CN102634065A - 一种高阻燃表面改性纳米氢氧化铝的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高阻燃表面改性纳米氢氧化铝的制备方法，首先采用质量分数10-20％的亚磷酸酯类化合物溶液通过干法改性方式对纳米氢氧化铝进行表面改性，然后采用质量分数10-30％的氨基硅氧烷溶液通过干法改性方式再对其进行二次改性。本发明制备的改性氢氧化铝分解温度高，应用于高分子材料填充改性，可显著改善材料的加工流动性、机械性能和阻燃性能。
Description
技术领域：
本发明技术方案涉及一种阻燃剂的制备方法，具体涉及一种高阻燃表面改性纳米氢氧化铝的制备方法。
背景技术：
氢氧化铝是一种重要的无机阻燃剂，具有阻燃、消烟和填充等多重功能，可以与多种物质产生协同阻燃效应，并且在燃烧过程中不产生二次污染，已广泛应用于电子、建筑、交通运输以及塑胶等行业。随着全球对安全和环保要求的提高，氢氧化铝使用量和应用范围越来越大，同时对其质量和使用性能也提出了更为严格的要求。
纳米氢氧化铝具有比表面积大，阻燃效率比较高等优点，但是作为阻燃填充剂，其表面含有大量强极性羟基基团，在低极性高分子材料中分散性差，非常容易团聚；同时由于阻燃效率不高，填充量大，材料的力学性能和加工流动性均受到严重影响。因此，需要对纳米氢氧化铝进行表面改性，来提高纳米氢氧化铝与高分子材料的相容性和加工性能。
目前主要采用偶联剂通过其在纳米氢氧化铝和高分子材料之间形成分子桥来提高纳米氢氧化铝与高分子材料的相容性和加工性能。偶联剂主要有硅烷偶联剂，钛酸酯类偶联剂，铝酸酯偶联剂、磷酸酯类偶联剂以及其它高级脂肪酸等，其中以硅烷偶联剂应用最早，使用最广。硅烷偶联剂可以有效提高纳米氢氧化铝与高分子材料的相容性和加工性能，但无法提高其阻燃性能。与其他阻燃剂相比，纳米氢氧化铝阻燃效率相对较低。目前文献提供的信息表明国内对纳米氢氧化铝的表面改性研究集中于提高相容性方面，很少涉及到在提高相容性同时提高其阻燃效率。
发明内容：
为解决为了解决现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供高阻燃表面改性纳米氢氧化铝的制备方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种高阻燃表面改性纳米氢氧化铝的制备方法，包括如下步骤：
首先80-110℃下在高速搅拌机内对纳米氢氧化铝进行搅拌预热30-60分钟，然后用亚磷酸酯类化合物溶液以高压喷雾形式加入纳米氢氧化铝中，在100-140℃下搅拌1-3小时，蒸发除去有机溶剂；最后用氨基硅氧烷偶联剂溶液通过高压喷雾方式加入亚磷酸酯类化合物表面处理好的纳米氢氧化铝中，在120-140℃下搅拌1.5-3小时，蒸发除去有机溶剂。
所述的纳米氢氧化铝∶亚磷酸酯化合物∶氨基硅烷偶联剂的质量比为100∶(0.5-3)∶(1-3)。
所述的高速搅拌机搅拌速率为300-600转/分钟。
所述的纳米氢氧化铝平均粒径在50-500nm。
所述的亚磷酸酯类化合物为亚磷酸三苯酯，亚磷酸三壬基苯酯，三辛基亚磷酸酯或三癸基亚磷酸酯中的一种；所述的溶剂为无水乙醇，丙酮，四氯甲烷，乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一种；亚磷酸酯化合物质量分数为10-20％。
所述的氨基硅氧烷为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-氨丙基三甲氧基硅烷，苯氨基甲基三乙氧基硅烷，苯氨基甲基三甲氧基硅烷或多氨基烷基三烷氧基硅烷中的一种；所述的溶剂为无水乙醇，丙酮，四氯甲烷，乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一种；氨基硅烷偶联剂质量分数为10-30％。
相对于现有技术，本发明的有益效果具体体现为：
1、本发明制备的纳米氢氧化铝极性低，活化率高于97％，吸油值低于31ml/100g。
2、本发明制备的纳米氢氧化铝与高分子材料相容性好，阻燃效率高，可显著改善高分子复合材料的力学性能、加工流动性和阻燃性能
3、本发明具有很高的性价比，可应用于高端阻燃产品降低成本。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述。
实施例1：
将2公斤亚磷酸三壬基苯酯加入10公斤丙酮中搅拌均匀，将1.5公斤γ-氨丙基三乙氧基硅烷加入6公斤丙酮中搅拌均匀。将100公斤纳米氢氧化铝加入高速搅拌机中100℃搅拌预热30分钟。首先将12公斤亚磷酸三壬基苯酯溶液以高压喷雾的方式在顶部缓缓加入纳米氢氧化铝中，在130℃搅拌2小时，蒸去有机溶剂。然后将7.5公斤γ-氨丙基三乙氧基硅烷溶液以高压喷雾方式在顶部缓缓加入，140℃下搅拌3小时，蒸去有机溶剂，得到高阻燃表面改性纳米氢氧化铝。
实施例2：
将1.5公斤亚磷酸三苯酯加入8.5公斤无水乙醇中搅拌均匀，将2公斤苯氨基甲基三甲氧基硅烷加入8公斤无水乙醇中搅拌均匀。将100公斤纳米氢氧化铝加入高速搅拌机中90℃搅拌预热40分钟。首先将10公斤亚磷酸三苯酯溶液以高压喷雾的方式在顶部缓缓加入纳米氢氧化铝中，在120℃搅拌1.5小时，蒸去有机溶剂。然后将10公斤苯氨基甲基三甲氧基硅烷溶液以高压喷雾方式在顶部缓缓加入，130℃下搅拌3小时，蒸去有机溶剂，得到高阻燃表面改性纳米氢氧化铝。
实施例3：
将1.8公斤三癸基亚磷酸酯加入8.2公斤无水乙醇中搅拌均匀，将1.8公斤γ-氨丙基三甲氧基硅烷加入8.2公斤无水乙醇中搅拌均匀。将100公斤纳米氢氧化铝加入高速搅拌机中100℃搅拌预热30分钟。首先将10公斤三癸基亚磷酸酯溶液以高压喷雾的方式在顶部缓缓加入纳米氢氧化铝中，在130℃搅拌1.5小时，蒸去有机溶剂。然后将10公斤γ-氨丙基三甲氧基硅烷溶液以高压喷雾方式在顶部缓缓加入，135℃下搅拌3小时，蒸去有机溶剂，得到高阻燃表面改性纳米氢氧化铝。
实施例4：
将2.5公斤亚磷酸三苯酯加入7.5公斤丙酮中搅拌均匀，将2.8公斤苯氨基甲基三甲氧基硅烷加入7.2公斤丙酮中搅拌均匀。将100公斤纳米氢氧化铝加入高速搅拌机中100℃搅拌预热50分钟。首先将10公斤亚磷酸三苯酯溶液以高压喷雾的方式在顶部缓缓加入纳米氢氧化铝中，在120℃搅拌2小时，蒸去有机溶剂。然后将10公斤苯氨基甲基三甲氧基硅烷溶液以高压喷雾方式在顶部缓缓加入，140℃下搅拌2.5小时，蒸去有机溶剂，得到高阻燃表面改性纳米氢氧化铝。
对实施例1-4高阻燃表面改性纳米氢氧化铝性能测试，具体数据见下表：
毫无疑问，本发明，还可以具有多种变换及改型，并不限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。
Claims (6)
1.一种高阻燃表面改性纳米氢氧化铝的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)80-110℃下在高速搅拌机内对纳米氢氧化铝进行搅拌预热30-60分钟；
(2)然后采用亚磷酸酯类化合物溶液以高压喷雾形式加入纳米氢氧化铝中，在100-140℃下搅拌1-3小时，将有机溶剂蒸发去除；
(3)最后采用氨基硅氧烷偶联剂溶液通过高压喷雾方式加入亚磷酸酯化合物表面处理好的纳米氢氧化铝中，在120-140℃下搅拌1.5-3小时，将有机溶剂蒸发去除后即得产物。
2.如权利要求1所述的一种高阻燃表面改性纳米氢氧化铝的制备方法，其特征在于：所述的纳米氢氧化铝∶亚磷酸酯化合物∶氨基硅烷偶联剂的质量比为100∶(0.5-2)∶(1-4)。
3.如权利要求1所述的一种高阻燃表面改性纳米氢氧化铝的制备方法，其特征在于：所述的高速搅拌机搅拌速率为300-600转/分钟。
4.如权利要求1所述的一种高阻燃表面改性纳米氢氧化铝的制备方法，其特征在于：所述的纳米氢氧化铝平均粒径在50-500nm。
5.如权利要求1所述的一种高阻燃表面改性纳米氢氧化铝的制备方法，其特征在于：所述的亚磷酸酯类化合物为亚磷酸三苯酯，亚磷酸三壬基苯酯，三辛基亚磷酸酯或三癸基亚磷酸酯中的一种；所述的溶剂为无水乙醇，丙酮，四氯甲烷，乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一种；亚磷酸酯化合物质量分数为10-20％。
6.如权利要求1所述的一种高阻燃表面改性纳米氢氧化铝的制备方法，其特征在于：所述的氨基硅氧烷为γ-氨丙基三乙氧基硅烷，γ-氨丙基三甲氧基硅烷，苯氨基甲基三乙氧基硅烷，苯氨基甲基三甲氧基硅烷或多氨基烷基三烷氧基硅烷中的一种；所述的溶剂为无水乙醇，丙酮，四氯甲烷，乙酸乙酯或乙酸丁酯中的一种；氨基硅烷偶联剂质量分数为10-30％。
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