CN108822874B - 氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氢氧化镁‑海藻酸钙复合阻燃剂及其制备方法。阻燃剂由氢氧化镁和海藻酸钙组成，其中的氢氧化镁和海藻酸钙的摩尔比为1‑3：1；方法为先将白云石矿粉末煅烧，得到白云石灰粉，再将白云石灰粉加入水中搅拌，得到消化液，接着，先将海藻酸钠水溶液逐滴加入搅拌下的消化液中，并搅拌发泡，得到发泡凝胶，再对发泡凝胶进行干燥定型处理，所述的干燥定型处理为喷雾干燥定型，或纺丝干燥定型，或涂敷干燥定型，或模具成型干燥定型，制得目的产物。它的极限氧指数为40％，在250℃的高温下仍未被热分解，极易于广泛地商业化应用于可降解阻燃面料、装饰用阻燃涂层、不燃儿童玩具等领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种复合阻燃剂及制备方法，尤其是一种氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂及其制备方法。
背景技术
海藻酸钠是从天然海藻中提取的一种线形多糖，其结构中的G单元能与钙离子形成特殊的“egg-box”结构，在适宜的温度及酸碱度条件下最终形成海藻酸钙凝胶。以海藻酸钙凝胶为前驱体，通过湿法纺丝工艺可制备海藻酸钙纤维。经测试，海藻酸钙纤维的极限氧指数大于30％，属于难燃纤维，在火焰中阴烯、有白烟、离火自熄，可作为优良的阻燃材料。此外，由于海藻酸钙的凝胶特性，可根据实际需求制成具有特定形状的阻燃材料，在可降解阻燃面料、装饰用阻燃涂层、不燃儿童玩具等领域具有广泛的应用前景。然而，由于海藻酸钙是一种本体阻燃材料，在温度150℃左右时会发生焦糖化反应而热分解，使其在工程材料的应用上受到了很大的限制。为了增强海藻酸钙在阻燃材料领域的应用潜力，人们作了一些有益的尝试和努力，如中国发明专利申请CN 107383440 A于2017年11月24日公布的一种耐高温海藻酸钙发泡阻燃材料及其制备方法。该发明专利申请中提及的发泡阻燃材料为海藻酸钙/碳酸钙有机无机复合发泡材料；制备方法采用原位法：先将海藻酸钠和过碳酸盐水溶液混合，然后向其中加入二氧化锰，搅拌均匀后静置发泡，再加入三级浓度梯度的氯化钙溶液进行多级凝固，清洗、烘干后获得产物。这种产物的热分解温度虽高达233℃，却和其制备方法都存在着欠缺之处，首先，产物的热分解温度还不太理想，限制了其在更高温度下的阻燃效果；其次，制备方法中使用的原料多为价格较为昂贵的各种化学试剂，且工艺流程繁琐复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的欠缺之处，提供一种热分解温度较高的氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂。
本发明要解决的另一个技术问题为提供一种上述氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂的制备方法。
为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为，氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂包括海藻酸钙，特别是：
所述复合阻燃剂由氢氧化镁和海藻酸钙组成；
所述组成复合阻燃剂的氢氧化镁和海藻酸钙的摩尔比为1-3：1。
作为氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂的进一步改进：
优选地，复合阻燃剂为粉末状，或纤维状，或薄膜状，或块状。
为解决本发明的另一个技术问题，所采用的另一个技术方案为，上述氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂的制备方法采用溶胶凝胶法，特别是完成步骤如下：
步骤1，先将白云石矿粉末置于900-1000℃下煅烧1-3h，得到白云石灰粉，再按照固液比为1g：5-50ml的比例，将白云石灰粉加入20-90℃的水中搅拌30-60min，得到消化液；
步骤2，先按照1-10wt％的海藻酸钠水溶液和消化液的体积比为1：1-5的比例，将海藻酸钠水溶液逐滴加入20-90℃搅拌下的消化液中，并搅拌发泡10-60min，得到发泡凝胶，再对发泡凝胶进行干燥定型处理，制得氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂。
作为氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂的制备方法的进一步改进：
优选地，白云石矿粉末的粒径为0.1-10mm。
优选地，干燥定型处理为喷雾干燥定型，或纺丝干燥定型，或涂敷干燥定型，或模具成型干燥定型。
优选地，干燥定型处理时的温度为40-80℃。
相对于现有技术的有益效果是：
其一，对制得的目的产物分别使用X射线衍射仪和扫描电镜进行表征，由其结果可知，目的产物由氢氧化镁和海藻酸钙组成，其中的氢氧化镁和海藻酸钙的摩尔比为1-3：1；目的产物具有疏松的多孔结构，其形貌为粉末状，或纤维状，或薄膜状，或块状。这种由氢氧化镁和海藻酸钙组装成的目的产物，既由于氢氧化镁具有热稳定性高、抑烟的特点，又因海藻酸钙的阻燃特质，还由于两者的优化组合，而使目的产物的阻燃性能得到了较大的提升。
其二，经分别使用氧指数仪和热失重分析仪对目的产物的阻燃性能进行测试，结果表明，目的产物的极限氧指数为40％，在250℃的高温下仍未被热分解。
其三，制备方法简单、科学、高效。不仅制得了热分解温度较高的目的产物——氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂；还使其有着原料价廉、绿色环保和用料少，以及工艺简便、周期短、成本低的特点；进而使目的产物极易于广泛地商业化应用于可降解阻燃面料、装饰用阻燃涂层、不燃儿童玩具等领域。
附图说明
图1是对制备方法制得的目的产物使用X射线衍射(XRD)仪进行表征的结果之一。XRD谱图表明目的产物的成分为氢氧化镁和海藻酸钙。
图2是对制得的目的产物使用扫描电镜(SEM)进行表征的结果之一。SEM图像显示出目的产物具有疏松的多孔结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。
首先从市场购得或自行制得：
粒径为0.1-10mm的白云石矿粉末；
海藻酸钠水溶液。
接着：
实施例1
制备的具体步骤为：
步骤1，先将白云石矿粉末置于900℃下煅烧3h；其中，白云石矿粉末的粒径为0.1mm，得到白云石灰粉。再按照固液比为1g：5ml的比例，将白云石灰粉加入20℃的水中搅拌60min，得到消化液。
步骤2，先按照1wt％的海藻酸钠水溶液和消化液的体积比为1：5的比例，将海藻酸钠水溶液逐滴加入20℃搅拌下的消化液中，并搅拌发泡10min，得到发泡凝胶。再对发泡凝胶进行干燥定型处理；其中，干燥定型处理为模具成型干燥定型，干燥定型处理时的温度为40℃。制得如图1中的曲线所示，以及近似于图2所示的氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂。
实施例2
制备的具体步骤为：
步骤1，先将白云石矿粉末置于925℃下煅烧2.5h；其中，白云石矿粉末的粒径为1mm，得到白云石灰粉。再按照固液比为1g：17ml的比例，将白云石灰粉加入38℃的水中搅拌53min，得到消化液。
步骤2，先按照3.3wt％的海藻酸钠水溶液和消化液的体积比为1：4的比例，将海藻酸钠水溶液逐滴加入38℃搅拌下的消化液中，并搅拌发泡23min，得到发泡凝胶。再对发泡凝胶进行干燥定型处理；其中，干燥定型处理为模具成型干燥定型，干燥定型处理时的温度为50℃。制得如图1中的曲线所示，以及近似于图2所示的氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂。
实施例3
制备的具体步骤为：
步骤1，先将白云石矿粉末置于950℃下煅烧2h；其中，白云石矿粉末的粒径为4mm，得到白云石灰粉。再按照固液比为1g：28ml的比例，将白云石灰粉加入56℃的水中搅拌45min，得到消化液。
步骤2，先按照5.5wt％的海藻酸钠水溶液和消化液的体积比为1：3的比例，将海藻酸钠水溶液逐滴加入56℃搅拌下的消化液中，并搅拌发泡35min，得到发泡凝胶。再对发泡凝胶进行干燥定型处理；其中，干燥定型处理为模具成型干燥定型，干燥定型处理时的温度为60℃。制得如图1中的曲线所示，以及如图2所示的氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂。
实施例4
制备的具体步骤为：
步骤1，先将白云石矿粉末置于975℃下煅烧1.5h；其中，白云石矿粉末的粒径为7mm，得到白云石灰粉。再按照固液比为1g：39ml的比例，将白云石灰粉加入73℃的水中搅拌38min，得到消化液。
步骤2，先按照7.8wt％的海藻酸钠水溶液和消化液的体积比为1：2的比例，将海藻酸钠水溶液逐滴加入73℃搅拌下的消化液中，并搅拌发泡48min，得到发泡凝胶。再对发泡凝胶进行干燥定型处理；其中，干燥定型处理为模具成型干燥定型，干燥定型处理时的温度为70℃。制得如图1中的曲线所示，以及近似于图2所示的氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂。
实施例5
制备的具体步骤为：
步骤1，先将白云石矿粉末置于1000℃下煅烧1h；其中，白云石矿粉末的粒径为10mm，得到白云石灰粉。再按照固液比为1g：50ml的比例，将白云石灰粉加入90℃的水中搅拌30min，得到消化液。
步骤2，先按照10wt％的海藻酸钠水溶液和消化液的体积比为1：1的比例，将海藻酸钠水溶液逐滴加入90℃搅拌下的消化液中，并搅拌发泡60min，得到发泡凝胶。再对发泡凝胶进行干燥定型处理；其中，干燥定型处理为模具成型干燥定型，干燥定型处理时的温度为80℃。制得如图1中的曲线所示，以及近似于图2所示的氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂。
再分别选用干燥定型处理中的喷雾干燥定型或纺丝干燥定型或涂敷干燥定型，重复上述实施例1-5，同样制得了如图1中的曲线所示，以及如或近似于图2所示的氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂。
显然，本领域的技术人员可以对本发明的氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂及其制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (4)
1.一种氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂的制备方法，采用溶胶凝胶法，其特征在于完成步骤如下：
步骤1，先将白云石矿粉末置于900-1000℃下煅烧1-3h，得到白云石灰粉，再按照固液比为1g：5-50ml的比例，将白云石灰粉加入20-90℃的水中搅拌30-60min，得到消化液；
步骤2，先按照1-10wt％的海藻酸钠水溶液和消化液的体积比为1：1-5的比例，将海藻酸钠水溶液逐滴加入20-90℃搅拌下的消化液中，并搅拌发泡10-60min，得到发泡凝胶，再对发泡凝胶进行干燥定型处理，制得其中的氢氧化镁和海藻酸钙的摩尔比为1-3：1的氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂。
2.根据权利要求1所述的氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂的制备方法，其特征是白云石矿粉末的粒径为0.1-10mm。
3.根据权利要求1所述的氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂的制备方法，其特征是干燥定型处理为喷雾干燥定型，或纺丝干燥定型，或涂敷干燥定型，或模具成型干燥定型。
4.根据权利要求1所述的氢氧化镁-海藻酸钙复合阻燃剂的制备方法，其特征是干燥定型处理时的温度为40-80℃。
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