專利名稱：一種納米有機-層狀復合金屬氫氧化物的制備方法及其應用的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種納米有機-層狀復合金屬氫氧化物的制備及其在阻燃組合物中的應用，屬于工程塑料技術領域。
背景技術：
層狀復合金屬氫氧化物，又稱類水滑石，由于其層狀復合氫氧化物含有多種金屬氫氧化物，如鎂鋁層狀金屬氫氧化物就兼具氫氧化鎂和氫氧化鋁的優點，在分解時吸熱并釋放出水，CO2等不燃物，并可促使可燃材料碳化，因此它可以代替氫氧化鎂和氫氧化鋁，作為聚丙烯的阻燃劑。但層狀復合金屬氫氧化物是一種高度含水的沉淀物，制備時由于羥基的脫水使原來的氫鍵連接變成了化學鍵連接，易產生硬團聚。使其不易在聚合物中分散。 因此通過有機物改性，使它的層間剝離，制備納米有機-層狀復合金屬氫氧化物，可以使其在聚合物熔體中定向排列，提高其阻燃效果，并能起到對聚合物增強增韌性能。如在公開號 CN101280072B中公開了一種全氟磺酸鹽插層的類水滑石用作聚丙烯阻燃抑煙劑的制備方法。在公開號CN101845M1A中公開了一種利用超聲波技術制備插層剝離型水滑石的方法， 增加了類水滑石與聚烯烴的相容性，但使用量仍占基體的50%。
聚丙烯是非常重要的工業高聚物之一，具有生產成本低，優異的機械性能，良好的絕緣性，無毒、耐腐蝕以及密度小等優點，在化工、化纖、建筑、輕工、包裝等領域，特別是汽車、家電、民用建筑等行業得到了廣泛應用。但是其氧指數僅為17. 4%左右，成炭率低、遇水易燃燒、發熱量高、燃燒速度快，產生大量熔滴并伴有發煙現象，容易發生火災，限制了它的應用領域，所以開發安全、高效、環境友好的PP阻燃劑是當今研究的熱點之一。目前用于聚丙烯(PP)的阻燃劑主要有含鹵阻燃劑、三氧化二銻(Sb2O3)氫氧化鎂(Mg(OH)2)、氫氧化鋁 (Al (0H)3)、三聚氰胺、聚磷酸銨(APP)等，其中含鹵阻燃劑和Sb2O3的復配物可使PP獲得良好的阻燃效果，但含鹵阻燃劑在燃燒時釋放出大量濃煙和鹵化氫氣體，會造成人員傷亡、腐蝕設備等所謂的“二次災害”。Sb2O3也存在增煙、有毒、粉塵、價格高的缺點，常用的Mg(0H)2、 Al (OH)3等無機阻燃劑的添加量大(占基體的60%)，對材料的機械性能影響大，因此，開發無鹵、抑煙和無有毒氣體的環保阻燃劑是阻燃開發的重點。發明內容
本發明的目的提供一種納米有機-層狀復合金屬氫氧化物制備方法，所制備的納米有機-層狀復合金屬氫氧化物能提高層狀復合金屬氫氧化物在聚丙烯中的分散性，增加其與聚丙烯的相容性，同時提供了該納米有機-層狀復合金屬氫氧化物在阻燃組合物中的應用，，能使阻燃組合物之間相互增效，提高阻燃溫度、增大吸熱量、降低阻燃劑用量，該阻燃組合物特別適合作為一種無鹵、抑煙和無有毒氣體的聚丙烯阻燃劑，適用于制備聚丙烯塑料。
為了實現上述目的，本發明所采用的技術方案為該納米有機-層狀復合金屬氫氧化物的制備方法包括下列步驟
a.配制濃度為0.01-0. 5 M的改性劑溶液，改性劑為選自碳原子數為12-18的羧酸鹽、 硫酸鹽、磺酸鹽類中的一種表面活性劑，加熱使溶液溫度控制在60-80°C ；
b.配制可溶性二價金屬氯化物和可溶性三價金屬氯化物混合鹽溶液，或配制可溶性二價金屬硝酸鹽和可溶性三價金屬硝酸鹽混合鹽溶液，二價與三價金屬離子摩爾比2-4:1 ；
c.配制NaOH和Na2CO3的混合堿溶液，其中NaOH的濃度為0.5_2M，Na2CO3的濃度為 0. 1-0. 4M ；
d.將b步驟配制的溶液緩慢加入到a步驟配制的溶液中，劇烈攪拌后得到混合溶液，再將步驟c配制的溶液滴加到上述混合溶液中，調節溶液PH值至9-11之間，得膠體沉淀懸浮液；
e.將步驟d配制的懸浮液在60-90°C回流晶化5-30小時，過濾后用水洗滌至中性，常溫下干燥12-36小時，得層狀復合金屬氫氧化物；
f.將步驟e制備的層狀復合金屬氫氧化物和馬來酸酐接枝聚丙烯在160-190°C用混煉機或擠出機混合均勻，擠出造粒，既得該納米有機-層狀復合金屬氫氧化物，其中層狀復合金屬氫氧化物與馬來酸酐接枝聚丙烯的質量比為0. 5-0. 8:1。該納米有機-層狀復合金屬氫氧化物作為增效劑應用在阻燃組合物中，該阻燃組合物由增效劑與有機阻燃劑、抗氧劑和潤滑分散劑混合復配而成，其中各組分的重量比為增效劑有機阻燃劑抗氧劑潤滑分散劑=1-10:10-35:0. 05-0. 5:0. 1-1.0，所述的有機阻燃劑為聚磷酸銨、季戊四醇和三聚氰胺的混合物，其中各組分的重量比為聚磷酸銨季戊四醇三聚氰胺的重量比=3-50:1-5:1，所述的抗氧劑為2，6-二叔丁基-4-甲酚、2，5-二叔丁基對苯二酚、對苯二酚二芐醚中的一種或二種，所述的潤滑分散劑為硬脂酸鈣或硬脂酸鋅或硬脂酸鈉。所述阻燃組合物作為聚丙烯阻燃劑應用在聚丙烯塑料中。與現有技術相比，本發明的優點是
ι.制備的納米有機-層狀金屬氫氧化物剝離效果好，可迅速地在聚丙烯熔體中進行定向排列，表現出明顯的各向異性，對體系起到很好的阻燃和增強增韌作用；
2.以有機阻燃劑與納米有機-層狀金屬氫氧化物復配，制成的阻燃組合物，可以與納米有機-層狀金屬氫氧化物相互增效，達到提高阻燃溫度，增大吸熱量，降低阻燃劑用量的目的；
3.制備的阻燃組合物是一種無鹵、抑煙和無有毒氣體的環保型阻燃劑。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明詳細說明。實施例1 納米有機-層狀復合金屬氫氧化物作為增效劑的制備
取14. 4g (0. 05mol)十二烷基硫酸鈉溶于150ml水中，加熱到70°C (記為溶液1)。取 3. 05g (0. 015mol)的固體 MgCl2 · 6H20 和 1. 2g (0. 005mol) AlCl3 · 6H20 溶于 45ml 水中(記為溶液 2)。取 2. Ig (0.05mol)的 NaOH 和 1.06g (0. Olmol) NaCO3 溶于 54ml 水中(記為溶液3)。將溶液2和溶液3同時逐滴加到溶液3中，調節兩者的速度同時滴加完畢，然后用 2M的NaOH溶液調節pH到10，得膠體沉淀。將膠體沉淀于70°C老化M小時，抽濾，用水洗滌至PH值小于8，80°C干燥M小時，得層狀復合金屬氫氧化物。
將制備的層狀復合金屬氫氧化物和馬來酸酐接枝聚丙烯(市售)以1:1重量份比例在擠出機混合均勻，擠出造粒(螺桿轉速為IOOrpm，擠出溫度控制為180°C)，得納米有機-層狀復合金屬氫氧化物。
實施例2 納米有機-層狀復合金屬氫氧化物作為增效劑的制備取25g (0.075mol)硬脂酸鈉溶于150ml水中，加熱到80°C (記為溶液1)。取1. 02g (0. 005mol)的固體 MgCl2 ·6Η20、1· 37gZnCl2 (0. Olmol)和 1. 34g (0. 005mol) CrCl3 ·6Η20 溶于 45ml 水中(記為溶液 2)。取 2. Ig (0. 05mol)的 NaOH 和 1. 06g (0. Olmol) NaCO3 溶于 54ml水中(記為溶液3)。將溶液2和溶液3同時逐滴加到溶液3中，調節兩者的速度同時滴加完畢，然后用2M的NaOH溶液調節pH到10，得膠體沉淀。將膠體沉淀于80°C老化M 小時，抽濾，用水洗滌至PH值小于8，80°C干燥M小時，得層狀復合金屬氫氧化物。
將制備的層狀復合金屬氫氧化物和馬來酸酐接枝聚丙烯(市售)以1:1重量份比例在擠出機混合均勻，擠出造粒(螺桿轉速為IOOrpm，擠出溫度控制為180°C)，得納米有機-層狀復合金屬氫氧化物。
實施例3-7 在聚丙烯塑料中各組分的重量比含量(詳見下面表格)
權利要求
1.一種納米有機-層狀復合金屬氫氧化物的制備方法，其特征在于包括下列步驟a.配制濃度為0.01-0. 5 M的改性劑溶液，改性劑為選自碳原子數為12-18的羧酸鹽、 硫酸鹽、磺酸鹽類中的一種表面活性劑，加熱使溶液溫度控制在60-80°C ；b.配制可溶性二價金屬氯化物和可溶性三價金屬氯化物混合鹽溶液，或配制可溶性二價金屬硝酸鹽和可溶性三價金屬硝酸鹽混合鹽溶液，二價與三價金屬離子摩爾比2-4:1 ；c.配制NaOH和Na2CO3的混合堿溶液，其中NaOH的濃度為0.5_2M，Na2CO3的濃度為 0. 1-0. 4M ；d.將b步驟配制的溶液緩慢加入到a步驟配制的溶液中，劇烈攪拌后得到混合溶液，再將步驟c配制的溶液滴加到上述混合溶液中，調節溶液PH值至9-11之間，得膠體沉淀懸浮液；e.將步驟d配制的懸浮液在60-90°C回流晶化5-30小時，過濾后用水洗滌至中性，在 80°C干燥12-36小時，得層狀復合金屬氫氧化物；f.將步驟e制備的層狀復合金屬氫氧化物和馬來酸酐接枝聚丙烯在160-190°C用混煉機或擠出機混合均勻，擠出造粒，既得該納米有機-層狀復合金屬氫氧化物，其中層狀復合金屬氫氧化物與馬來酸酐接枝聚丙烯的質量比為0. 5-0. 8:1。
2.一種如權利要求1所制備的納米有機-層狀復合金屬氫氧化物的應用，其特征在于 該納米有機-層狀復合金屬氫氧化物作為增效劑應用在阻燃組合物中，該阻燃組合物由增效劑與有機阻燃劑、抗氧劑和潤滑分散劑混合復配而成，其中各組分的重量比為增效劑 有機阻燃劑抗氧劑潤滑分散劑=1-10:10-35:0. 05-0.5:0. 1-1. 0，所述的有機阻燃劑為聚磷酸銨、季戊四醇和三聚氰胺的混合物，其中各組分的重量比為聚磷酸銨季戊四醇三聚氰胺的重量比=3-50:1-5:1，所述的抗氧劑為2，6- 二叔丁基-4-甲酚、2，5- 二叔丁基對苯二酚、對苯二酚二芐醚中的一種或二種，所述的潤滑分散劑為硬脂酸鈣或硬脂酸鋅或硬脂酸鈉。
3.根據權利要求2所述的納米有機-層狀復合金屬氫氧化物的應用，其特征在于所述阻燃組合物作為聚丙烯阻燃劑應用在聚丙烯塑料中。
全文摘要
本發明公開了一種納米有機-層狀復合金屬氫氧化物的制備方法及其應用，該納米有機-無機復合層狀金屬氫氧化物為與聚丙烯相容的聚合物插層的層狀復合金屬氫氧化物，可作為增效劑應用在阻燃組合物中，該阻燃組合物由增效劑與有機阻燃劑、抗氧劑和潤滑分散劑混合復配而成，特別適于聚丙烯的阻燃及增強，與現有技術相比，制備的納米有機-層狀復合金屬氫氧化物對體系有很好的阻燃和增強增韌作用，與其組成的阻燃復合物可以相互增效，達到提高阻燃溫度，增大吸熱量，降低阻燃劑用量的目的。
文檔編號C08K3/22GK102492172SQ20111040374
公開日2012年6月13日 申請日期2011年12月8日 優先權日2011年12月8日
發明者歐陽秋英, 段濤, 王培利, 艾仕云 申請人:山東春潮色母料有限公司