CN110294862B - 一种纳米杂化锡基抑烟剂的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米杂化锡基抑烟剂的制备方法；该方法采用水热法，将锡源、可溶性金属盐、表面活性剂在去离子水中超声分散溶解，然后加入沉淀剂，在110~180℃下进行水热反应4~12h，取出沉淀后用去离子水洗涤，洗涤后的将产物干燥后得到纳米杂化锡基抑烟剂；本发明方法流程简单、效率高、反应条件易于控制、具有较好的工业发展前景。

Description

一种纳米杂化锡基抑烟剂的制备方法
技术领域
本发明涉及阻燃材料制备技术、阻燃与抑烟技术，具体是一种纳米杂化锡基抑烟剂的制备方法。
背景技术
软质PVC广泛应用于建筑、室内装饰、电缆等生活场所。随着社会的发展和经济的繁荣，人们对防火安全的要求越来越高；火灾中80%的死亡都来源于高分子材料在火灾中的不完全燃烧导致的大量的有毒气体和遮蔽性烟雾造成的窒息。
随着社会经济的持续发展，人们对安全的要求也越来越高。在发达国家中无机阻燃剂已经占阻燃剂消费量的50%以上；无机阻燃剂可以分为金属氢氧化物、锑系、锡系、硼系等；其中金属氢氧化物一般作为阻燃填充剂，需要大量填充才能发挥阻燃效果；在此背景下，开发一种复合阻燃剂，使其与其他阻燃剂产生协同作用是将来发展大趋势。
锡基阻燃剂既具有阻燃作用又具有抑烟作用，同时无毒无害，是一种理想的阻燃增效剂；研究人员在探索合成新型高效阻燃剂的同时，也对阻燃效果好的阻燃剂进行复配，以达到降低阻燃剂用量，减少阻燃材料物理和机械性能的衰减程度，无机阻燃剂朝着超细、复合、多功能体系发展。
目前未见与本发明技术方案相同的文献公开。
发明内容
本发明目的在于提供一种纳米杂化锡基抑烟剂的制备方法，解决目前锡基阻燃剂在软质PVC材料中抑烟性能不足和分散不均匀等缺陷。软质PVC材料中含有较多的氯元素，在燃烧过程中材料释放大量的烟雾，对人员逃生造成不利影响，严重情况下导致被困人员死于窒息等。因此开发一款高效的阻燃抑烟剂，是软质PVC材料阻燃添加剂研究重点之一；本发明通过简单、易控的水热法，制备得到了纳米杂化锡基抑烟剂，能够有效提高材料的阻燃抑烟性能。
本发明纳米杂化锡基抑烟剂的制备方法如下：
（1）将锡源、可溶性金属盐、表面活性剂溶解在去离子水中，超声至完全溶解；
所述表活性剂为十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、聚乙二醇（PEG-6000）、十二烷基苯磺酸钠（SDBS）、硬脂酸中的一种；
所述锡源为锡酸钠、锡酸钾、氯化亚锡、四氯化锡中的一种；
所述可溶性金属盐为锑盐、铜盐、铁盐、镁盐、钙盐、锌盐中的一种或任意比多种；
所述可溶性金属盐与锡源的摩尔比为20:1~1:20，锡源和表活性剂的质量比为200:1 ~ 500:1；
（2）将沉淀剂分散于去离子水中，超声至分散均匀，将分散液滴加到步骤（1）混合物中，搅拌使其混合均匀；
所述沉淀剂沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾的一种；
（3）将步骤（2）混合物转移到聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在110~180℃下水热反应4~12h，取出沉淀后，用去离子水依次洗涤3~5次，洗涤后产物在70~90℃下干燥7~12h，即得纳米杂化锡基抑烟剂。
与现有的技术相比，本发明具有如下优点：
（1）本发明制备方法简单、成本较低，反应条件温和；
（2）更少的锡元素添加量，获得更优的阻燃性能；
（3）本发明产品可以作为添加剂用于阻燃材料制备中，制得的产品氧指数大于27，且阻燃剂在较低温度就开始反应，发挥保护基材的作用；
（4）本发明制备方法中原料环境友好、工艺简单、易于工业化生产。
附图说明
图1是实施例1所制备的纳米杂化锡基抑烟剂的X射线衍射（XRD）图；
图2是实施例2所制备的纳米杂化锡基抑烟剂高分辨率透射电镜（HRTEM）图；
图3是实施例3所制备的纳米杂化锡基抑烟剂的高分辨率透射电镜（HRTEM）图；
图4是实施例3所制备的纳米杂化锡基抑烟剂的元素mapping图。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述内容。
实施例1：
（1）在200mL的烧杯中加入0.01mol锡酸钠、0.01g的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、50mL去离子水，超声20min至完全溶解；
（2）将0.1mol三氯化锑分散在60mL去离子水中，超声10min至分散均匀，将分散液滴加到步骤（1）烧杯中，磁力搅拌使其混合均匀；
（3）将0.002mol氢氧化钠溶解于10mL去离子水中，超声10min至完全溶解，将溶液滴加到步骤（2）烧杯中，磁力搅拌使其混合均匀；
（4）将步骤（3）混合物转移到150mL聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在110℃下水热反应12h，取出沉淀后，用去离子水洗涤3次，洗涤后产物在70℃下干燥12h，即得纳米杂化锡基抑烟剂；本实施例制得的纳米杂化锡基抑烟剂的X射线衍射（XRD）图见图1，根据峰宽计算材料晶粒尺寸小，晶粒尺寸于50nm；
将本实施例制得的纳米杂化锡基抑烟剂用于软质PVC中制备阻燃测试材料（添加量为软质PVC质量的5%），在5920型-塑料烟密度燃烧试验机中进行测试，实验结果显示软质PVC的烟密度等级从88降低至72。
实施例2：
（1）在200mL的烧杯中加入0.1mol氯化亚锡、0.06g的聚乙二醇、50mL去离子水，超声20min至完全溶解；
（2）将0.1mol氯化锌分散在60mL去离子水中，超声10min至分散均匀，将分散液滴加到步骤（1）烧杯中，磁力搅拌使其混合均匀；
（3）将0.002mol氢氧化钾溶解于10mL去离子水中，超声10min至完全溶解，将溶液滴加到步骤（2）烧杯中，磁力搅拌使其混合均匀；
（4）将步骤（3）混合物转移到150mL聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在150℃下水热反应8h，取出沉淀后，用去离子水洗涤4次，洗涤后产物在80℃下干燥10h，即得纳米杂化锡基抑烟剂；本实施例制得的纳米杂化锡基抑烟剂的高分辨率投射电镜（HRTEM）图见图2，图2表明制备得到的产物粒径均小于100nm。
将本实施例制得的纳米杂化锡基抑烟剂用于软质PVC中制备阻燃测试材料（添加量为软质PVC质量的5%），在5920型-塑料烟密度燃烧试验机中进行测试，实验结果显示软质PVC的烟密度等级从88降低至71。
实施例3：
（1）在200mL的烧杯中加入0.2mol四氯化锡、0.11g的十二烷基苯磺酸钠、50mL去离子水，超声20min至完全溶解；
（2）将0.01mol氯化镁、0.01mol三氯化铁、0.01mol氯化锌分散在60mL去离子水中，超声10min至分散均匀，将分散液滴加到步骤（1）烧杯中，磁力搅拌使其混合均匀；
（3）将0.01mol碳酸钠钠溶解于10mL去离子水中，超声10min至完全溶解，将溶液滴加到步骤（2）烧杯中，磁力搅拌使其混合均匀；
（4）将步骤（3）混合物转移到150mL聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在180℃下水热反应5h，取出沉淀后，用去离子水洗涤5次，洗涤后产物在90℃下干燥7h，即得纳米杂化锡基抑烟剂；本实施例制得的纳米杂化锡基抑烟剂的HRTEM见图3，从图3可以看出产物的粒径（软团聚）为600nm；本实施例制得的纳米杂化锡基抑烟剂的元素mapping分析（软团聚）见图4，图4表明产物的元素分布均匀，属于掺杂态。
将本实施例制得的纳米杂化锡基抑烟剂用于软质PVC中制备阻燃测试材料（添加量为软质PVC质量的5%），在5920型-塑料烟密度燃烧试验机中进行测试，实验结果显示软质PVC的烟密度等级从88降低至74。
实施例4：
（1）在200mL的烧杯中加入0.01mol锡酸钾、0.014g的硬脂酸、50mL去离子水，超声20min至完全溶解；
（2）将0.1mol氯化钙分散在60mL去离子水中，超声10min至分散均匀，将分散液滴加到步骤（1）烧杯中，磁力搅拌使其混合均匀；
（3）将0.002mol碳酸钾溶解于10mL去离子水中，超声10min至完全溶解，将溶液滴加到步骤（2）烧杯中，磁力搅拌使其混合均匀；
（4）将步骤（3）混合物转移到150mL聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在120℃下水热反应11h，取出沉淀后，用去离子水洗涤3次，洗涤后产物在75℃下干燥10h，即得纳米杂化锡基抑烟剂；
将本实施例制得的纳米杂化锡基抑烟剂用于软质PVC中制备阻燃测试材料（添加量为软质PVC质量的5%），在5920型-塑料烟密度燃烧试验机中进行测试，实验结果显示软质PVC的烟密度等级从88降低至69。
实施例5：
（1）在200mL的烧杯中加入0.01mol锡酸钠、0.01g的十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）、50mL去离子水，超声20min至完全溶解；
（2）将0.1mol三氯化铁分散在60mL去离子水中，超声10min至分散均匀，将分散液滴加到步骤（1）烧杯中，磁力搅拌使其混合均匀；
（3）将0.002mol氢氧化钾溶解于10mL去离子水中，超声10min至完全溶解，将溶液滴加到步骤（2）烧杯中，磁力搅拌使其混合均匀；
（4）将步骤（3）混合物转移到150mL聚四氟乙烯内衬的水热反应釜中，在150℃下水热反应10h，取出沉淀后，用去离子水洗涤4次，洗涤后产物在85℃下干燥9h，即得纳米杂化锡基抑烟剂；
将本实施例制得的纳米杂化锡基抑烟剂用于软质PVC中制备阻燃测试材料（添加量为软质PVC质量的5%），在5920型-塑料烟密度燃烧试验机中进行测试，实验结果显示果软质PVC的烟密度等级从88降低至70。

Claims (4)

1.一种纳米杂化锡基抑烟剂的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：
（1）将锡源、可溶性金属盐、表面活性剂溶解在去离子水中，超声至完全溶解；
（2）将沉淀剂分散于去离子水中，超声至分散均匀，将分散液滴加到步骤（1）混合物中，搅拌使其混合均匀；
（3）将步骤（2）混合物置于110~180℃下水热反应4~12h，取出沉淀后，用去离子水洗涤3~5次，洗涤后产物干燥，即得纳米杂化锡基抑烟剂；
所述锡源为锡酸钠、锡酸钾、氯化亚锡、四氯化锡中的一种；
所述可溶性金属盐为锑盐、铜盐、铁盐、镁盐、钙盐、锌盐中的一种或多种；
所述表面 活性剂为十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸中的一种。
2.根据权利要求1所述的纳米杂化锡基抑烟剂的制备方法，其特征在于：可溶性金属盐与锡源的摩尔比为20:1~1:20，锡源和表面 活性剂的质量比为200:1 ~ 500:1。
3.根据权利要求1所述的纳米杂化锡基抑烟剂的制备方法，其特征在于：沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾的一种，锡源与沉淀剂的摩尔比为5~50:1。
4.根据权利要求1所述的纳米杂化锡基抑烟剂的制备方法，其特征在于：干燥是在70~90℃下处理7~12h。
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