一种无机胶体阻燃剂与增强型胶体阻燃剂/聚氨酯复合泡沫塑料及制备方法技术

本发明专利技术涉及有机材料领域，提供一种无机胶体阻燃剂与增强型胶体阻燃剂/聚氨酯复合泡沫塑料及制备方法。一步法或分步法制备阻燃海泡石

【技术实现步骤摘要】
一种无机胶体阻燃剂与增强型胶体阻燃剂/聚氨酯复合泡沫塑料及制备方法


[0001]本专利技术涉及有机材料领域，具体涉及一种无机胶体阻燃剂与增强型胶体阻燃剂
/
聚氨酯复合泡沫塑料及制备方法
。

技术介绍

[0002]硬质聚氨酯泡沫（
RPUF
）的导热系数和透水蒸汽性非常低，且具有质轻，强度高，与纸
、
金属
、
木材
、
水泥板
、
砖墙塑料板
、
沥青毡等材料有很强的粘结性，施工方便，不需要另加其他粘合剂等优点
。
因此，这种泡沫被大量用于建筑物保温，冷库
、
管道保温等领域
。
同时，
RPUF
较聚苯乙烯泡沫的导热系数低，抗压强度高，更适合作为隔热保温材料用于建筑节能
。
虽然
RPUF
具有诸多优点，但极易燃烧
。
未改性的
RPUF
氧指数仅为
17%~19%
，燃烧热值高，燃烧速度快且燃烧时产生大量的烟雾及有毒气体等问题是其工业化安全应用的障碍，限制了聚氨酯材料的应用
。
[0003]为了使产品达到所要求的阻燃性能和力学性能，从而适应更严苛的环境标准，传统的方法常常是使用向材料体系中添加含卤阻燃剂
、
膦酸酯类阻燃剂
、
含磷无机阻燃剂以及金属氧化物阻燃剂等，这些阻燃剂虽然阻燃性较好，但是其使用量比较大，高温或燃烧时会产生难降解的有害物质污染环境
、
影响人类及动物健康，且很难适应当前的环保标准
。
[0004]氢氧化镁（
MH
）具有良好的抑烟性和无毒性，脱水温度达到
340 ℃
，在阻燃市场的应用引发了广泛关注
。
此外，氢氧化镁与酸有较强的中和能力，可较快地中和塑料燃烧过程产生的酸性气体
SO2、NO
x
、CO2等，具有不产生腐蚀性卤气及有害气体
、
不挥发
、
效果持久，无毒的优点
。
另外，分解产生的氧化镁化学性质稳定，不产生二次污染，同时能够大量吸收橡胶
、
塑料等高分子燃烧所产生的有害气体和烟雾，活性氧化镁还可以吸收未完全燃烧的熔化残留物，从而减少了聚合物的熔滴现象，是一种新兴的无卤低烟的环保型无机阻燃剂
。
但是要达到一定的阻燃效果，氢氧化镁的填充量一般要达到
50%
以上，且氢氧化镁作为无机物具有较大的表面能，因此在高聚物基体材料中容易积聚成团，导致聚合之间的相容性很差，从而影响到其在聚合物中的分散性，致使复合材料的力学性能下降
。
[0005]各向异性的海泡石纤维
(Sep) 也备受关注，由于其表面含有大量的
Si
‑
OH
，使得
Sep
在改善聚合物复合材料的热稳定性和阻燃性能等方面具有显著效果
。
研究表明，单根
Sep 的拉伸弹性模量平均可达到
10GPa
，较大长径比的
Sep
可用于聚合物力学性能的增强
。
海泡石（
Sep
）的加入可抑制氢氧化镁团聚，降低氢氧化镁的粒径，降低整体成本，同时也增强了聚氨酯的力学性能
。
但是在实际应用中仍存在着聚合物强度差
、
阻燃效率有限等问题
。
因此，开发一种节能保温性能好
、
强度高
、
防火安全性能高的硬质聚氨酯泡沫塑料，对塑料制备
具有现实意义和应用价值
。

技术实现思路

[0006]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种无机胶体阻燃剂与增强型胶体
阻燃剂
/
聚氨酯复合泡沫塑料及制备方法
。
通过海泡石与氢氧化镁的复配获得阻燃海泡石
‑
氢氧化镁无机复合胶体，该含水量可控可调，具有较好的阻燃性
、
分散性，与聚氨酯基体进行发泡熟化反应，获得阻燃聚氨酯泡沫，所制备的聚氨酯泡沫塑料具有良好的相容性，在聚氨酯作用时无需继续添加水
。
[0007]本专利技术由如下技术方案实现的：一种无机胶体阻燃剂的制备方法，一步法或分步法制备阻燃海泡石
‑
氢氧化镁无机胶体：氨水与氯化镁反应获得氢氧化镁，或氢氧化钠与硫酸镁反应得到氢氧化镁，氢氧化镁加入改性剂进行改性处理，将改性后的氢氧化镁与海泡石复配获得阻燃无机胶体；其中：氨水溶液中的
OH
‑
与氯化镁溶液中的
Mg
2+
的摩尔浓度比为3‑4：1，或氢氧化钠溶液中的
OH
‑
与硫酸镁溶液中的
Mg
2+
的摩尔浓度比为3‑4：1；所述海泡石与理论生成的氢氧化镁重量比为1‑5：1‑5；以理论氢氧化镁生成重量为计算基准，改性剂的用量为理论生成的氢氧化镁重量的
0.1
‑
15
％
。
[0008]所述改性剂为硬脂酸
、
钛酸酯
、
十二烷基苯磺酸钠
、
十六烷基三甲基溴化铵
、
与硅烷偶联剂中的任意一种或任意两种以任意比例混合的混合物；所述硅烷偶联剂为
γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷
、3
‑
氨基丙基三甲氧基硅
、
γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷
、
γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
、
γ
‑
巯丙基三乙氧基硅烷
、N
‑
（
β
‑
氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷
、N
‑
(
β
‑
氨乙基
)
‑
γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷
、
二乙胺基甲基三乙氧基硅烷中的任意一种
。
[0009]所述改性剂为
γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷
、
γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
、N
‑
(
β
‑
氨乙基
)
‑
γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷
、
硬脂酸
、
钛酸酯
、
十二烷基苯磺酸钠
、
十六烷基三甲基溴化铵中的任意一种
。
[0010]一步法制备阻燃海泡石
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种无机胶体阻燃剂的制备方法，其特征在于：一步法或分步法制备阻燃海泡石
‑
氢氧化镁无机胶体：氨水与氯化镁反应获得氢氧化镁，或氢氧化钠与硫酸镁反应得到氢氧化镁，氢氧化镁加入改性剂进行改性处理，将改性后的氢氧化镁与海泡石复配获得阻燃无机胶体；其中：氨水溶液中的
OH
‑
与氯化镁溶液中的
Mg
2+
的摩尔浓度比为3‑4：1，或氢氧化钠溶液中的
OH
‑
与硫酸镁溶液中的
Mg
2+
的摩尔浓度比为3‑4：1；所述海泡石与理论生成的氢氧化镁重量比为1‑5：1‑5；以理论氢氧化镁生成重量为计算基准，改性剂的用量为理论生成的氢氧化镁重量的
0.1
‑
15
％
。2.
根据权利要求1所述的一种无机胶体阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述改性剂为硬脂酸
、
钛酸酯
、
十二烷基苯磺酸钠
、
十六烷基三甲基溴化铵
、
与硅烷偶联剂中的任意一种或任意两种以任意比例混合的混合物；所述硅烷偶联剂为
γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷
、3
‑
氨基丙基三甲氧基硅
、
γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷
、
γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
、
γ
‑
巯丙基三乙氧基硅烷
、N
‑
（
β
‑
氨乙基）
‑
γ
‑
氨丙基甲基二甲氧基硅烷
、N
‑
(
β
‑
氨乙基
)
‑
γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷
、
二乙胺基甲基三乙氧基硅烷中的任意一种
。3.
根据权利要求2所述的一种无机胶体阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述改性剂为
γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷
、
γ
‑
甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷
、N
‑
(
β
‑
氨乙基
)
‑
γ
‑
氨丙基三乙氧基硅烷
、
硬脂酸
、
钛酸酯
、
十二烷基苯磺酸钠
、
十六烷基三甲基溴化铵中的任意一种
。4.
根据权利要求1所述的一种无机胶体阻燃剂的制备方法，其特征在于：一步法制备阻燃海泡石
‑
氢氧化镁无机胶体，具体步骤如下：海泡石过
200
目筛，得到海泡石细绒，将海泡石细绒分散于
10
倍海泡石细绒质量的去离子水中，得到海泡石细绒混合水溶液，
35
‑
40℃
水浴超声震荡加热
10min
；然后依次加入氨水溶液
、
氯化镁溶液进行沉淀反应生成氢氧化镁，或依次加入氢氧化钠与硫酸镁溶液进行沉淀反应生成氢氧化镁，加入改性剂进行改性处理；
100℃
下超声震荡反应
0.1
‑
2h
，反应结束后自然沉降5‑
24h
，抽去上部的清水，留下的胶体沉淀用中速滤纸过滤，反应产物用去离子水冲洗后，
50
‑
120℃
下烘干至含水量为
0.1%~60%
得到粘稠状混合物，即为复合阻燃填料；所述水浴超声的超声功率为
50
‑
500W
，超声时间为5‑
120min。5.
根据权利要求4所述的一种无机胶体阻燃剂的制备方法，其特征在于：所述水浴超声的超声功率为
100
‑
400W
，超声时间为
40
‑
70min。6.
根据权利要求1所述的一种无机胶体阻燃剂的制备方法，其特征在于：分步法制备阻燃海泡石
‑
氢氧化镁无机胶体，具体步骤如下：（1）制备改性氢氧化镁胶体：采用反向沉淀法对氨水与氯化镁进行沉淀反应，或者用氢氧化钠与硫酸镁进行沉淀反应；加入改性剂进行改性处理；改性处理完成后水浴加热
、
超声振荡后，抽滤或离心，去离子水冲洗后干燥即得改性氢氧化镁胶体；其中，水浴加热温度为
30
‑
90℃
，加热时间为5‑
100min
；超声功率为
50
‑
500W
，超声时间为5‑
120
分钟；干燥温度为
30
‑
80℃
；离心转速为
100
‑
1000r/min
，离心时间为
20
‑
80
分钟；
（2）制备改性海泡石：海泡石过
200
目筛，得到海泡石细绒，将海泡石细绒分散于
10
倍海泡石细绒重量的去离子水中，得到海泡石细绒混合水溶液，
35
‑
40℃
水浴超声震荡加热
10min
；将改性剂加入海泡石细绒混合水溶液中混合搅拌均匀，最后将混合溶液常温静置
6h
后过滤，沉淀用去离子水
、
无水乙醇分别交叉洗涤3次，得到改性海泡石；（3）制备无机胶体阻燃剂：步骤（1）所制备的改性氢氧化镁胶体与步骤（2）所制备的改性海泡石混合，
100℃
下加热反应
0.1
‑
2h
，反应结束后自然沉降5‑
24 h
，抽去上部的清水，留下的胶体沉淀用中速滤纸进行过滤，将反应产物用去离子水冲洗后，
60℃
下烘干得到粘稠状混合物，即为复合阻燃填料
。7.
根据权利要求6所述的一种无机胶体阻燃剂的制备方法，其特征在于：步骤（1）中：水浴加热温度为
40
‑
60℃
，加热时间为
25
‑
45min
；超声功率为
100
‑
400W
，超声时间为
40
‑
70
分钟；干燥温度为
40
‑
60℃
；离心转速为
300
‑
600r/min。8.
一种增强型胶体阻燃剂
/
聚氨酯复合泡沫塑料，利用权利要求1所制备的无机胶体阻燃剂制备而成，其特征在于：按总重量为
100
份计，由如下重量份的原料制备而成：二异氰酸酯
30
‑
70
份，聚酯多元醇或聚醚多元醇
20
‑
60
份，催化剂
0.1
‑
10
份，交联剂3‑
15
份，无机胶体阻燃剂5‑
50
份；其中：所述二异氰酸酯为芳脂族
、
芳香族
、
环脂族和脂肪族异氰酸酯中的至少一种；所述二异氰酸酯为纯芳香族二异氰酸酯：甲苯二异氰酸酯
、
二苯基甲烷二异氰酸酯

【专利技术属性】
技术研发人员：侯凯，王帅，姚顺，姚鑫，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：