一種納米復(fù)合膨脹型阻燃劑及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)一種納米復(fù)合膨脹型阻燃劑。所述納米復(fù)合膨脹型阻燃劑按質(zhì)量份2.7～3.6的納米晶態(tài)纖維素、質(zhì)量份40～80的聚磷酸銨和質(zhì)量份4～24的納米二氧化硅復(fù)合而成。進(jìn)一步公開(kāi)了所述納米復(fù)合膨脹型阻燃劑的制備方法。步驟為將納米晶態(tài)纖維素制備得到均勻的納米晶態(tài)纖維素膠體；在上述膠體中加入聚磷酸銨、NaCl，充分?jǐn)嚢?；繼而加入正硅酸乙酯、乙醇和HCl，經(jīng)加熱、調(diào)節(jié)pH值，得到納米復(fù)合膨脹型阻燃劑膠體。以制備得到的納米復(fù)合膨脹型阻燃劑對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行處理，木塑復(fù)合材料的氧指數(shù)為25.2～30.4％，平均熱釋放速率為89.3～102.6kW/m2。本發(fā)明所述的納米復(fù)合膨脹型阻燃劑合成高效、簡(jiǎn)便、綠色環(huán)保，可用于工業(yè)化批量生產(chǎn)。
【專利說(shuō)明】
一種納米復(fù)合膨脹型阻燃劑及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及阻燃劑領(lǐng)域，具體涉及一種含有聚磷酸銨、納米晶態(tài)纖維素和納米二氧化硅的納米復(fù)合膨脹型阻燃劑及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]膨脹型無(wú)鹵阻燃劑具有阻燃、低毒、低煙、無(wú)腐蝕氣體釋放等優(yōu)點(diǎn)，是最具發(fā)展前景的無(wú)鹵阻燃劑，成為近年來(lái)國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。聚磷酸銨是一種含磷含氮的高效無(wú)鹵低毒的阻燃劑，同時(shí)也作為膨脹型阻燃劑的主要成分，常用來(lái)提高材料的阻燃性能。高溫下，聚磷酸銨迅速分解成氨氣和聚磷酸，聚磷酸是強(qiáng)脫水劑，可使基體材料炭化形成炭層，隔絕材料與氧氣的接觸，在固相起阻止燃燒的作用;氨氣可以稀釋氣相中的氧氣濃度，從而起到阻止燃燒的作用。單獨(dú)使用聚磷酸銨時(shí)存在著添加量相對(duì)較大、在潮濕的壞境下易于水解并向表面迀移而流失，導(dǎo)致阻燃效率的降低，同時(shí)，在材料的制備過(guò)程中，聚磷酸銨易團(tuán)聚，與材料的相容性差，導(dǎo)致材料加工性能和力學(xué)性能的明顯下降。
[0003]納米晶態(tài)纖維素，是一種直徑為2?20nm、長(zhǎng)度為100?500nm的剛性棒狀纖維素。與普通非納米纖維素相比，納米晶態(tài)纖維素具備高純度、高結(jié)晶度、高楊氏模量、高強(qiáng)度的特性，同時(shí)具有多級(jí)孔道結(jié)構(gòu)、手性液晶排列、其表面含有多個(gè)可反應(yīng)的羥基，易于接枝硅氧基、氨基、吸附電子等，因此在材料合成上展示出了優(yōu)異的模板效應(yīng)。公開(kāi)發(fā)明專利CN105034108A采用納米晶態(tài)纖維素模板制備高分散性聚磷酸銨膠體。與單獨(dú)采用聚磷酸銨相比，改性后聚磷酸銨分散性提高，但是，無(wú)法解決膠體吸濕性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性下降和阻燃效率下降的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的:提供一種納米復(fù)合膨脹型阻燃劑，具體提供一種利用納米晶態(tài)纖維素制備高分散性納米復(fù)合膨脹型阻燃劑的方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案:一種納米復(fù)合膨脹型阻燃劑，所述納米復(fù)合膨脹型阻燃劑由納米晶態(tài)纖維素、聚磷酸銨和納米二氧化硅復(fù)合而成，按照納米晶態(tài)纖維素:聚磷酸銨:納米二氧化硅=(2.7?3.6): (40?80): (4?24)，具體制備方法如下:
[0006](I)按質(zhì)量比2.7?3.6: 400稱取納米晶態(tài)纖維素、蒸餾水，在300?500bar高壓均質(zhì)6?10次，得到分散均勻的納米晶態(tài)纖維素膠體；
[0007](2)按質(zhì)量比聚磷酸銨:NaCl =40?80:12稱取聚磷酸銨、NaCl，緩慢加入到步驟
(I)制得的納米晶態(tài)纖維素膠體中，充分?jǐn)嚢?，?0?90°C反應(yīng)I?2h，得到納米晶態(tài)纖維素-聚磷酸銨復(fù)合膠體，并使形成的膠體中納米晶態(tài)纖維素:聚磷酸銨的質(zhì)量比為(2.7?3.6):(40?80);
[0008](3)按質(zhì)量比60?80:20:0.25稱取正硅酸乙酯、乙醇和HCl，將正硅酸乙酯、乙醇和HCl加入到步驟(2)制得的納米晶態(tài)纖維素-聚磷酸銨復(fù)合膠體中，在60?70°C下水浴加熱2h，用氨水調(diào)節(jié)pH值至6?7，水浴加熱2h，形成納米晶態(tài)纖維素-聚磷酸銨-納米二氧化硅的納米復(fù)合膨脹型阻燃劑膠體，并使形成的膠體中納米晶態(tài)纖維素:聚磷酸銨:納米二氧化硅的質(zhì)量比為(2.7?3.6): (40?80): (4?24)。
[0009]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):該方法利用納米晶態(tài)纖維素的高分散性、高反應(yīng)活性，通過(guò)定向組裝技術(shù)將聚磷酸銨和納米二氧化硅依次組裝，制成納米晶態(tài)纖維素-聚磷酸銨-納米二氧化硅復(fù)合膠體，將聚磷酸銨置于分子結(jié)構(gòu)的芯層，鎖住聚磷酸銨，形成定向、均一、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)體系，提高了聚磷酸銨與納米晶態(tài)纖維素、納米二氧化硅的界面結(jié)合力，同時(shí)，利用納米晶態(tài)纖維素的高分散性，促進(jìn)納米復(fù)合膨脹型阻燃劑在材料中的分散，及其與材料的界面結(jié)合強(qiáng)度，提高了材料的阻燃性能。納米復(fù)合膨脹型阻燃劑合成高效、簡(jiǎn)便、綠色環(huán)保，可用于工業(yè)化批量生產(chǎn)。性能測(cè)試表明:以納米復(fù)合膨脹型阻燃劑對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行處理后，木塑復(fù)合材料的氧指數(shù)為25.2?30.4%,平均熱釋放速率為89.3?102.6kff/m2。
【具體實(shí)施方式】
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[0010]實(shí)施例1，在400mL蒸餾水中加入2.7g納米晶態(tài)纖維素，攪拌均勻，在500bar高壓均質(zhì)6次，得到分散均勻的納米晶態(tài)纖維素膠體;將分散好的納米晶態(tài)纖維素膠體轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，再加入40g聚磷酸銨、12g NaCl，充分?jǐn)嚢?，?0?90 °C反應(yīng)I?2h，得到納米晶態(tài)纖維素-聚磷酸銨復(fù)合膠體;然后加入80g正硅酸乙酯、20g乙醇和0.25gHCl，在60?70°C下水浴加熱2h，用氨水調(diào)節(jié)pH值至6?7，水浴加熱2h，形成納米晶態(tài)纖維素-聚磷酸銨-納米二氧化硅的納米復(fù)合膨脹型阻燃劑膠體。以納米復(fù)合膨脹型阻燃劑對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行處理后，性能測(cè)試表明:木塑復(fù)合材料的氧指數(shù)為25.2%，平均熱釋放速率為102.6kW/m2。
[0011 ] 實(shí)施例2，在400mL蒸餾水中加入3.0g納米晶態(tài)纖維素，攪拌均勻，在300bar高壓均質(zhì)8次，得到分散均勻的納米晶態(tài)纖維素膠體;將分散好的納米晶態(tài)纖維素膠體轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，再加入65g聚磷酸銨、12g NaCl，充分?jǐn)嚢?，?0?90 °C反應(yīng)I?2h，得到納米晶態(tài)纖維素-聚磷酸銨復(fù)合膠體;然后加入40g正硅酸乙酯、1g乙醇和0.13gHCl，在60?70°C下水浴加熱2h，用氨水調(diào)節(jié)pH值至6?7，水浴加熱2h，形成納米晶態(tài)纖維素-聚磷酸銨-納米二氧化硅的納米復(fù)合膨脹型阻燃劑膠體。以納米復(fù)合膨脹型阻燃劑對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行處理后，性能測(cè)試表明:木塑復(fù)合材料的氧指數(shù)為27.1%，平均熱釋放速率為92.3kW/m2。
[0012]實(shí)施例3，在400mL蒸餾水中加入3.6g納米晶態(tài)纖維素，攪拌均勻，在500bar高壓均質(zhì)10次，得到分散均勻的納米晶態(tài)纖維素膠體;將分散好的納米晶態(tài)纖維素膠體轉(zhuǎn)移至反應(yīng)釜中，再加入80g聚磷酸銨、12g NaCl，充分?jǐn)嚢?，?0?90 °C反應(yīng)I?2h，得到納米晶態(tài)纖維素-聚磷酸銨復(fù)合膠體;然后加入60g正硅酸乙酯、15g乙醇和0.19gHCl，在60?70°C下水浴加熱2h，用氨水調(diào)節(jié)pH值至6?7，水浴加熱2h，形成納米晶態(tài)纖維素-聚磷酸銨-納米二氧化硅的納米復(fù)合膨脹型阻燃劑膠體。以納米復(fù)合膨脹型阻燃劑對(duì)木塑復(fù)合材料進(jìn)行處理后，性能測(cè)試表明:木塑復(fù)合材料的氧指數(shù)為30.4%，平均熱釋放速率為89.3kW/m2。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種納米復(fù)合膨脹型阻燃劑，其特征在于所述納米復(fù)合膨脹型阻燃劑由納米晶態(tài)纖維素、聚磷酸銨和納米二氧化硅復(fù)合而成，按照質(zhì)量比，納米晶態(tài)纖維素:聚磷酸銨:納米二氧化娃=(2.7?3.6): (40?80): (4?24);所述納米晶態(tài)纖維素為5?20nm，所述聚磷酸錢為聚合度大于1000。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種納米復(fù)合膨脹型阻燃劑，其特征在于納米復(fù)合膨脹型阻燃劑的制備方法按以下步驟進(jìn)行: (1)按質(zhì)量比2.7?3.6: 400稱取納米晶態(tài)纖維素、蒸餾水，在300?500bar高壓均質(zhì)6?1次，得到分散均勻的納米晶態(tài)纖維素膠體； (2)按質(zhì)量比聚磷酸銨:NaCl= 40?80: 12稱取聚磷酸銨、NaCl，緩慢加入到步驟(I)制得的納米晶態(tài)纖維素膠體中，充分?jǐn)嚢瑁?0?90°C反應(yīng)I?2h，得到納米晶態(tài)纖維素-聚磷酸銨復(fù)合膠體，并使形成的膠體中納米晶態(tài)纖維素:聚磷酸銨的質(zhì)量比為(2.7?3.6): (40?80)； (3)按質(zhì)量比60?80:20:0.25稱取正硅酸乙酯、乙醇和HCl，將正硅酸乙酯、乙醇和HCl加入到步驟(2)制得的納米晶態(tài)纖維素-聚磷酸銨復(fù)合膠體中，在60?70°C下水浴加熱2h，用氨水調(diào)節(jié)pH值至6?7，水浴加熱2h，形成納米晶態(tài)纖維素-聚磷酸銨-納米二氧化硅的納米復(fù)合膨脹型阻燃劑膠體，并使形成的膠體中納米晶態(tài)纖維素:聚磷酸銨:納米二氧化硅的質(zhì)量比為(2.7?3.6): (40?80): (4?24)。
【文檔編號(hào)】C08L1/02GK105924679SQ201610320040
【公開(kāi)日】2016年9月7日
【申請(qǐng)日】2016年5月11日
【發(fā)明人】潘明珠, 蔡欣, 梅長(zhǎng)彤, 余樂(lè)
【申請(qǐng)人】南京林業(yè)大學(xué)