含氮单体与含硫单体带的电荷相反，之间存在静电力，将含氮单体组装在含硫单体修饰的MgAl
‑
LDH表面。同样的，利用含磷单体与含氮单体存在的静电力将含磷单体组装在含硫氮单体修饰的MgAl
‑
LDH表面，同时，因为含磷单体所带的负电荷，将过渡金属离子螯合在最外层。本专利技术的层层组装改性后的水滑石改善了水滑石自身团聚性的问题，提升了水滑石的分散性能，同时也改善了水滑石与聚合物基体的相容性问题，且其含有丰富的阻燃元素，如硫、氮、磷和过渡金属，在气相和凝聚相中同时发挥阻燃作用，既稀释了维持燃烧需要的氧气，同时由于磷的自由基捕捉效应，中断了燃烧的链式反应，磷元素和过渡金属元素的加入也改善了水滑石成炭效果不足的缺陷，形成了连续致密的炭层，进一步保护下层基体不被燃烧。
[0011]本专利技术的含硫/氮/磷/过渡金属的水滑石基阻燃剂，构建了阻燃多层膜在基材和阻燃剂之间，直接干扰燃烧过程并削弱了将阻燃剂加入基材本身时对机械性能产生不利影响，从而尽可能的降低了阻燃剂的加入对聚合物基体力学性能的恶化，通过多重协效作用，显著改善了聚烯烃基体材料的阻燃性能，同时还可降低阻燃剂对基体材料的力学性能的破坏，获得了综合性能优异的阻燃级高聚物复合材料。
[0012]专利技术人发现，在水滑石的层层组装过程中，如将水滑石和含硫、氮、磷和过渡金属元素等单体同时放入同一容器进行反应时，无法控制组装的进行，会得到多种产物，不再是单一的层层组装改性的水滑石。而只有采用本专利技术的分步层层组装带电介质，才能制备出介质均匀组装于表面的水滑石，进而解决水滑石分散性问题，改善水滑石与聚烯烃基体的相容性，多者协效，显著改善聚合物基体材料的阻燃性能且同时尽量降低阻燃剂对基体材料的力学性能的破坏。
[0013]需要说明的是，本专利技术制备镁铝水滑石的共沉淀法为现有常规制备工艺，在此不再赘述。
[0014]优选的，步骤(1)中，所述含硫单体选自木质素磺酸盐、半胱氨酸和磺基水杨酸中的一种；镁盐与含硫单体的质量比为2
‑
3：1。
[0015]优选的，步骤(2)中，所述含氮单体选自2
‑
氨基二苯醚、三聚氰胺、对硝基N,N
‑
二甲苯胺和壳聚糖中的一种，含硫单体修饰的MgAl
‑
LDH与含氮单体的质量比为2
‑
5：1。
[0016]优选的，步骤(2)中，悬浮液A中含硫单体修饰的MgAl
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LDH和去离子水的质量体积比为0.5
‑
1.5g:100ml；分散液B中含氮单体和去离子水的质量体积比为0.2
‑
0.8g:100ml。
[0017]优选的，步骤(3)中，所述含磷单体选自三磷酸单脂、六氯环三磷腈和植酸中的一种，含硫氮单体修饰的MgAl
‑
LDH和含磷单体的质量体积比为2.5
‑
4.0g:1.5
‑
2.5ml。
[0018]优选的，步骤(3)中，所述悬浮液C中含硫氮单体修饰的MgAl
‑
LDH和去离子水的质量体积比2.5
‑
4.0g：100ml；含磷单体碱液D的质量浓度为20
‑
25％；含磷单体碱液D的pH值为6
‑
7。
[0019]优选的，步骤(3)中，所述过渡金属盐为锰、镍、钴中的一种的可溶性金属盐，含硫氮单体修饰的MgAl
‑
LDH和可溶性过渡金属盐的质量比为5...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种含硫/氮/磷/过渡金属的水滑石基阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)以镁盐和铝盐的混合盐溶液与氢氧化钠、碳酸钠和含硫单体的混合碱溶液为原料，通过共沉淀法制得含硫单体修饰的MgAl
‑
LDH；(2)将含硫单体修饰的MgAl
‑
LDH分散于去离子水中，得到悬浮液A；将含氮单体分散于去离子水中，得到分散液B；将分散液B滴入至悬浮液A中，充分混匀使得含氮单体吸附于含硫单体修饰的MgAl
‑
LDH上，固液分离后干燥得到含硫氮单体修饰的MgAl
‑
LDH；(3)将含硫氮单体修饰的MgAl
‑
LDH分散于去离子水中，得到悬浮液C；将含磷单体分散于NaOH水溶液中，得到含磷单体碱液D；将含磷单体碱液D滴入至悬浮液C中，充分混匀使得含磷单体吸附于含硫氮单体修饰的MgAl
‑
LDH，再加入过渡金属盐溶液充分混匀，固液分离后干燥得到含硫/氮/磷/过渡金属的水滑石基阻燃剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含硫单体选自木质素磺酸盐、半胱氨酸和磺基水杨酸中的一种；镁盐与含硫单体的质量比为2
‑
3：1。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，所述含氮单体选自2
‑
氨基二苯醚、三聚氰胺、对硝基N,N
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二甲苯胺和壳聚糖中的一种，含硫单体修饰的MgAl
‑
LDH与含氮单体的质量比为2
‑
5：1。...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐圣，颜文娟，丁驰捷，闵俊杰，刘书岑，范启勋，李江硕，刘志豪，胡艳，胡杰，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：
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