一種納米復合膨脹型阻燃劑及其制備方法
【專利摘要】本發明公開一種納米復合膨脹型阻燃劑。所述納米復合膨脹型阻燃劑按質量份2.7～3.6的納米晶態纖維素、質量份40～80的聚磷酸銨和質量份4～24的納米二氧化硅復合而成。進一步公開了所述納米復合膨脹型阻燃劑的制備方法。步驟為將納米晶態纖維素制備得到均勻的納米晶態纖維素膠體；在上述膠體中加入聚磷酸銨、NaCl，充分攪拌；繼而加入正硅酸乙酯、乙醇和HCl，經加熱、調節pH值，得到納米復合膨脹型阻燃劑膠體。以制備得到的納米復合膨脹型阻燃劑對木塑復合材料進行處理，木塑復合材料的氧指數為25.2～30.4％，平均熱釋放速率為89.3～102.6kW/m2。本發明所述的納米復合膨脹型阻燃劑合成高效、簡便、綠色環保，可用于工業化批量生產。
【專利說明】
一種納米復合膨脹型阻燃劑及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及阻燃劑領域，具體涉及一種含有聚磷酸銨、納米晶態纖維素和納米二氧化硅的納米復合膨脹型阻燃劑及其制備方法。
【背景技術】
[0002]膨脹型無鹵阻燃劑具有阻燃、低毒、低煙、無腐蝕氣體釋放等優點，是最具發展前景的無鹵阻燃劑，成為近年來國內外研究的熱點。聚磷酸銨是一種含磷含氮的高效無鹵低毒的阻燃劑，同時也作為膨脹型阻燃劑的主要成分，常用來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。單獨使用聚磷酸銨時存在著添加量相對較大、在潮濕的壞境下易于水解并向表面迀移而流失，導致阻燃效率的降低，同時，在材料的制備過程中，聚磷酸銨易團聚，與材料的相容性差，導致材料加工性能和力學性能的明顯下降。
[0003]納米晶態纖維素，是一種直徑為2?20nm、長度為100?500nm的剛性棒狀纖維素。與普通非納米纖維素相比，納米晶態纖維素具備高純度、高結晶度、高楊氏模量、高強度的特性，同時具有多級孔道結構、手性液晶排列、其表面含有多個可反應的羥基，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異的模板效應。公開發明專利CN105034108A采用納米晶態纖維素模板制備高分散性聚磷酸銨膠體。與單獨采用聚磷酸銨相比，改性后聚磷酸銨分散性提高，但是，無法解決膠體吸濕性強、熱穩定性下降和阻燃效率下降的問題。
【發明內容】
[0004]本發明的目的:提供一種納米復合膨脹型阻燃劑，具體提供一種利用納米晶態纖維素制備高分散性納米復合膨脹型阻燃劑的方法。
[0005]本發明的技術解決方案:一種納米復合膨脹型阻燃劑，所述納米復合膨脹型阻燃劑由納米晶態纖維素、聚磷酸銨和納米二氧化硅復合而成，按照納米晶態纖維素: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)按質量比2.7?3.6: 400稱取納米晶態纖維素、蒸餾水，在300?500bar高壓均質6?10次，得到分散均勻的納米晶態纖維素膠體；
[0007](2)按質量比聚磷酸銨:NaCl =40?80:12稱取聚磷酸銨、NaCl，緩慢加入到步驟
(I)制得的納米晶態纖維素膠體中，充分攪拌，在70?90°C反應I?2h，得到納米晶態纖維素-聚磷酸銨復合膠體，并使形成的膠體中納米晶態纖維素:聚磷酸銨的質量比為(2.7?3.6):(40?80);
[0008](3)按質量比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)制得的納米晶態纖維素-聚磷酸銨復合膠體中，在60?70°C下水浴加熱2h，用氨水調節pH值至6?7，水浴加熱2h，形成納米晶態纖維素-聚磷酸銨-納米二氧化硅的納米復合膨脹型阻燃劑膠體，并使形成的膠體中納米晶態纖維素:聚磷酸銨:納米二氧化硅的質量比為(2.7?3.6): (40?80): (4?24)。
[0009]本發明的優點:該方法利用納米晶態纖維素的高分散性、高反應活性，通過定向組裝技術將聚磷酸銨和納米二氧化硅依次組裝，制成納米晶態纖維素-聚磷酸銨-納米二氧化硅復合膠體，將聚磷酸銨置于分子結構的芯層，鎖住聚磷酸銨，形成定向、均一、穩定的網絡體系，提高了聚磷酸銨與納米晶態纖維素、納米二氧化硅的界面結合力，同時，利用納米晶態纖維素的高分散性，促進納米復合膨脹型阻燃劑在材料中的分散，及其與材料的界面結合強度，提高了材料的阻燃性能。納米復合膨脹型阻燃劑合成高效、簡便、綠色環保，可用于工業化批量生產。性能測試表明:以納米復合膨脹型阻燃劑對木塑復合材料進行處理后，木塑復合材料的氧指數為25.2?30.4%,平均熱釋放速率為89.3?102.6kff/m2。
【具體實施方式】
1
[0010]實施例1，在400mL蒸餾水中加入2.7g納米晶態纖維素，攪拌均勻，在500bar高壓均質6次，得到分散均勻的納米晶態纖維素膠體;將分散好的納米晶態纖維素膠體轉移至反應釜中，再加入40g聚磷酸銨、12g NaCl，充分攪拌，在70?90 °C反應I?2h，得到納米晶態纖維素-聚磷酸銨復合膠體;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，用氨水調節pH值至6?7，水浴加熱2h，形成納米晶態纖維素-聚磷酸銨-納米二氧化硅的納米復合膨脹型阻燃劑膠體。以納米復合膨脹型阻燃劑對木塑復合材料進行處理后，性能測試表明:木塑復合材料的氧指數為25.2%，平均熱釋放速率為102.6kW/m2。
[0011 ] 實施例2，在400mL蒸餾水中加入3.0g納米晶態纖維素，攪拌均勻，在300bar高壓均質8次，得到分散均勻的納米晶態纖維素膠體;將分散好的納米晶態纖維素膠體轉移至反應釜中，再加入65g聚磷酸銨、12g NaCl，充分攪拌，在70?90 °C反應I?2h，得到納米晶態纖維素-聚磷酸銨復合膠體;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，用氨水調節pH值至6?7，水浴加熱2h，形成納米晶態纖維素-聚磷酸銨-納米二氧化硅的納米復合膨脹型阻燃劑膠體。以納米復合膨脹型阻燃劑對木塑復合材料進行處理后，性能測試表明:木塑復合材料的氧指數為27.1%，平均熱釋放速率為92.3kW/m2。
[0012]實施例3，在400mL蒸餾水中加入3.6g納米晶態纖維素，攪拌均勻，在500bar高壓均質10次，得到分散均勻的納米晶態纖維素膠體;將分散好的納米晶態纖維素膠體轉移至反應釜中，再加入80g聚磷酸銨、12g NaCl，充分攪拌，在70?90 °C反應I?2h，得到納米晶態纖維素-聚磷酸銨復合膠體;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，用氨水調節pH值至6?7，水浴加熱2h，形成納米晶態纖維素-聚磷酸銨-納米二氧化硅的納米復合膨脹型阻燃劑膠體。以納米復合膨脹型阻燃劑對木塑復合材料進行處理后，性能測試表明:木塑復合材料的氧指數為30.4%，平均熱釋放速率為89.3kW/m2。
【主權項】
1.一種納米復合膨脹型阻燃劑，其特征在于所述納米復合膨脹型阻燃劑由納米晶態纖維素、聚磷酸銨和納米二氧化硅復合而成，按照質量比，納米晶態纖維素:聚磷酸銨:納米二氧化娃=(2.7?3.6): (40?80): (4?24);所述納米晶態纖維素為5?20nm，所述聚磷酸錢為聚合度大于1000。2.根據權利要求1所述的一種納米復合膨脹型阻燃劑，其特征在于納米復合膨脹型阻燃劑的制備方法按以下步驟進行: (1)按質量比2.7?3.6: 400稱取納米晶態纖維素、蒸餾水，在300?500bar高壓均質6?1次，得到分散均勻的納米晶態纖維素膠體； (2)按質量比聚磷酸銨:NaCl= 40?80: 12稱取聚磷酸銨、NaCl，緩慢加入到步驟(I)制得的納米晶態纖維素膠體中，充分攪拌，在70?90°C反應I?2h，得到納米晶態纖維素-聚磷酸銨復合膠體，并使形成的膠體中納米晶態纖維素:聚磷酸銨的質量比為(2.7?3.6): (40?80)； (3)按質量比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)制得的納米晶態纖維素-聚磷酸銨復合膠體中，在60?70°C下水浴加熱2h，用氨水調節pH值至6?7，水浴加熱2h，形成納米晶態纖維素-聚磷酸銨-納米二氧化硅的納米復合膨脹型阻燃劑膠體，并使形成的膠體中納米晶態纖維素:聚磷酸銨:納米二氧化硅的質量比為(2.7?3.6): (40?80): (4?24)。
【文檔編號】C08L1/02GK105924679SQ201610320040
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年5月11日
【發明人】潘明珠, 蔡欣, 梅長彤, 余樂
【申請人】南京林業大學