CN108047500A - 一种硅酸铝包覆水滑石阻燃剂及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种硅酸铝包覆水滑石阻燃剂及应用，采用铝盐水溶液与硅酸盐水溶液以共沉淀方式在水滑石表面形成均匀而致密的硅酸铝包覆层，该硅酸铝包覆水滑石复合粉体不但解决了无机物粉体和聚合物相容性差、分散不均等问题，而且可以提高聚合物力学性能、阻燃抑烟性能及水滑石的耐腐蚀性能。

Description

一种硅酸铝包覆水滑石阻燃剂及应用
技术领域
本发明涉及一种阻燃剂复合粉体的制备，具体涉及硅酸铝包覆水滑石阻燃剂及其在聚合物中的应用。
背景技术
随着全球安全环保意识的日益加强，人们对防火安全及制品阻燃的要求越来越高，无卤、低烟、低毒、高效的环保型阻燃剂已成为人们追求的目标。水滑石(LDHs)作为一种近年来被广泛应用的多功能塑料助剂，具有阻燃、抑烟、填充等功能，常用于软质PVC的阻燃、抑烟。由于水滑石自身存在易吸水和团聚等问题，在聚合物中分散性和相容性较差，且添加量较大阻燃抑烟效果不明显。目前一般采用硅烷偶联剂、酸酯类偶联剂等对其进行表面改性来提高其在聚合物中的分散性。硅酸铝作为一种硅酸盐，化学性质稳定，可分为无定形硅酸铝和晶型硅酸铝两类，若在微米水滑石表面包覆一层无定型硅酸铝薄膜形成复合粉体，应用于聚合物阻燃，不仅对粉体起到屏蔽作用，提高粉体颗粒的耐腐蚀性和热稳定性，延长粉体的使用寿命，而且可以通过改变粉体表面粗糙度来提高粉体与聚合物基体的接触面积，从而提高复合材料力学性能、阻燃及抑烟性能。
发明内容
本发明采用共沉淀法制备硅酸铝包覆水滑石复合粉体阻燃剂，其应用于聚合物阻燃时，可大大提高复合材料力学性能、阻燃及抑烟性能。
具体制备方法如下：将一定量水滑石置于四口反应瓶中，配成一定浓度的悬浮液，加热至一定温度，用稀酸调节其pH值，随后通过恒压滴液漏斗以一定速度向四口烧瓶中同时滴加铝盐和硅酸盐水溶液，搅拌并恒温反应一定时间。将反应产物抽滤，用去离子水反复洗涤三次、烘干、研磨、200目过筛。
所述水滑石悬浮液浓度范围为60～80g/L。
所述铝盐为硫酸铝或硝酸铝或氯化铝中的一种或几种，其[Al3+]浓度范围在0.04～1.0mol/L；所述的硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾或硅酸铷中的一种或几种，其[SiO3 2-]浓度范围为0.06～1.5mol/L，滴加速度范围为1～4ml/min。
所述稀酸为稀盐酸或稀硫酸或稀硝酸中的一种或多种，调节pH值到4～6，所述反应温度为60～90℃，反应时间为2～6小时。
所述复合粉体中水滑石占复合粉体总量的80％～95％，硅酸铝占复合粉体总量的5％～20％。
具体实施方式
实施例1：
本实施例包括(1)水滑石悬浮液制备：将一定量水滑石置于四口反应瓶中，加入去离子水配成60g/L的悬浮液，用稀盐酸调节pH值到4，待用。(2)包覆液制备：称取硅酸钠1.95g，硫酸铝2.30g，配置[SiO3 2-]浓度为0.1mol/L、[Al3+]浓度0.067mol/L的水溶液各50mL，待用。(3)包覆处理：将上述四口烧瓶搅拌并加热至65℃后，通过恒压滴液漏斗分别以1ml/min的速度同时向四口烧瓶中滴加上述两种包覆液，继续搅拌反应2h。(4)干燥与研磨：将反应产物抽滤，用去离子水反复洗涤、烘干、研磨、200目过筛、待用。
实施例2：
本实施例包括(1)水滑石悬浮液制备：将一定量的水滑石置于四口反应瓶中，加入去离子水，配成70g/L的悬浮液，调节pH值到5，待用。(2)包覆液制备：称取硅酸钠3.9g，硫酸铝4.6g，配置[SiO3 2-]浓度为0.2mol/L、[Al3+]浓度为0.13mol/L的水溶液各50mL，待用。(3)包覆处理：将上述四口烧瓶搅拌并加热至70℃后，通过恒压滴液漏斗分别以1ml/min的速度同时向四口烧瓶中滴加上述两种包覆液，控制反应温度为70℃，继续搅拌反应3h。(4)干燥与研磨：将反应产物抽滤，用去离子水反复洗涤、烘干、研磨、200目过筛、待用。
实施例3：
本实施例包括(1)水滑石悬浮液制备：将一定量的水滑石置于四口反应瓶中，加入去离子水，配成60g/L的悬浮液，调节pH值到6，待用。(2)包覆液制备：称取硅酸钾2.5g，硝酸铝2.3g，配置[SiO3 2-]浓度为0.1mol/L、[Al3+]浓度为0.067mol/L的水溶液各50mL，待用。(3)包覆处理：将上述四口烧瓶搅拌并加热至85℃后，通过恒压滴液漏斗分别以2ml/min的速度同时向四口烧瓶中滴加上述两种包覆液，控制反应温度为85℃，继续搅拌反应4h。(4)干燥与研磨：将反应产物抽滤，用去离子水反复洗涤、烘干、研磨、200目过筛、待用。
实施例4：
本实施例包括(1)水滑石悬浮液制备：将一定量的水滑石置于四口反应瓶中，加入去离子水，配成80g/L的悬浮液，调节pH值到6，待用。(2)包覆液制备：称取硅酸钾7.38g，硝酸铝6.8g，配置[SiO3 2-]浓度为0.32mol/L，[Al3+]＝0.22mol/L的水溶液各50mL，待用。(3)包覆处理：将上述四口烧瓶搅拌并加热至90℃后，通过恒压滴液漏斗分别以1ml/min的速度同时向四口烧瓶中滴加上述两种包覆液，控制反应温度为70℃，继续搅拌反应5h。(4)干燥与研磨：将反应产物抽滤，用去离子水反复洗涤、烘干、研磨、200目过筛、待用。
实施例5：
本实施例包括(1)水滑石悬浮液制备：将一定量的水滑石置于四口反应瓶中，加入去离子水，配成60g/L的悬浮液，调节pH值到6，待用。(2)包覆液制备：称取硅酸锂1.92g，硅酸钾6.55g，硝酸铝9.2g，配置[SiO3 2-]浓度为0.064mol/L，[Al3+]＝0.042mol/L的水溶液各50mL，待用。(3)包覆处理：将上述四口烧瓶搅拌并加热至85℃后，通过恒压滴液漏斗分别以3ml/min的速度同时向四口烧瓶中滴加上述两种包覆液，控制反应温度为85℃，继续搅拌反应5h。(4)干燥与研磨：将反应产物抽滤，用去离子水反复洗涤、烘干、研磨、200目过筛、待用。
实施例6：
本实施例包括(1)水滑石悬浮液制备：将一定量的水滑石置于四口反应瓶中，加入去离子水，配成70g/L的悬浮液，调节pH值到6，待用。(2)包覆液制备：称取硅酸钠7.79g，硅酸钾9.83g，硫酸铝2.3g，配置[SiO3 2-]浓度为0.32mol/L、[Al3+]为0.21mol/L的水溶液各50mL，待用。(3)包覆处理：将上述四口烧瓶搅拌并加热至60℃后，通过恒压滴液漏斗分别以2ml/min的速度同时向四口烧瓶中上述两种包覆液，控制反应温度为85℃，继续搅拌反应5h。(4)干燥与研磨：将反应产物抽滤，用去离子水反复洗涤、烘干、研磨、200目过筛、待用。
实施例7：
本实施例包括(1)水滑石悬浮液制备：将一定量的水滑石置于四口反应瓶中，加入去离子水，配成80g/L的悬浮液，调节pH值到5，待用。(2)包覆液制备：称取硅酸钠7.79g，硅酸钾9.83g，硝酸铝9.2g，配置[SiO3 2-]浓度为1.28mol/L，[Al3+]＝0.85mol/L的水溶液，待用。(3)包覆处理：将上述四口烧瓶搅拌并加热至70℃后，通过恒压滴液漏斗分别以4ml/min的速度同时向四口烧瓶中滴加上述两种包覆液，控制反应温度为70℃，继续搅拌反应5h。(4)干燥与研磨：将反应产物抽滤，用去离子水反复洗涤、烘干、研磨、200目过筛、待用。
对比例1：
将一定量水滑石置于四口反应瓶中，配成60g/L的悬浮液，将上述悬浮液加热到75℃恒温搅拌1h形成均匀悬浮液，添加水滑石质量的2％的硅烷偶联剂KH550，调节pH值到6，控制反应温度在75℃下以搅拌3h。将反应产物抽滤，用去离子水反复洗涤、烘干、研磨、200目过筛，对研磨后的偶联剂改性水滑石粉体作为对照例进行性能测试，记为KH550-LDHs。
对比例2：
将一定量水滑石置于四口反应瓶中，配成60g/L的悬浮液，将上述悬浮液加热到75℃恒温搅拌1h形成均匀悬浮液，添加水滑石质量的2％的硅烷偶联剂KH570，调节pH值到5，控制反应温度在75℃下搅拌反应3h。将反应产物抽滤，用去离子水反复洗涤、烘干、研磨、200目过筛，对研磨后的偶联剂改性水滑石粉体作为对照例进行性能测试，记为KH570-LDHs。
表1为将上述改性水滑石30份分别与聚氯乙烯树脂100份、邻苯二甲酸二辛脂(DOP)40份、钙锌复合稳定剂4份，在双辊开炼机上140-150℃混炼均匀，根据各测试标准要求制备测试试样；同时，与等量的硅烷偶联剂改性的水滑石(对比例)及未改性水滑石(空白例)进行对比，测试结果如表1：
表1
根据表1结果可以发现，本发明所制备的硅酸铝包覆水滑石复合粉体Al2(SiO3)3-LDHs/PVC与未改性水滑石(空白例)LDHs/PVC相比，拉伸强度提高19％以上，氧指数提高12.5％以上，烟密度等级降低10％以上。这是由于水滑石表面包覆微纳级硅酸铝薄膜后，形成具有壳-核结构的复合粉体，提高了粉体的比表面积，粉体与聚合物基体的接触面积及粘结性得到提高；其次，硅酸铝本身具有一定的阻燃性及抑烟性，与水滑石复合起到协同阻燃作用；最后，硅酸铝包覆水滑石后，提高了粉体颗粒的耐腐蚀性。上述实验结果显示：硅酸铝包覆水滑石复合粉体具有提高复合材料力学性能、阻燃性能、抑烟性能，具有较大的应用价值。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.本发明涉及一种硅酸铝包覆水滑石阻燃剂及应用，其特征是在水滑石表面包覆一层硅铝化合物，制备了硅酸铝包覆水滑石复合粉体阻燃剂，用于聚合物阻燃。具体制备方法如下：将一定量水滑石置于四口反应瓶中，配成一定浓度的悬浮液，加热至一定温度，用稀酸调节其pH值，随后通过恒压滴液漏斗以一定速度向四口烧瓶中同时滴加铝盐和硅酸盐水溶液，搅拌并恒温反应一定时间。将反应产物抽滤，用去离子水反复洗涤、烘干、研磨、200目过筛。
2.根据权利要求1所述一种硅酸铝包覆水滑石阻燃剂及应用，其特征在于：水滑石占复合粉体总量的80％～95％，硅酸铝占复合粉体总量的5％～20％。
3.根据权利要求1所述一种硅酸铝包覆水滑石阻燃剂及应用，其特征在于：所述的铝盐为硫酸铝或硝酸铝或氯化铝中的一种或几种，[Al3+]浓度范围在0.04～1.0mol/L；所述的硅酸盐为硅酸钠或硅酸钾或硅酸铷中的一种或几种，[SiO3 2-]浓度范围为0.06～1.5mol/L，滴加速度范围为1～4ml/min。
4.根据权利要求1所述一种硅酸铝包覆水滑石阻燃剂及应用，其特征在于：所用水滑石悬浮液浓度范围在60～80g/L。
5.根据权利要求1所述一种硅酸铝包覆水滑石阻燃剂及应用，其特征在于：所用稀酸为稀盐酸或稀硫酸或稀硝酸中的一种或多种，调节pH值到4～6，所述反应温度为60～90℃，反应时间为2～6小时。
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