本发明专利技术提供一种无机纳米基复合阻燃剂及其制备方法和在木塑复合材料中的应用。所述无机纳米基复合阻燃剂包括过渡金属纳米氧化物、二维蒙脱土纳米片和金属有机框架材料；所述过渡金属纳米氧化物负载到二维蒙脱土纳米片表面，形成负载过渡金属纳米氧化物的二维蒙脱土纳米片；所述金属有机框架材料包覆在负载过渡金属纳米氧化物的二维蒙脱土纳米片的表面形成包覆层。利用表面包覆层对负载过渡金属纳米氧化物的二维蒙脱土纳米片进行改性，以提高无机纳米基复合阻燃剂与PVC基木塑复合材料的相容性；解决了现有阻燃型PVC基木塑复合材料中阻燃剂添加量大、阻燃抑烟效率低、PVC基木塑复合材料机械性能及装饰效果降低的缺点。合材料机械性能及装饰效果降低的缺点。合材料机械性能及装饰效果降低的缺点。
【技术实现步骤摘要】
一种无机纳米基复合阻燃剂及其制备方法和在木塑复合材料中的应用
[0001]本专利技术属于纳米材料
，特别是涉及一种无机纳米基复合阻燃剂及其制备方法和在木塑复合材料中的应用。
技术介绍
[0002]木塑复合材料是一类以纤维、粉末等形态的木质纤维材料作为填充或增强的材料，以热塑性塑料为基体材料，添加各类助剂经挤出、热压、模压或注塑等多种加工手段复合而制成的一类新型复合材料。常用的热塑性塑料基体包括聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)及聚氯乙烯(PVC)等。
[0003]近年来，PVC基木塑复合材料具有更好的外观效果，其被广泛应用于建筑门窗、室内装饰、家具等领域。在这些领域应用时，材料的防火性是保证材料安全使用的重要因素。尽管PVC具有良好的阻燃性，但大量木粉及低分子助剂的加入使得PVC基木塑复合材料易于点燃，同时燃烧时有大量浓烟及毒气放出。为了提高PVC基木塑复合材料的阻燃和抑烟性能，在制备此类复合材料时常常需要加入阻燃剂。
[0004]目前常用的阻燃剂为含卤阻燃剂和无卤阻燃剂，其中无机阻燃剂作为无卤阻燃剂的典型代表，其最大的优点是不产生有毒和腐蚀性气体，对环境友好。缺点是填充量大，与聚合物基体的相容性差，进而导致聚合物基体的力学性能、加工性能受到损害。因此，开发出适合PVC基木塑复合材料的阻燃体系，提高其与PVC基木塑复合材料之间的界面相容性，使PVC基木塑复合材料力学性能得到保障的同时，阻燃性能得到提升是未来的研究重点。因此，无卤、低毒、低烟、高耐热性、与基体相容性好的阻燃剂已逐渐成为今后阻燃材料的发展方向。
技术实现思路
[0005]针对上述现有技术存在的问题，本专利技术提供一种无机纳米基复合阻燃剂及其制备方法和在木塑复合材料中的应用。所述无机纳米基复合阻燃剂包括过渡金属纳米氧化物、二维蒙脱土纳米片和金属有机框架材料；所述过渡金属纳米氧化物负载到二维蒙脱土纳米片表面，形成负载过渡金属纳米氧化物的二维蒙脱土纳米片；所述金属有机框架材料包覆在负载过渡金属纳米氧化物的二维蒙脱土纳米片的表面形成包覆层。利用表面包覆层对负载过渡金属纳米氧化物的二维蒙脱土纳米片进行改性，以提高无机纳米基复合阻燃剂与PVC基木塑复合材料的相容性；解决了现有阻燃型PVC基木塑复合材料中阻燃剂添加量大、阻燃抑烟效率低、PVC基木塑复合材料机械性能及装饰效果降低的缺点。
[0006]本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：
[0007]一种无机纳米基复合阻燃剂，其中，所述无机纳米基复合阻燃剂包括过渡金属纳米氧化物、二维蒙脱土纳米片和金属有机框架材料；所述过渡金属纳米氧化物负载到二维蒙脱土纳米片表面，形成负载过渡金属纳米氧化物的二维蒙脱土纳米片；所述金属有机框
架材料包覆在负载过渡金属纳米氧化物的二维蒙脱土纳米片的表面形成包覆层。
[0008]根据本专利技术的实施方式，所述过渡金属纳米氧化物选自纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米氧化铬、纳米氧化铁、纳米氧化钴、纳米氧化镍和纳米氧化铜中的至少一种。
[0009]根据本专利技术的实施方式，所述过渡金属纳米氧化物的粒径为20nm～80nm，优选为30nm～60nm，例如为30nm、40nm、50nm或60nm。
[0010]根据本专利技术的实施方式，所述二维蒙脱土纳米片的平均厚度为10nm～30nm，例如为10nm、15nm、20nm、25nm或30nm；所述二维蒙脱土纳米片的平均长度为300nm～500nm，例如为300nm、350nm、400nm、450nm或500nm。
[0011]根据本专利技术的实施方式，所述金属有机框架材料选自Zn
‑
MOF、Fe
‑
MOF、Cu
‑
MOF、Sn
‑
MOF、Co
‑
MOF、Ni
‑
MOF和Cr
‑
MOF中的至少一种。
[0012]根据本专利技术的实施方式，形成所述金属有机框架材料的有机配体选自2
‑
氨基对苯二甲酸、二甲基咪唑、2,5
‑
二羟基对苯二甲酸、均苯三甲酸或对苯二甲酸中的至少一种。
[0013]根据本专利技术的实施方式，形成所述金属有机框架材料的过渡金属盐选自锌盐、锡盐、铬盐、铁盐、钴盐、镍盐和铜盐中的至少一种。优选选自硝酸锌、氯化锡、硝酸铬、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铜中的至少一种。
[0014]根据本专利技术的实施方式，形成所述金属有机框架材料的过渡金属盐和形成所述金属有机框架材料的有机配体的质量比为1:(2～4)，例如为1:2、1:3或1:4。
[0015]根据本专利技术的实施方式，所述二维蒙脱土纳米片和过渡金属纳米氧化物的质量比为(0.1～0.5):1，例如为0.1:1、0.2:1、0.3:1、0.4:1或0.5:1。
[0016]根据本专利技术的实施方式，所述包覆层的平均厚度为3nm～6nm，例如为3nm、4nm、5nm或6nm。
[0017]根据本专利技术的实施方式，所述金属有机框架材料的质量占所述无机纳米基复合阻燃剂总质量的0.5wt％～3wt％，例如为0.6wt％、0.7wt％、0.8wt％、0.9wt％、1wt％、1.2wt％、1.4wt％、1.5wt％、1.8wt％、2wt％、2.2wt％、2.4wt％、2.5wt％、2.6wt％、2.7wt％、2.8wt％、2.9wt％或3wt％。
[0018]本专利技术还提供上述无机纳米基复合阻燃剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：
[0019](1)将蒙脱土和海藻酸钠混合，制备得到悬浮液；
[0020](2)将步骤(1)的悬浮液逐滴加入到第一过渡金属盐的水溶液中，进行交联反应，制备得到水凝胶球；
[0021](3)将步骤(2)的水凝胶球干燥后进行煅烧，制备得到负载过渡金属纳米氧化物的二维蒙脱土纳米片；
[0022](4)将步骤(3)的负载过渡金属纳米氧化物的二维蒙脱土纳米片、第二过渡金属盐、有机配体和有机溶剂混合，进行自组装反应，制备得到所述无机纳米基复合阻燃剂。
[0023]根据本专利技术的实施方式，步骤(1)中，所述蒙脱土具有片层结构，蒙脱土片层的平均厚度为80nm
‑
120nm，蒙脱土片层的平均长度为5μm
‑
10μm。
[0024]根据本专利技术的实施方式，步骤(1)中，所述蒙脱土与海藻酸钠的质量比为(0.01
‑
0.1):1，例如为0.01:1、0.02:1、0.03:1、0.04:1、0.05:1、0.06:1、0.07:1、0.08:1、0.09:1或0.1:1。
[0025]根据本专利技术的实施方式，步骤(1)中，具体包括如下步骤：
[0026]将蒙脱土加入水中搅拌并超声，然后加入海藻酸钠搅拌至完全溶解，并在室温下静置12
‑
24小时，得到均匀悬浮液。
[0027]优选地，将蒙脱土加入去离子水中搅拌并超声10
‑...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种无机纳米基复合阻燃剂，其中，所述无机纳米基复合阻燃剂包括过渡金属纳米氧化物、二维蒙脱土纳米片和金属有机框架材料；所述过渡金属纳米氧化物负载到二维蒙脱土纳米片表面，形成负载过渡金属纳米氧化物的二维蒙脱土纳米片；所述金属有机框架材料包覆在负载过渡金属纳米氧化物的二维蒙脱土纳米片的表面形成包覆层。2.根据权利要求1所述的无机纳米基复合阻燃剂，其中，所述过渡金属纳米氧化物选自纳米氧化锌、纳米氧化锡、纳米氧化铬、纳米氧化铁、纳米氧化钴、纳米氧化镍和纳米氧化铜中的至少一种；和/或，所述过渡金属纳米氧化物的粒径为20nm～80nm；和/或，所述二维蒙脱土纳米片的平均厚度为10nm～30nm；所述二维蒙脱土纳米片的平均长度为300nm～500nm。3.根据权利要求1所述的无机纳米基复合阻燃剂，其中，所述金属有机框架材料选自Zn
‑
MOF、Fe
‑
MOF、Cu
‑
MOF、Sn
‑
MOF、Co
‑
MOF、Ni
‑
MOF和Cr
‑
MOF中的至少一种；和/或，形成所述金属有机框架材料的有机配体选自2
‑
氨基对苯二甲酸、二甲基咪唑、2,5
‑
二羟基对苯二甲酸、均苯三甲酸或对苯二甲酸中的至少一种；和/或，形成所述金属有机框架材料的过渡金属盐选自锌盐、锡盐、铬盐、铁盐、钴盐、镍盐和铜盐中的至少一种。优选选自硝酸锌、氯化锡、硝酸铬、硝酸铁、硝酸钴、硝酸镍、硝酸铜中的至少一种；和/或，形成所述金属有机框架材料的过渡金属盐和形成所述金属有机框架材料的有机配体的质量比为1:(2～4)。4.根据权利要求1所述的无机纳米基复合阻燃剂，其中，所述二维蒙脱土纳米片和过渡金属纳米氧化物的质量比为(0.1～0.5):1；和/或，所述包覆层的平均厚度为3nm～6nm；和/或，所述金属有机框架材料的质量占所述无机纳米基复合阻燃剂总质量的0.5wt％～3wt％。5.权利要求1
‑
4任一项所述的无机纳米基复合阻燃剂的制备方法，所述方法包括以下步骤：(1)将蒙脱土和海藻酸钠混合，制备得到悬浮液；(2)将步骤(1)的悬浮液逐滴加入到第一过渡金属盐的水溶液中，进行交联反应，制备得到水凝胶球；(3)将步骤(2)的水凝胶球干燥后进行煅烧，制备得到负载过渡金属纳米氧化物的二维蒙脱土纳米片；(4)将步骤(3)的负载过渡金属纳米氧化物的二维蒙脱土纳米片、第二过渡金属盐、有机配体和有机溶剂混合，进行自组装反应，制备得到所述无机纳米基复合阻燃剂。6.根据权利要求5所述的无机纳米基复合阻燃剂的制备方法，步骤(1)中，所述蒙脱土具有片层结构，蒙脱土片层的平均厚度为80nm
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120nm，蒙脱土片层的平均长度为5μm
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10μm；和/或，步骤(1)中，所述蒙脱土与海藻酸钠的质量比为(...
【专利技术属性】
技术研发人员：房轶群，杨若凡，朱景航，林博昊，任癸林，王伟宏，宋永明，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：发明
国别省市：
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