磷化氢氧化镁阻燃剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种磷化氢氧化镁阻燃剂及其制备方法和应用，属于阻燃剂技术领域。其技术方案为：通过溶胶

【技术实现步骤摘要】
磷化氢氧化镁阻燃剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及阻燃剂
，具体涉及一种磷化氢氧化镁阻燃剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]由于人们安全环保意识的提高，含卤阻燃剂正被逐步取代，开发高效率、低烟释放的无卤环保阻燃剂已是当前的发展趋势。氢氧化镁(Mg(OH)2)作为当前工业上无卤环保阻燃剂的主要品种之一，由于其来源广泛、价格低廉，同时具有常温储存不吸潮、熔融加工稳定性好等优点，在聚合物阻燃改性中被广泛应用。
[0003]氢氧化镁阻燃剂的阻燃机理如下：受热时发生分解，释放出大量水蒸气吸收燃烧物表面热量，起到阻燃作用；同时生成的氧化镁附着于可燃物表面，进一步阻止燃烧进行。但是，在聚合物基体中单独使用氢氧化镁作为阻燃剂，阻燃效率很低，为达到理想的阻燃效果，一般都需要添加高含量的氢氧化镁。例如：Wang Zhengzhou等(Journal of Applied Polymer Science,2001；81:206
‑
214)在100质量份的聚乙烯(LLDPE)中添加了150质量份的氢氧化镁，将材料的极限氧指数(LOI)从17.5％提高到25.5％；又如中国专利技术专利CN101712875B公开了一种氢氧化镁阻燃剂及电缆用阻燃聚合物，在100份的聚烯烃中需要添加100
‑
150份的氢氧化镁阻燃剂，同样面临添加量较高的问题。此外，聚合物基体中单独添加氢氧化镁的抑烟效果较差，需要额外结合抑烟剂组分来减少烟气释放。
[0004]磷系阻燃剂在气相和凝聚相中均能发挥阻燃作用，是一种高效率的阻燃剂。在氢氧化镁表面接枝含磷化合物，可以发挥无机阻燃和磷阻燃协同作用，是一种提高氢氧化镁阻燃效率的有效办法。例如：Liu Tingting等(Journal of Applied Polymer Science,2020；138:e49607)首先将含有双键的偶联剂(WD70)与含磷阻燃剂(DOPO)反应生成DOPO
‑
WD70，然后与氢氧化镁表面羟基直接反应制备了复合阻燃剂(MH
‑
WD70
‑
DOPO)；进一步地，在乙烯
‑
乙酸乙烯共聚物(EVA)中添加51.32wt％的该复合阻燃剂，材料的LOI提高到29.8％。相对于添加纯氢氧化镁，MH
‑
WD70
‑
DOPO在一定程度上提高了阻燃性能，但仍面临添加量太高和阻燃效率低问题，同时抑烟效果不佳。MH
‑
WD70
‑
DOPO的阻燃效率提高幅度不大，其原因在于氢氧化镁表面活性低(羟基数量少)，导致含磷化合物的接枝率太低(通过计算，WD70
‑
DOPO在氢氧化镁表面的的接枝率只有1.32wt％)。因此，如何提高氢氧化镁表面含磷化合物的接枝率，充分发挥氢氧化镁与磷阻燃剂的协同阻燃作用，同时在氢氧化镁/磷体系中结合抑烟剂，是当前氢氧化镁阻燃剂制备领域需要解决的关键技术问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对氢氧化镁阻燃剂在聚合物中存在的阻燃效率低、抑烟效果差两个问题，设计开发了一种磷化氢氧化镁阻燃剂及其制备方法和应用，首先通过溶胶
‑
凝胶反应在氢氧化镁表面原位生长多孔金属氧化物纳米粒子，然后与含磷化合物反应生成磷化氢氧化镁阻燃剂，其中多孔金属氧化物纳米粒子作为氢氧化镁和含磷化合物的连接桥梁，其表面
含有丰富的羟基，这大幅度增加了反应位点数量，从而提高氢氧化镁表面含磷阻燃剂的接枝率；同时，多孔金属氧化物纳米粒子通过配位作用促进烟气小分子碳化沉积，减少气相区域的烟气释放，表现出良好的抑烟效果。
[0006]本专利技术的技术方案为：
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种磷化氢氧化镁阻燃剂的制备方法，通过溶胶
‑
凝胶法在氢氧化镁表面原位生长多孔金属氧化物纳米粒子，再将所得物与含磷化合物于有机溶剂中混合，搅拌均匀，加热反应后过滤得到磷化氢氧化镁阻燃剂。
[0008]优选地，磷化氢氧化镁阻燃剂的制备方法具体包括以下步骤：
[0009]S1：将氢氧化镁、金属氧化物粒子前驱体、表面活性剂和催化剂置于蒸馏水中混合，搅拌均匀，通过溶胶
‑
凝胶反应制备氢氧化镁表面原位生长金属氢氧化物的固体A；随后在马弗炉中焙烧，冷却制得氢氧化镁表面原位生长多孔金属氧化物纳米粒子的固体B；
[0010]S2：将固体B、含磷化合物于有机溶剂中混合，搅拌均匀，加热反应后过滤即得磷化氢氧化镁阻燃剂。
[0011]优选地，步骤S1中，将氢氧化镁、金属氧化物粒子前驱体、表面活性剂和催化剂置于蒸馏水中，在20
‑
40℃下机械搅拌1
‑
3h，然后升温至60
‑
80℃，持续搅拌并反应3
‑
6h，冷却过滤得到固体A；随后将固体A在马弗炉中于150
‑
250℃下焙烧2
‑
4h，冷却制得氢氧化镁表面原位生长多孔金属氧化物纳米粒子的固体B。
[0012]优选地，步骤S1中，氢氧化镁的质量份数为50
‑
100份，金属氧化物粒子前驱体的质量份数为30
‑
90份，表面活性剂的质量份数为2
‑
5份，催化剂的质量份数为3
‑
10份，蒸馏水的质量份数为200
‑
400份，并控制升温速率为2
‑
5℃/min。
[0013]优选地，步骤S1中，金属氧化物粒子前驱体为异丙醇钛、异山梨醇二正锌酸酯、硫酸锆、乙酰丙酮铁、柠檬酸钴或乙酰丙酮镍；表面活性剂为聚乙二醇、十六烷基三甲基溴化铵或十二烷基磺酸钠；催化剂为氨水、氢氧化钠或氢氧化钾。
[0014]优选地，步骤S2中，将固体B置于带有氮气保护的反应釜中，加入有机溶剂机械搅拌2
‑
3h；随后滴加含磷化合物的有机溶剂，升温至30
‑
55℃，持续搅拌并反应4
‑
6h，冷却过滤得到磷化氢氧化镁阻燃剂。
[0015]优选地，含磷化合物为二苯基次磷酰氯或二苯氧基磷酰氯；有机溶剂为四氢呋喃、环己烷、二氧六环或甲苯。
[0016]优选地，步骤S2中，所述固体B的质量份数为80
‑
150份，有机溶剂的质量份数为120
‑
225份，含磷化合物的有机溶剂的浓度为0.05
‑
0.10g/mL，滴加速度为5
‑
10mL/min，含磷化合物的有机溶剂的质量份数为60
‑
120份，并控制升温速率为1
‑
3℃/min。
[0017]第二方面，本专利技术提供了通过上述制备方法制备得到的磷化氢氧化镁阻燃剂。
[0018]第三方面，本专利技术还提供了通过上述制备方法制备得到的磷化氢氧化镁阻燃剂的应用，所述磷化氢氧化镁阻燃剂用于聚合物阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.磷化氢氧化镁阻燃剂的制备方法，其特征在于，通过溶胶
‑
凝胶法在氢氧化镁表面原位生长多孔金属氧化物纳米粒子，再将所得物与含磷化合物于有机溶剂中混合，加热反应后过滤得到磷化氢氧化镁阻燃剂。2.如权利要求1所述的磷化氢氧化镁阻燃剂的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1：将氢氧化镁、金属氧化物粒子前驱体、表面活性剂和催化剂置于蒸馏水中混合，通过溶胶
‑
凝胶反应制备氢氧化镁表面原位生长金属氢氧化物的固体A；随后在马弗炉中焙烧，冷却制得氢氧化镁表面原位生长多孔金属氧化物纳米粒子的固体B；S2：将固体B、含磷化合物于有机溶剂中混合，加热反应后过滤即得磷化氢氧化镁阻燃剂。3.如权利要求2所述的磷化氢氧化镁阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，将氢氧化镁、金属氧化物粒子前驱体、表面活性剂和催化剂置于蒸馏水中，在20
‑
40℃下机械搅拌1
‑
3h，然后升温至60
‑
80℃，持续搅拌并反应3
‑
6h，冷却过滤得到固体A；随后将固体A在马弗炉中于150
‑
250℃下焙烧2
‑
4h，冷却制得氢氧化镁表面原位生长多孔金属氧化物纳米粒子的固体B。4.如权利要求3所述的磷化氢氧化镁阻燃剂的制备方法，其特征在于，步骤S1中，氢氧化镁的质量份数为50
‑
100份，金属氧化物粒子前驱体的质量份数为30
‑
90份，表面活性剂的质量份数为2
‑
5份，催化剂的质量份数为3
‑
10份，蒸馏水的质量份数为200
‑
400份，并控制升温速率为2
‑
5℃/min。5.如权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：闻新，马莉莉，李翠，郝春成，雷清泉，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：