一种纳米锡基膨胀阻燃剂的制备方法

摘要

本发明公开了一种纳米锡基膨胀阻燃剂的制备方法；该方法采用水热法，将锡源、表面活性剂、去离子水超声溶解后，将氮系阻燃剂分散液添加到上述溶液中，然后再加入可溶性金属盐溶液，在120~150℃下水热反应，取出沉淀后，用去离子水和乙醇依次洗涤，洗涤后产物干燥制得纳米锡基膨胀阻燃剂，本发明方法制备流程简单，产率高，能耗低，反应条件温和，具有较好的发展前景，易实现工业化生产。

权利要求

1.一种纳米锡基膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：（1）将锡源和表活性剂溶解在去离子水中，超声至完全溶解，然后将混合物置于75 95~℃水浴中保温；

（2）将氮系阻燃剂分散于去离子水中，超声至分散均匀，将分散液滴加到步骤（1）混合物中，搅拌使其混合均匀，恒温4 8h；

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（3）将可溶性金属盐溶解于去离子水中，超声至完全溶解，将溶液滴加到步骤（2）混合物中，搅拌使其混合均匀，恒温4 8h；

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（4）将步骤（3）混合物转移到聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在120 150℃下水热反~应4 12h，取出沉淀后，用去离子水和乙醇依次洗涤3 5次，洗涤后产物在70 90℃下干燥7~ ~ ~ ~

12h，即得纳米锡基膨胀阻燃剂；

所述锡源为锡酸钠、锡酸钾、氯化亚锡、四氯化锡中的一种；

所述氮系阻燃剂为三聚氰胺、聚磷酸铵、磷酸氢铵中的一种；

所述可溶性金属盐为锌盐、镁盐、铁盐、钙盐中的一种。

2.根据权利要求1所述的纳米锡基膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于：表活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸中的一种。

3.根据权利要求1所述的纳米锡基膨胀阻燃剂的制备方法，其特征在于：锡源与氮系阻燃剂的摩尔比为1:4 4:1，可溶性金属盐与锡源的摩尔比为1:1 1:20，锡源和表活性剂的质~ ~量比为200:1   500:1。

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说明书

一种纳米锡基膨胀阻燃剂的制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及阻燃材料制备技术、阻燃与抑烟技术，具体是一种纳米锡基膨胀阻燃剂的制备方法。

背景技术

[0002] 随着社会的发展和经济的繁荣，人们日常生活对防火安全也是越来越重视；一般无机阻燃剂都具有工艺简单、纯度高、热稳定性好、无毒、不挥发、效果持久等优点。火灾中80%的死亡人员是因吸入高分子材料燃烧产生的有毒气体和遮蔽性烟雾窒息而致死的。

[0003] 无机阻燃材料不产生有毒和腐蚀性气体，属于生理无害物质、安全性较高，同时无机阻燃材料都具有工艺简单、纯度高、热稳定性好、效果持久等优点。随着社会经济的持续发展，人们对安全的要求也越来越高。在发达国家中无机阻燃剂已经占阻燃剂消费量的50%以上；无机阻燃剂可以分为金属氢氧化物、锑系、锡系、硼系等；其中金属氢氧化物一般作为阻燃填充剂，需要大量填充才能发挥阻燃效果；在此背景下，开发一种复合阻燃剂，使其与其他阻燃剂产生协同作用是将来发展大趋势。

[0004] 锡基阻燃剂既具有阻燃作用又具有抑烟作用，同时无毒无害，是一种理想的阻燃增效剂；研究人员在探索合成新型高效阻燃剂的同时，也对阻燃效果好的阻燃剂进行复配，以达到降低阻燃剂用量，减少阻燃材料物理和机械性能的衰减程度，无机阻燃剂朝着超细、复合、多功能体系发展。

[0005] 目前未见与本发明技术方案相同的文献公开。

发明内容

[0006] 本发明的目的在于提供一种纳米锡基膨胀阻燃剂的制备方法，解决目前锡基阻燃剂在实际应用中的不足和缺陷；锡是一种重要的有色金属，通过深加工提升材料的附加值，对国家经济建设具有显著的意义，但锡价偏高，对于市场上需求的大量高性能阻燃剂，锡基阻燃剂不容易推广应用，所以如何降低成本、提高阻燃剂的复合性能成为锡基阻燃剂的研究重点之一；本发明通过简单的水热法，制备得到了纳米锡基膨胀阻燃剂，有效的将锡基阻燃剂和膨胀阻燃成分结合在一起。

[0007] 本发明纳米锡基膨胀阻燃剂的制备方法步骤如下：

[0008] （1）在两口烧瓶中加入锡源、表活性剂、去离子水中，超声至完全溶解，然后将混合物置于75 95℃水浴中保温；~

[0009] 所述表活性剂为十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、聚乙二醇（PEG-6000）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）中的一种；

[0010] 所述锡源为锡酸钠、锡酸钾、氯化亚锡、四氯化锡中的一种；

[0011] （2）将氮系阻燃剂分散于去离子水中，超声至分散均匀，将分散液滴加到步骤（1）两口烧瓶中，搅拌使其混合均匀，恒温4 8h；~

[0012] 所述氮系阻燃剂为三聚氰胺、聚磷酸铵、磷酸氢铵中的一种；

[0013] （3）将可溶性金属盐溶解于去离子水中，超声至完全溶解，将溶液滴加到步骤（2）两口烧瓶中，搅拌使其混合均匀，恒温4 8h；~

[0014] 所述可溶性金属盐为锌盐、镁盐、铁盐、钙盐中的一种；

[0015] （4）将步骤（3）混合物转移到聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在120 150℃下水~热反应4 12h，取出沉淀后，用去离子水和乙醇依次洗涤3 5次，洗涤后产物在70 90℃下干~ ~ ~
燥7 12h，即得纳米锡基膨胀阻燃剂。
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[0016] 所述锡源与氮系阻燃剂的摩尔比为1:4 4:1，可溶性金属盐与锡源的摩尔比为1:1~1:20，锡源和表活性剂的质量比为200:1   500:1。
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[0017] 用X射线衍射（XRD）检测本发明方法制得的产品，结果显示该产物为纳米锡基膨胀阻燃剂；用扫描电镜观察产物的形貌、大小；用热重分析（TGA）检测产物，结果显示该产物阻燃作用温度。

[0018] 与现有的技术相比，本发明具有如下优点：

[0019] （1）本发明制备方法简单、成本较低，反应条件温和；

[0020] （2）更少的锡元素添加量，获得更优的阻燃性能；

[0021] （3）本发明产品可以作为添加剂用于阻燃材料制备中，制得的产品氧指数大于27，且阻燃剂在较低温度就开始反应，发挥保护基材的作用；

[0022] （4）本发明所采用的原料环境友好、工艺简单、易于工业化生产。

附图说明

[0023] 图1是实施例1所制备的纳米锡基阻燃剂的X射线衍射（XRD）图；

[0024] 图2是实施例2所制备的纳米锡基阻燃剂热重分析（TGA）图；

[0025] 图3是实施例3所制备的纳米锡基阻燃剂的扫描电镜（SEM）图；

[0026] 图4是实施例4所制备的纳米锡基阻燃剂的扫描电镜（SEM）图。

具体实施方式

[0027] 下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述内容。

[0028] 实施例1：

[0029] （1）在两口烧瓶中加入0.01mol锡酸钠、0.01g的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、80mL去离子水，超声20min至完全溶解，然后将混合物置于80℃水浴中保温；

[0030] （2）将0.01mol三聚氰胺分散在20mL去离子水中，超声10min至分散均匀，将分散液滴加到步骤（1）两口烧瓶中，磁力搅拌使其混合均匀，恒温4h；

[0031] （3）将0.002mol氯化锌溶解于20mL去离子水中，超声10min至完全溶解，将溶液滴加到步骤（2）两口烧瓶中，磁力搅拌使其混合均匀，恒温4h；

[0032] （4）将步骤（3）混合物转移到150mL聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在120℃下水热反应12h，取出沉淀后，用去离子水和乙醇依次洗涤3次，洗涤后产物在70℃下干燥12h，即得纳米锡基膨胀阻燃剂；本实施例制得的纳米锡基阻燃剂的X射线衍射（XRD）图见图1，从图1中可以看出产物中含有羟基锡酸锌和三聚氰胺，且根据峰宽计算材料晶粒尺寸小于
100nm；

[0033] 将本实施例制得的阻燃剂用于软质PVC中制备阻燃测试材料（添加量为软质PVC质量的5%），结果软质PVC的氧指数从23.7增加到27.5。

[0034] 实施例2：

[0035] （1）在两口烧瓶中加入0.04mol锡酸钠、聚乙二醇（PEG-6000）、80mL去离子水，超声20min至完全溶解，并水浴保持在75℃，其中锡酸钠和聚乙二醇的质量比为500:1；

[0036] （2）将0.04mol三聚氰胺分散在20mL去离子水中，超声10min至分散均匀，将分散液滴加到步骤（1）两口烧瓶中，磁力搅拌使其混合均匀，恒温6h；

[0037] （3）将0.01mol氯化锌溶解于20mL去离子水中，超声10min至完全溶解，将溶液滴加到步骤（2）两口烧瓶中，磁力搅拌使其混合均匀，恒温6h；

[0038] （4）将步骤（3）混合物转移到150mL聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在150℃下水热反应5h，取出沉淀后，用去离子水和乙醇依次洗涤5次，洗涤后产物在90℃下干燥7h，即得纳米锡基膨胀阻燃剂；本实施例制得的纳米锡基阻燃剂热重分析（TGA）图见图2，图2表明制备得到的产物的热解温度约为225℃，说明阻燃成分在较低的温度就开始反应，来保护基材。

[0039] 将本实施例制得的阻燃剂用于软质PVC中制备阻燃测试材料（添加量为软质PVC质量的5%），结果软质PVC的氧指数从23.7增加到27.6。

[0040] 实施例3：

[0041] （1）在两口烧瓶中加入0.02mol氯化亚锡、十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、80mL去离子水，超声20min至完全溶解，然后将混合物置于85℃水浴中保温，其中氯化亚锡和十六烷基三甲基溴化铵的质量比为300:1；

[0042] （2）将0.03mol磷酸氢铵分散在20mL去离子水中，超声10min至分散均匀，将分散液滴加到步骤（1）两口烧瓶中，磁力搅拌使其混合均匀，恒温8h；

[0043] （3）将0.005mol氯化镁溶解于20mL去离子水中，超声10min至完全溶解，将溶液滴加到步骤（2）两口烧瓶中，磁力搅拌使其混合均匀，恒温5h；

[0044] （4）将步骤（3）混合物转移到150mL聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在130℃下水热反应10h，取出沉淀后，用去离子水和乙醇依次洗涤4次，洗涤后产物在80℃下干燥10h，即得纳米锡基膨胀阻燃剂；本实施例制得的纳米锡基阻燃剂的微观形貌图见图3；

[0045] 将本实施例制得的阻燃剂用于软质PVC中制备阻燃测试材料（添加量为软质PVC质量的5%），结果软质PVC的氧指数从23.7增加到27.4。

[0046] 实施例4：

[0047] （1）在两口烧瓶中加入0.02mol四氯化锡、聚乙二醇（PEG-6000）、80mL去离子水，超声20min至完全溶解，然后将混合物置于90℃水浴中保温，其中四氯化锡和聚乙二醇的质量比为200:1；

[0048] （2）将0.04mol聚磷酸铵分散在20mL去离子水中，超声10min至分散均匀，将分散液滴加到步骤（1）两口烧瓶中，磁力搅拌使其混合均匀，恒温6h；

[0049] （3）将0.008mol氯化铁溶解于20mL去离子水中，超声10min至完全溶解，将溶液滴加到步骤（2）两口烧瓶中，磁力搅拌使其混合均匀，恒温4h；

[0050] （4）将步骤（3）混合物转移到150mL聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在140℃下水热反应8h，取出沉淀后，用去离子水和乙醇依次洗涤4次，洗涤后产物在85℃下干燥8h，即得纳米锡基膨胀阻燃剂；本实施例制得的纳米锡基阻燃剂的微观形貌图见图4；

[0051] 将本实施例制得的阻燃剂用于软质PVC中制备阻燃测试材料（添加量为软质PVC质量的5%），结果软质PVC的氧指数从23.7增加到27.1。

[0052] 实施例5：

[0053] （1）在两口烧瓶中加入0.03mol四氯化锡、硬脂酸、80mL去离子水，超声20min至完全溶解，然后将混合物置于95℃水浴中保温，其中四氯化锡和硬脂酸的质量比为400:1；

[0054] （2）将0.03mol聚磷酸铵分散在20mL去离子水中，超声10min至分散均匀，将分散液滴加到步骤（1）两口烧瓶中，磁力搅拌使其混合均匀，恒温6h；

[0055] （3）将0.004mol氯化钙溶解于20mL去离子水中，超声10min至完全溶解，将溶液滴加到步骤（2）两口烧瓶中，磁力搅拌使其混合均匀，恒温4h；

[0056] （4）将步骤（3）混合物转移到150mL聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在135℃下水热反应8h，取出沉淀后，用去离子水和乙醇依次洗涤3次，洗涤后产物在90℃下干燥7h，即得纳米锡基膨胀阻燃剂；

[0057] 将本实施例制得的阻燃剂用于软质PVC中制备阻燃测试材料（添加量为软质PVC质量的5%），结果软质PVC的氧指数从23.7增加到27.2。