CN105860134A - 一种功能性氢氧化镁阻燃剂的制备方法及由该方法制备的阻燃剂 - Google Patents

一种功能性氢氧化镁阻燃剂的制备方法及由该方法制备的阻燃剂 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种功能性氢氧化镁阻燃剂的制备方法及由该方法制备的阻燃剂，制备方法包括：a、将水、乙醇和乙二醇混合，得到溶剂；b、将镁盐溶于所述溶剂中，得到镁盐溶液；c、向所述镁盐溶液中加入表面活性剂，得到第一液体，将第一液体进行超声后放入温度恒定的水浴容器中，同时将第一液体保持匀速搅拌；d、将氨水溶液逐滴加入至搅拌下的第一液体中直至混合液的pH为9.5‑10反应后得第二液体；e、将第二液体在室温下静置后依次在真空抽滤下进行水洗和乙醇洗后干燥和研磨，得到功能性氢氧化镁阻燃剂。本发明制备的功能性氢氧化镁阻燃剂能够更好地和塑料结合，仅需较小的填充量即可显著获得较好的阻燃性能。

Description

一种功能性氢氧化镁阻燃剂的制备方法及由该方法制备的阻燃剂
技术领域
本发明涉及阻燃剂，具体涉及一种功能性氢氧化镁阻燃剂的制备方法及由该方法制备的阻燃剂。
背景技术
随着高分子材料工业的发展,三大合成材料(塑料、合成橡胶、合成纤维)愈来愈广泛地应用于生产和生活的各个领域。由于这些有机聚合物的可燃性而引起的火灾也给人们酿成了惨重的人员伤亡,造成了巨大的经济损失,因此高分子材料的阻燃性能受到了全球的关注。自60年代起,一些工业发达国家就开始生产和应用阻燃塑料、阻燃橡胶和阻燃纺织品。随着电器、电子、机械、汽车、船舶、航空、航天和化工的发展,对产品材质的阻燃要求也愈来愈高,使阻燃剂和阻燃材料的研制、生产及应用推广得以迅速发展,品种日趋增多、产量急剧上升。据粗略估计,全球阻燃剂的65％一70％用于阻燃塑料,20％用于橡胶,5％用于纺织品,3％用于涂料,2％用于纸张及木材。电子/电气、运输、建材、家具、纺织为阻燃剂的几大用户。
阻燃技术是针对聚合物材料而采用的一种防护措施,即阻止材料的燃烧及延缓火焰的蔓延,从而减少火灾的发生,或将火灾控制在一定范围,为火灾的扑救赢得宝贵的时间,因此阻燃剂的开发和应用受到了极大的重视。无机阻燃剂的安全性较高,具有低烟、无毒、热稳定性好、不产生腐蚀性气体、价格低廉等优点,绝大部分应用于塑料中,在国内外被日益广泛采用。主要品种有:氢氧化镁、氢氧化铝、红磷、氧化锑、氧化锡、氧化铝、铝酸按、硼酸锌等,其中以氢氧化铝、氢氧化镁应用最为广泛,既可起到阻燃作用又可起到填充作用。
中国专利CN104592789A公开了一种一体化制备高分散性超细氢氧化镁阻燃剂的方法，包括如下步骤：连续化合成高纯氢氧化镁；单循环湿式研磨及表面改性氢氧化镁，将氢氧化镁阻燃剂的粒径控制及表面处理一体化实施。该发明解决了氢氧化镁阻燃剂纯度、浆液粘度、粒径、粒径分布及比表积的控制，干燥时出现的二次凝聚和粘结现象等技术难题，将氢氧化镁阻燃剂粉体由亲水性表面改性成亲油性表面，提高粉体在高分子聚合材料中具有相溶性和分散性，降低其对聚合物产品加工性能以及力学性能的影响，优化高分子聚合物的阻燃、加工、力学及电学等综合性能。
中国专利CN102502728A公开了一种氢氧化镁阻燃剂制备方法及由该制备方法所制得的氢氧化镁阻燃剂，制备方法包括步骤：首先，在反应器中加入氯化镁形成氯化镁溶液，并对应加热至设定温度T；然后，在反应器中加入氧化钙、氧化镁、氢氧化钠与水混合后形成的复合沉淀剂；接着，等复合沉淀剂加入完全后，在设定温度T下继续恒温反应，然后洗涤过滤反应器中的氯离子；再者，将氢氧化镁滤饼进行再浆处理；最后，将再浆处理后的氢氧化镁滤饼进行物理破碎处理，得到氢氧化镁阻燃剂。该发明的氢氧化镁阻燃剂的制备方法制得的氢氧化镁阻燃剂中的氢氧化镁纯度大于等于99.0％。
常规的制备方法制备的氢氧化镁阻燃剂无法和塑料很好的结合，因此在应用时需要较大的填充量，往往需要较大的成本才能使得材料的阻燃性能得到显著改善。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种功能性氢氧化镁阻燃剂的制备方法及由该方法制备的阻燃剂，本发明制备的阻燃剂能够很好地降低ABS等聚合物塑料的可燃性。
本发明所采用的技术方案为：
一种功能性氢氧化镁阻燃剂的制备方法，该方法包括：a、按照质量比为1：(0.1-0.3)：(0.05-0.2)将水、乙醇和乙二醇混合，得到溶剂；b、将镁盐溶于所述溶剂中，得到质量浓度为2-10％的镁盐溶液；c、按照镁盐和表面活性剂的质量比为100：(0.5-5)向所述镁盐溶液中加入表面活性剂，得到第一液体，将第一液体进行超声后放入温度恒定的水浴容器中，同时将第一液体保持匀速搅拌，所述水浴容器保持水浴温度为15-35摄氏度；d、将质量浓度为2-10％的氨水溶液逐滴加入至搅拌下的第一液体中直至混合液的pH为9.5-10，混合液保持搅拌下调整水浴容器的温度为40-90摄氏度，反应30分钟-2小时后得第二液体；e、将第二液体在室温下静置1-6小时后依次在真空抽滤下进行水洗3-6次和乙醇洗1-3次后干燥和研磨，得到功能性氢氧化镁阻燃剂。
优选地，所述镁盐为硝酸镁、氯化镁或硫酸镁。
优选地，所述表面活性剂为PEG-800、PEG-1000或PEG-1500。
优选地，所述真空抽滤的压力为-75～-10千帕。
优选地，所述超声的频率为25KHZ-130KHZ，所述超声的时间为20min-1h。
优选地，步骤c中所述搅拌的速度为600-1500转/分钟。
优选地，将镁盐溶于所述溶剂得质量浓度为3-6％的镁盐溶液。
优选地，镁盐和表面活性剂的质量比为100：(1-3)。
优选地，步骤e中所述水洗的次数为4-5次，乙醇洗的次数为1-2次。
根据本发明的制备方法所制备的功能性氢氧化镁阻燃剂能够更好地和塑料结合，仅需较小的填充量即可显著获得较好的阻燃性能。
本发明的有益效果为：
其一，本发明的制备方法中通过构建水和醇类的混合反应体系，使得功能性氢氧化镁在生长和形成中能够更好地和表面活性剂进行连接和活化，因此聚合物类塑料和功能性氢氧化镁在混炼中能够更好地结合，从而使聚合物类塑料的可燃性被明显降低。
其二，本发明的制备方法简单，所用原料类物质廉价易得，适合大批量的工业级生产；本发明制备的阻燃剂在使用时仅需要较小的填充量即可显著获得较好的阻燃性能。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
本发明提供一种功能性氢氧化镁阻燃剂的制备方法，该方法包括：a、按照质量比为1：(0.1-0.3)：(0.05-0.2)将水、乙醇和乙二醇混合，得到溶剂；b、将镁盐溶于所述溶剂中，得到质量浓度为2-10％的镁盐溶液；c、按照镁盐和表面活性剂的质量比为100：(0.5-5)向所述镁盐溶液中加入表面活性剂，得到第一液体，将第一液体进行超声后放入温度恒定的水浴容器中，同时将第一液体保持匀速搅拌，所述水浴容器保持水浴温度为15-35摄氏度；d、将质量浓度为2-10％的氨水溶液逐滴加入至搅拌下的第一液体中直至混合液的pH为9.5-10，混合液保持搅拌下调整水浴容器的温度为40-90摄氏度，反应30分钟-2小时后得第二液体；e、将第二液体在室温下静置1-6小时后依次在真空抽滤下进行水洗3-6次和乙醇洗1-3次后干燥和研磨，得到功能性氢氧化镁阻燃剂。
根据本发明，所述镁盐是本领域技术人员所熟知的，例如可以为硝酸镁、氯化镁或硫酸镁。
根据本发明，所述表面活性剂是本领域技术人员所熟知的，可以为任意的表面活性剂，本发明优选聚乙二醇，更优选为PEG-800、PEG-1000或PEG-1500。
根据本发明，所述真空抽滤是本领域技术人员所熟知的，压力可以为-75～-10千帕。
根据本发明，所述超声是本领域技术人员所熟知的，频率可以为25KHZ-130KHZ，所述超声的时间可以为20min-1h。
根据本发明，步骤c中所述搅拌的速度可以为600-1500转/分钟。
根据本发明，可以将镁盐溶于所述溶剂得质量浓度为3-6％的镁盐溶液。
根据本发明，镁盐和表面活性剂的质量比可以为100：(1-3)。
根据本发明，步骤e中所述水洗的次数可以为4-5次，乙醇洗的次数可以为1-2次。
本发明还提供根据本发明的制备方法所制备的功能性氢氧化镁阻燃剂。
下面将通过实施例来进一步说明本发明，但是本发明并不因此而受到任何限制。
本发明实施例中，极限氧指数通过数显氧指数仪进行测定。
实施例1
a、按照质量比为1：0.1：0.05将水、乙醇和乙二醇混合，得到溶剂；b、将硝酸镁溶于所述溶剂中，得到质量浓度为2％的镁盐溶液；c、按照镁盐和表面活性剂的质量比为100：0.5向所述镁盐溶液中加入表面活性剂PEG-800得到第一液体，将第一液体进行25KHZ频率的超声20min后放入温度为15摄氏度的水浴容器中并保持600转/分钟的匀速搅拌；d、将质量浓度为2％的氨水溶液逐滴加入至搅拌下的第一液体中直至混合液的pH为9.5，混合液保持搅拌下调整水浴容器的温度为40摄氏度，反应30分钟后得第二液体；e、将第二液体在室温下静置1小时后依次在-75千帕真空抽滤下进行水洗3次和乙醇洗1次后干燥和研磨，得到功能性氢氧化镁阻燃剂MZ-1。
实施例2
a、按照质量比为1：0.3：0.2将水、乙醇和乙二醇混合，得到溶剂；b、将氯化镁溶于所述溶剂中，得到质量浓度为10％的镁盐溶液；c、按照镁盐和表面活性剂的质量比为100：5向所述镁盐溶液中加入表面活性剂PEG-1000，得到第一液体，将第一液体进行130KHZ超声1h后放入温度为35摄氏度的水浴容器中并保持1500转/分钟的匀速搅拌；d、将质量浓度为10％的氨水溶液逐滴加入至搅拌下的第一液体中直至混合液的pH为10，混合液保持搅拌下调整水浴容器的温度为90摄氏度，反应2小时后得第二液体；e、将第二液体在室温下静置6小时后依次在-10千帕真空抽滤下进行水洗6次和乙醇洗3次后干燥和研磨，得到功能性氢氧化镁阻燃剂MZ-2。
实施例3
a、按照质量比为1：0.2：0.1将水、乙醇和乙二醇混合，得到溶剂；b、将硫酸镁溶于所述溶剂中，得到质量浓度为6％的镁盐溶液；c、按照镁盐和表面活性剂的质量比为100：2.5向所述镁盐溶液中加入表面活性剂PEG-1500，得到第一液体，将第一液体进行70KHZ超声70min后放入温度为25摄氏度的水浴容器中并保持1000转/分钟的匀速搅拌；d、将质量浓度为6％的氨水溶液逐滴加入至搅拌下的第一液体中直至混合液的pH为9.7，混合液保持搅拌下调整水浴容器的温度为65摄氏度，反应75分钟后得第二液体；e、将第二液体在室温下静置3.5小时后依次在-40千帕真空抽滤下进行水洗4次和乙醇洗2次后干燥和研磨，得到功能性氢氧化镁阻燃剂MZ-3。
应用实施例1：
将50g的ABS塑料和5g的功能性氢氧化镁阻燃剂MZ-1搅拌均匀混合后放入流变仪中，在转速50r/min、温度210摄氏度下混炼5min,将密炼所得样品于平板硫化机中在210摄氏度下热压成型5min后冷压5min,按GB/T2406-93测试制备标准样条，样条尺寸为120x6.5x3mm3,调节氧气浓度测定10次，得到的极限氧指数见表1。
应用实施例2、应用实施例3和应用实施例1的条件相同，唯一不同之处在于，所采用的功能性氢氧化镁阻燃剂分别为MZ-2和MZ-3，所测试得的极限氧指数见表1。
由实施例1-3和应用实施例1-3可知，本发明制备的功能性氢氧化镁阻燃剂和ABS塑料混炼后得到的复合型ABS材料已经超过复合难燃材料的氧指数标准32％。表1
应用实施例1 应用实施例2 应用实施例3
极限氧指数 41％ 47％ 44％

Claims (10)

1.一种功能性氢氧化镁阻燃剂的制备方法，其特征在于，该方法包括：
a、按照质量比为1：(0.1-0.3)：(0.05-0.2)将水、乙醇和乙二醇混合，得到溶剂；
b、将镁盐溶于所述溶剂中，得到质量浓度为2-10％的镁盐溶液；
c、按照镁盐和表面活性剂的质量比为100：(0.5-5)向所述镁盐溶液中加入表面活性剂，得到第一液体，将第一液体进行超声后放入温度恒定的水浴容器中，同时将第一液体保持匀速搅拌，所述水浴容器保持水浴温度为15-35摄氏度；
d、将质量浓度为2-10％的氨水溶液逐滴加入至搅拌下的第一液体中直至混合液的pH为9.5-10，混合液保持搅拌下调整水浴容器的温度为40-90摄氏度，反应30分钟-2小时后得第二液体；
e、将第二液体在室温下静置1-6小时后依次在真空抽滤下进行水洗3-6次和乙醇洗1-3次后干燥和研磨，得到功能性氢氧化镁阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述镁盐为硝酸镁、氯化镁或硫酸镁。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述表面活性剂为PEG-800、PEG-1000或PEG-1500。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述真空抽滤的压力为-75～-10千帕。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述超声的频率为25KHZ-130KHZ，所述超声的时间为20min-1h。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤c中所述搅拌的速度为600-1500转/分钟。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，将镁盐溶于所述溶剂得质量浓度为3-6％的镁盐溶液。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，镁盐和表面活性剂的质量比为100：(1-3)。
9.根据权利要求1的制备方法，其特征在于，步骤e中所述水洗的次数为4-5次，乙醇洗的次数为1-2次。
10.权利要求1-9中任意一项的制备方法所制备的功能性氢氧化镁阻燃剂。
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