CN104080849B - 用于阻燃应用的含有阻燃化学品的纳米粘土 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及由基于聚合物、塑料和弹性体的材料制成的阻燃材料，该阻燃材料包含插入有质子化硅烷的纳米粘土。

Description

用于阻燃应用的含有阻燃化学品的纳米粘土
技术领域
本发明涉及用于阻燃应用的含有阻燃化学品的纳米粘土。
更具体地，本发明涉及通过结合除了常规阻燃化合物之外的特殊处理的纳米粘土的基于聚合物、塑料和弹性体的材料的阻燃性。还更具体地，本发明通过用阻燃化学品处理纳米粘土提供了增强的防火。
背景技术
纳米粘土是由具有薄片形状的无机铝-硅酸盐组成的纳米颗粒。根据化学组成和纳米颗粒形态，纳米粘土被分成好几种类型如蒙脱石、膨润土、高岭石、锂蒙脱石和埃洛石。有机改性的纳米粘土(有机粘土)是有吸引力的一类杂化有机-无机纳米材料，它在聚合物纳米复合材料中作为流变改性剂、气体吸收剂和药物传递载体具有潜在应用。
目前，已知纳米粘土与常规阻燃化学品(诸如例如溴化的化学品、磷酸盐、氨基-磷酸盐、三聚氰胺-磷酸盐)一起用于在塑料中阻止火焰传播。
然而，商业的纳米粘土插入有包含按重量含量计高至40％的烃类(动物脂油)的季铵(用该季铵处理)。因此，一旦暴露于火焰，易燃的烃类分解以产生分解产物，分解产物支持初始火焰传播和加速塑料点燃的时间。
为了克服纳米粘土的季铵烃处理的缺点，根据现有技术，可选择的解决方案也是已知的。
EP2121822涉及用间苯二酚二磷酸盐和/或双酚二磷酸盐处理的粘土和有机粘土，间苯二酚二磷酸盐和/或双酚二磷酸盐作为通用的纳米颗粒颗粒分散剂和季胺的替代品。这两种化合物通过把它们自己定位在聚合物基体的颗粒表面上和通常作为纳米颗粒分散剂以及导致粘土的剥离而被用作自活化和自分散的纳米颗粒。片状剥离粘土可以代替其他有机处理被用于聚合物。
KR100840150公开了包括与卤素基阻燃剂结合的有机鎓离子插入的纳米粘土的阻燃聚烯烃树脂组合物。
然而，阻燃性(FR)应用的主要缺点是用于层状硅酸盐材料的表面改性的有机-离子的有限的热稳定性。用鎓离子剂比如季铵盐处理或通过硅烷偶联剂处理的层状硅酸盐的后改性没有解决这个问题，因为每种改性剂独立发挥作用。用季铵盐改性的商业纳米粘土使用热重分析(TGA)测试表明初始分解峰在190-220℃。
发明内容
鉴于上述，本发明的目的如下：
1)提高有机改性的纳米粘土的热稳定性，以消除或至少减少在基于聚合物的纳米复合材料(nanocomposition)的热加工中出现的自由基的破坏作用；
2)降低通过有机改性剂和聚合物分解的产物引入的易燃成分的浓度；
3)利用纳米粘土与有机添加剂在插入(溶胀)过程中相互作用，并因此用它作为常规阻燃剂的载体的能力；因此，耐火处理的纳米粘土将阻燃剂以纳米尺度水平分布在聚合物的基体中；
4)组合纳米粘土的化学改性与具有常规阻燃性的这种层状硅酸盐的溶胀。
在这方面，提出了根据本发明的解决方案，该解决方案提供了用于阻燃应用的含有阻燃化学品的不同的纳米粘土的组合，该纳米粘土的组合负载有共同在相同制剂中的根据两种不同的策略结合的阻燃剂物质：
1)质子化硅烷，以交换钠离子，以及
2)其他阻燃化合物，其结合到边缘平面上和Al/Si氧化物纳米粘土表面上的OH基团。
因此，本发明的目标是实现用于阻燃应用的含有阻燃化学品的纳米粘土，其允许克服根据现有技术的解决方案的限制并允许获得前述技术成果。
本发明的另一个目标是就考虑生产成本和维护成本两者而言，可以用大幅度降低的成本实现含有阻燃化学品的这些纳米粘土。
本发明的并非最后的目标是实现用于阻燃应用的含有阻燃化学品的纳米粘土，其是基本上简单的、安全的和可靠的。
因此，本发明的第一具体目的是包含插入有质子化硅烷的纳米粘土的阻燃材料。
具体地，根据本发明，所述阻燃材料由基于聚合物、塑料和弹性体的材料制成。
优选地，根据本发明，所述阻燃材料还包含插入有结合到边缘平面上和Al/Si氧化物纳米粘土表面上的OH基团的阻燃化合物的纳米粘土。
更优选地，所述阻燃化合物选自具有高的热稳定性和阻燃性能的硅烷、磷酸盐、溴化的化学品、氨基-磷酸盐、三聚氰胺-磷酸盐。
任选地，根据本发明，所述阻燃材料还包含常规阻燃化学品，优选选自磷酸盐、溴化的化学品、氨基-磷酸盐、三聚氰胺-磷酸盐、铝氢氧化物、镁氢氧化物，或其组合。
另外，总是根据本发明，所述阻燃材料是基于聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)、聚酰胺(PA)。
因此，本发明的第二具体目的是实现阻燃材料的方法，所述阻燃材料包含如前定义的插入有质子化硅烷的纳米粘土，所述方法包括以下步骤：
-通过与酸溶液反应使硅烷质子化；
-将质子化硅烷添加到由在甲醇/水混合物中的纳米粘土组成的分散体；
-加热直到70℃，从而获得粘性浆料；
-过滤浆料，从而分离固体部分；
-干燥固体；
-将固体粉碎成粉末；
-将固体加热直到110℃；
-用乙醇/水混合物洗涤固体；
-干燥；
-碾磨成细粉末；
-使用常规的共混和混合混配机将粉末添加到熔化的聚合物中。
根据本发明，实现如前定义的包含插入有质子化硅烷的纳米粘土的阻燃材料的方法，所述方法包括以下步骤：
-通过与搅动的酸溶液反应使硅烷质子化；
-将质子化硅烷添加到由在溶剂中的纳米粘土组成的分散体并混合；
-加热直到50-70℃持续5-7h，从而获得粘性浆料；
-过滤所述浆料，从而分离固体部分；
-干燥所述固体；以及
-碾磨成细粉末。
根据本发明，所述溶剂可以为甲醇、或甲醇和水的混合物。
根据本发明，在干燥所述固体的所述步骤之后且在碾磨成细粉末的所述步骤之前，所述方法还可以包括以下步骤：
-将所述固体粉碎成粉末；
-将所述固体加热直到110℃；
-用乙醇/水混合物洗涤所述固体；以及
-干燥。
根据本发明，在将质子化硅烷添加到由在溶剂中的纳米粘土组成的分散体并混合的所述步骤之前或之后并且在加热所述分散体以获得粘性浆料的所述步骤之前的任意情况下，所述方法还可以包括以下步骤：
-将一种或多种阻燃化合物添加到由在溶剂中的纳米粘土组成的所述分散体中并混合，所述一种或多种阻燃化合物选自具有高的热稳定性和阻燃性能的硅烷、磷酸盐、溴化的化学品、氨基-磷酸盐、三聚氰胺-磷酸盐。
根据本发明，在碾磨成细粉末的所述步骤之后，所述方法还可以包括以下步骤：
-使用共混和混合混配机将所述粉末添加到基于聚合物、塑料和弹性体的材料的熔体中；
接着是用于制造所述基于聚合物、塑料和弹性体的材料的物体的常规加工步骤。
本发明在下文中为了说明性、非限制性目的而被总结，以及通过一些说明性实施例来公开。
根据本发明，纳米粘土被用作阻燃化学品的载体。因为纳米粘土被很好地分散，所以附着到它们的阻燃化学品由于纳米尺寸和高的表面积而是高度有效的。纳米粘土还用作氧气(从外部渗透到燃烧产物的内部)和由支持燃烧的燃烧产物产生的所得到的有机气体的屏障。
为了用阻燃化学品全部覆盖纳米粘土，在纳米粘土的边缘和构成纳米粘土薄片(platelet)的上表面和下表面的氧化铝和氧化硅上的OH基团被利用。已知纳米粘土的结构，还可以计算潜在的反应位点的数目并相应地添加正确的量的阻燃化学品。
另外，根据本发明，质子化硅烷被用于Na+离子的离子交换。用这种方法，纳米粘土表面被适量的阻燃化学品覆盖。这种特别的解决方法克服了根据现有技术不使用质子化硅烷而是未改性的硅烷的解决方法的具体问题。当硅烷被暴露于高温时，它被转化为SiC类材料，SiC类材料是具有良好的热和机械性能的陶瓷类材料。为此，硅烷可被看作阻燃材料。
用于处理根据本发明的纳米粘土的阻燃化学品的组合，允许在纳米范围的各种阻燃化学品之间获得协同效应，当仅使用一种阻燃剂时不能获得这种协同效应。在组合的情况下，还可以获得附着到纳米粘土的双层阻燃化学品。
然而，根据本发明的制剂还提供了添加常规阻燃化学品以获得UL 94V-0等级。经处理的纳米粘土和常规阻燃剂存在于相同制剂中允许降低常规阻燃剂的量(相对于单独使用阻燃剂的情况)并且因此节约成本，因为阻燃化学品是相对高成本的化学品。在基于溴的阻燃化学品的情况下，可以降低Br(和三氧化锑-Sb2O3，其被用作溴化的FR的增效剂-重金属)的量并因此减少环境问题。可以测试，平均通过添加1％的根据本发明的经处理的纳米粘土，可以将常规阻燃剂的量降低2-4％(以达到相同性能水平)。
具体实施方式
下列实施例显示了在常规制剂和根据本发明的制剂之间的比较，其中：
-实施例2和3描述了借助于通过酸将氨基质子化成季铵并因此获得离子交换硅烷而获得的氨基-硅烷(两种不同类型)的应用；
-实施例6描述了用于纳米粘土的处理的硅烷和膦的组合；
-实施例8描述了用于纳米粘土的处理的硅烷和磷酸盐的组合；
-实施例9描述了用于纳米粘土的处理的膦和磷酸盐的组合；
-实施例11描述了用于纳米粘土的处理的磷酸盐和溴化的化学品的组合；
-实施例12描述了通过三聚氰胺磷酸盐处理纳米粘土；
实施例1氨基硅烷改性的蒙脱石纳米粘土
反应路线在纳米粘土的羟基和氧化物与水解的氨基硅烷之间进行。
将100g的Na-蒙脱石粘土(Cloisite Na，由Southern Clay生产)分散在甲醇/水混合物(300:50)中。
在单独的容器中，将20.5g N-氨乙基-3-氨丙基-三甲氧基硅烷(Dynasilan DAMO，来自Degussa)添加到甲醇/水混合物(50:20)中。
将溶液保持搅拌1h以进行水解过程，以及后来并入到粘土分散体。将浆料搅拌加热到50℃。通过过滤收集固体，在50-70℃的烘箱中干燥，并随后粉碎成粉末。通过在110℃加热过夜进行吸收的/反应的硅烷的缩合。
使用水/甲醇混合物(10:1)从过量的硅烷彻底洗出处理的材料。将滤饼干燥并碾磨成细粉末。
最终改性的纳米粘土具有如通过X射线衍射测量的16ANG的层间距离d001，以及如在TGA测试的派生的差示热分析图(derivativethermogram)中显示的在352℃的分解峰。
实施例2用质子化氨基硅烷改性的纳米粘土
使用氨基硅烷作为偶联剂实现纳米粘土的改性，其中偶联剂首先用等量或过量的盐酸来化学质子化以产生能够与层状的可溶胀矿物的反应位点反应的反应基团。在这种情况下，在Na-纳米粘土和硅烷之间的反应被认为是作为阳离子交换过程进行。
将100g的Cloisite Na分散在混合物甲醇/水(300:50)中。
在单独的容器中，Dynasilan(DAMO)-24.6g通过与30g 4N HCl在甲醇/水混合物(100:20)中在搅拌下在1小时期间反应而被质子化。
将质子化硅烷的溶液添加到粘土浆料中，在环境条件下混合并加热到50℃持续5h。通过过滤收集固体，在50-70℃的烘箱中干燥并粉碎。
为了完成硅烷缩合反应，将材料在110℃加热过夜。
将改性的纳米粘土用甲醇/水混合物彻底洗涤以去除NaCl和过量的硅烷，干燥并碾磨成细粉末。
粘土具有d001＝17.3ANG(XRD数据)和在320℃的分解峰(派生的TGA曲线)。
实施例3用质子化氨基硅烷改性的纳米粘土
进行类似于实施例2的程序的程序以产生用不同类型的氨基硅烷-3-氨丙基三乙氧基硅烷(dynasilane AMEO,来自Degussa，或A1100，来自GE Specialty Materials)改性的有机粘土。20.5g硅烷通过与23.3g 4N HCl在甲醇/水(100:20)混合物中反应而被质子化。将溶液添加到甲醇/水混合物中的100g Cloisite Na浆料中，使其在加热下反应并干燥。
在缩合、洗涤、最终干燥和碾磨之后的材料显示d001＝17ANG以及在290℃的分解峰。
实施例4用环氧硅烷改性的纳米粘土
将溶解在用8.2g 4N HCl酸化的甲醇/水混合物(100:20)中的7.3g 3-缩水甘油醚氧基丙基-三乙氧基硅烷(Dynasilane GLYMO,Degussa)，添加到由在甲醇/水(300:20)中的100g Cloisite Na组成的分散体中。硅烷-纳米粘土相互作用在加热到70℃在6h期间进行，粘性浆料被过滤以分离固体部分。将干燥的固体粉碎成粉末，在110℃加热以完成缩合反应，用乙醇/水混合物(5：1)洗涤，干燥并碾磨成细粉末。
所得产物显示d001＝15ANG以及在313℃的分解峰。
实施例5用膦盐改性的纳米粘土
在乙醇/水混合物(100:20)中的43g乙基-三苯基溴化膦(ETPP-Br)的溶液被并入在乙醇/水混合物(300:50)中的100g Cloisite Na分散体中，在70℃反应6h。
通过过滤移除固体，在70-100℃干燥并碾磨成细粉末。
改性的纳米粘土表现出d001＝18.4ANG以及在323℃和404℃的分解峰。
实施例6用硅烷/膦盐组合改性
将100g Cloisite Na分散在300g甲醇和50g水中。将14.2g ETPP-Br在甲醇/水(100:20)中的溶液添加到纳米粘土分散体中。各种浆料在50℃被加热7h，然后搅拌添加含有溶解在用6g冰醋酸酸化的100g甲醇加20g水中的10g硅烷AMEO的预混合料并加热到50℃。
固体部分通过过滤移除，用水/乙醇混合物(1:1)洗涤，在70-100℃干燥并碾磨成细粉末。
获得的有机粘土显示出d001＝17ANG以及在410℃的TGA分解峰。
实施例7用磷酸盐型阻燃剂改性的纳米粘土
意图向基于聚合物的组合物提供阻燃性能、用磷酸盐型阻燃剂改性的Na-蒙脱石粘土在溶胀/吸附过程被准备。
将100g Cloisite Na在300g甲醇中的分散体与来自Great LakesChemical Corp.的43g间苯二酚双-(二苯基磷酸盐)-Reofos RDP或43g双酚A双-(二苯基磷酸盐)-Reofos BAPP在100g甲醇中的溶液在剧烈混合下结合，使其溶胀数小时，干燥并碾磨。
用RDP改性的纳米粘土显示在263℃和303℃的TGA分解峰。用BAPP阻燃剂改性的纳米粘土表现出在298℃的TGA分解峰。
实施例8用硅烷/磷酸盐型阻燃剂组合改性纳米粘土
硅烷插入层间通道(gallery)并与纳米粘土活性位点化学相互作用(导致纳米粘土薄片之间的距离增加)的能力被用于将它们与常规阻燃化学品结合。
11g氨基硅烷(DAMO或AMEO)在用6g冰醋酸催化剂酸化的甲醇/水(100:20)中的溶液，被搅拌合并到由在300g甲醇中的100g Cloisite Na组成的分散体。粘性浆料在50℃被加热7h。然后，溶解在100g甲醇中的20g Reofos RDP在50℃在混合期间被添加。通过过滤分离固体，在70-100℃干燥并碾磨成细粉末。
层间距离d001为19.6ANG；观察在290-340℃的分解峰。
实施例9用膦盐/磷酸盐型阻燃剂组合改性纳米粘土
伴随着纳米粘土薄片之间的距离增加的膦盐与蒙脱石颗粒化学相互作用的能力被用于在纳米粘土的层间通道中插入常规阻燃化学品，并且以这种方式向基于聚合物的纳米复合材料赋予阻燃性能。
在300g有机溶剂-甲醇或氯仿中的100g Cloisite Na分散体，与5gETPP-Br在100g相同溶剂中的溶液混合。剧烈搅拌一个周期后，添加20g磷酸盐型阻燃剂(Reofos TPP,RDP或BAPP)在100g溶剂中的溶液，并允许其插入纳米粘土层间通道。
材料被干燥并碾磨成细粉末。
TGA显示出在250℃和290℃的分解峰。
实施例10使用溴化的阻燃化学品改性纳米粘土
A)在溶液中改性
Cloisite Na通过纳米粘土颗粒在来自DSBG的四溴双酚A双-2,3二溴丙基醚(TBBDPE)-FR 720或来自Great Lakes的PE 68在氯仿中的溶液中溶胀来表面改性。
100g TBBDPE在500g氯仿中的分散体与43g BBDPE在200g氯仿中的溶液以高剪切混合被结合。下列阶段包括溶剂的蒸发，干燥和粉末的碾磨。
XRD测试显示出非常轻微的峰，表明高度的纳米粘土剥离。观察到在295℃和435℃的派生的TGA峰。
B)在TBBDPE熔体中改性纳米粘土
TBBDPE阻燃剂被用作在纳米粘土插入中的改性剂。75g所述阻燃剂被用来在140-160℃熔化；25g纳米粘土Cloisite Na在连续搅拌下被分部分并入熔体中。整个混合物的反应/均化在140-160℃持续约30分钟。冷却的浓缩物被粉碎成粗粉。
没有检测到XRD峰，证实纳米粘土在阻燃剂载体中剥离。
在TGA测试中，确定分解的两个不同的区域。在280-320℃的温度区间中可能归因于游离TBBDPE的分解的强烈分解之后，确定观察到从60％到约30％的较缓慢的重量变化的第二区域。这可能是由于作为在溴和纳米粘土侧OH基团与纳米粘土通道内部的Na活性位点之间的化学相互作用的结果而形成的高稳定部分。
派生的TGA曲线显示出在311℃和526℃的分解峰。
实施例11用膦盐/溴化的阻燃剂组合改性纳米粘土
溶胀的100g Cloisite Na在500g氯仿中的分散体与20g ETPP-Br在100g氯仿中的溶液在高剪切混合下混合，使它们反应。然后，23g TBBDPE在100g氯仿中的溶液被混合添加。
溶剂蒸发后，材料最终被干燥和碾磨成细粉末。
通过XRD方法检测的d001层间距离为18ANG；观察到在260℃、423℃和506℃的TGA分解峰。
实施例12用三聚氰胺磷酸盐阻燃剂/氨基硅烷组合改性
硅烷AMEO-2.7g在100g水中的溶液被逐滴添加到预热到80℃含有100g Cloisite Na和1500g水的浓浆料中。
单独地将45g三聚氰胺磷酸盐(Melapur MP,Ciba)溶解在1000g热水中。
将溶液并入纳米粘土浆料中，出现灰白色沉淀物。在高剪切搅拌下将混合物加热到85℃持续4h。通过过滤移除沉淀物，通过水洗涤、干燥并碾磨成细粉末。
XRD测试表明d001值从纯的Cloisite Na的9ANG增加到改性材料的13ANG。
实施例13用环氧树脂改性纳米粘土
用于纳米粘土改性的环氧树脂来自双酚A和表氯醇，具有450-500的环氧当量(Epon 1001，来自Shell；或Araldite GT6071，来自Huntsman,Ciba)。
将20g环氧树脂在四氢呋喃(THF)中的溶液混合添加到在350gTHF中溶胀的100g Cloisite Na，伴随着浆料的强烈增稠。然后，蒸发溶剂，最终将材料干燥和碾磨成细粉末。
XRD定义的d001＝13ANG，派生的TGA分解峰是在335-400℃范围内。
实施例14改性的纳米粘土与常规阻燃化学品结合的应用
之前实施例的改性的纳米粘土与常规阻燃剂结合在基于各种聚合物的制剂中的应用的例子在以下表中呈现。与纯的聚合物的耐火性能和添加商业型纳米粘土Cloisite 30B的复合材料的耐火性能相比，证明了纳米复合材料的耐火性能。
如从表1和2中能够看出，添加少量(3.5％)的具有增强的热稳定性的有机粘土允许改进基于PBT和SAN的无卤素组合物的阻燃性能。
表1基于PBT的无卤素FR纳米组合物
关于基于苯乙烯的无卤素FR纳米组合物，如表2所示，用膦盐/磷酸盐型阻燃剂改性的纳米粘土积极地影响ABS无卤素组合物。
表2
在聚丙烯/氢氧化镁和尼龙/氢氧化镁阻燃剂组合物中，低浓度的改性的纳米粘土(1-2％)能代替5-7％的常规的FR-表3(关于聚丙烯/氢氧化镁FR纳米组合物)和表4(关于尼龙6/氢氧化镁FR纳米组合物)。
表3.
表4
改性成为溴化的FR的载体的纳米粘土允许将常规FR在基于聚丙烯的组合物中的载量减少两倍，如表5所示。
表5
在基于聚丙烯的膨胀的FR组合物中，FR性能的改进以非常低的(0.5-1％)载量的改性的纳米粘土来实现，如表6所示。
表6
总之，本发明涉及新家族的经阻燃剂改性的纳米粘土(还可以在聚合物内部应用)，根据本发明，所述纳米粘土使用两种不同的结合策略被改性，其结束于在每一种单一纳米粘土上具有至少两种不同家族的阻燃剂物质：
-第一结合策略：利用在纳米粘土边缘上和构成纳米粘土薄片的上表面和下表面的氧化铝和氧化硅上的OH基团(这将会被用来计算潜在的反应位点并因此添加阻燃剂)，用阻燃剂完全覆盖纳米粘土；
-第二结合策略：使用质子化硅烷进行Na+离子的离子交换，从而用适当的量覆盖纳米粘土表面。
作为用于处理纳米粘土的根据本发明的阻燃化学品的组合的结果，在相同的纳米粘土上在纳米范围的至少两种不同结合的阻燃化学品之间获得协同效应。优选的最终产品是在相同纳米粘土上包含两种不同家族和结合策略的复合材料对象。这种对象的性能高于仅使用一种阻燃剂的对象的性能。在组合的情况下，还可以获得附着到纳米粘土的双层阻燃化学品。
通过添加根据本发明处理的纳米粘土，可以降低使用的阻燃剂的量并因此节约成本，因为阻燃化学品是相对高成本的化学品。在基于溴的阻燃化学品的情况下，BR(和三氧化锑-Sb2O3-重金属)的量可以被降低并且因此减小环境问题。平均通过添加1％的处理的纳米粘土，可以将常规阻燃剂的量降低2-4％(以达到相同性能水平)。
FR处理的纳米粘土可以通过共混和混合混配机来引入到熔化的聚合物中，从而获得具有改进的阻燃特征的宽范围的产品。
为了说明性的、非限制性目的，这些产品可以包括：半加工对象例如织物、泡沫、面板和片材、梁、箔和涂层；工业工作服和防护服，用于各个应用行业的最终产品。
为了说明性的、非限制性目的，这些应用行业可以包括：汽车行业、铁轨、造船厂、航空航天、建筑和基础设施、工业、石油和天然气、防护、家庭护理、家用器具、儿童护理、清洁技术(可再生能源、回收利用，等)。
为了说明性的、非限制性目的，这些应用行业可以包括聚合物制造的可能方法，注塑成型、挤压、层压、热成型、压缩成型、吹塑成型、拉挤成型。
以上的描述显示，本发明的所有目的被实现并且特别是：
1)通过将具有增强热稳定性的化学品，诸如例如硅烷、环氧树脂、膦盐、三聚氰胺-磷酸盐，插入纳米粘土，有机改性的纳米粘土的热稳定性得到提高；
2)通过使用较低载量的有机改性剂，减小了通过有机改性剂和聚合物分解的产物引入的易燃成分的浓度；
3)利用纳米粘土与有机添加剂在插入(溶胀)过程中互相作用并因此用它作为常规阻燃剂的载体的能力，常规阻燃剂诸如例如磷酸盐、三聚氰胺-磷酸盐、硅烷、溴化的化合物，耐火处理的纳米粘土将阻燃特征以纳米尺度水平分布在聚合物的基体中。
4)还实现了纳米粘土的化学改性(使用热稳定材料如环氧树脂、膦盐、硅烷)与这种层状的硅酸盐在常规阻燃剂中溶胀的组合。
为了说明性的、非限制性目的，根据本发明的一些优选的实施方式，描述了本发明，但必须理解，本领域技术人员可以做出任意变化和/或修改，而没有由于这个原因脱离由随附的权利要求书界定的保护范围。

Claims (16)

1.一种阻燃材料，包含插入有质子化氨基硅烷和阻燃化合物的纳米粘土，其中所述阻燃化合物选自具有高的热稳定性和阻燃性能的硅烷、磷酸盐、溴化的化学品、氨基-磷酸盐或三聚氰胺-磷酸盐。
2.根据权利要求1所述的阻燃材料，其中所述阻燃材料是以基于聚合物的材料为基础。
3.根据权利要求1所述的阻燃材料，其中所述阻燃材料是以基于塑料和弹性体的材料为基础。
4.根据前述权利要求中任一项所述的阻燃材料，其中所述阻燃化合物结合到边缘平面上和Al/Si氧化物纳米粘土表面上的OH基团。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的阻燃材料，还包含阻燃化学品。
6.根据权利要求5所述的阻燃材料，其中所述阻燃化学品选自磷酸盐、溴化的化学品、氨基-磷酸盐、三聚氰胺-磷酸盐、氢氧化铝、氢氧化镁，或其组合。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的阻燃材料，所述阻燃材料是基于聚丙烯(PP)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚苯乙烯(PS)或聚酰胺(PA)。
8.一种制备包含插入有质子化硅烷的纳米粘土的阻燃材料的方法，所述方法包括以下步骤：
-通过与搅动的酸溶液反应使硅烷质子化；
-将质子化硅烷添加到由在溶剂中的纳米粘土组成的分散体；
-将所述分散体加热直到70℃，从而获得粘性浆料；
-过滤所述粘性浆料，从而分离固体部分；
-干燥所述固体部分；以及
-碾磨成粉末。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述溶剂为甲醇、或甲醇和水的混合物。
10.根据权利要求8或9所述的方法，在所述干燥步骤之后且在所述碾磨步骤之前，所述方法还包括以下步骤：
-将所述固体部分粉碎成粉末；
-将所述固体部分加热直到110℃；
-用乙醇/水混合物洗涤所述固体部分；以及
-干燥。
11.根据权利要求8-9中任一项所述的方法，在所述添加步骤之前或之后并且在加热所述分散体的所述步骤之前，所述方法还包括以下步骤：
-将一种或多种阻燃化合物添加到由在溶剂中的纳米粘土组成的所述分散体中并混合，所述一种或多种阻燃化合物选自具有高的热稳定性和阻燃性能的硅烷、磷酸盐、溴化的化学品、氨基-磷酸盐、三聚氰胺-磷酸盐。
12.根据权利要求8所述的方法，其中加热所述分散体直到70℃的所述步骤持续5-7小时。
13.根据权利要求8-9中任一项所述的方法，在所述碾磨步骤之后，所述方法还包括以下步骤：
-使用共混和混合混配机将所述粉末添加到基于聚合物的材料的熔体中。
14.根据权利要求8-9中任一项所述的方法，在所述碾磨步骤之后，所述方法还包括以下步骤：
-使用共混和混合混配机将所述粉末添加到基于塑料或弹性体的材料的熔体中。
15.根据权利要求13所述的方法，所述方法还包括在将所述粉末添加到基于聚合物的材料的熔体中之后从基于聚合物的材料制造物体的步骤。
16.根据权利要求14所述的方法，所述方法还包括在将所述粉末添加到基于塑料或弹性体的材料的熔体中之后从基于塑料或弹性体的材料制造物体的步骤。
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