CN112210123A - 一种低成本包覆式阻燃抑烟剂的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低成本包覆式阻燃抑烟剂的制备方法;该方法采用沉降法,将可溶性锡盐、可溶性金属盐、表面活性剂在含有纳米碳酸钙分散液中的去离子水中超声分散溶解,然后加入沉淀剂,在50~80℃下进行包覆反应,取出沉淀后用去离子水洗涤,洗涤后的将产物干燥后得到包覆式阻燃抑烟剂;本发明方法流程较短、效率高、反应条件便于控制、具有较好的工业发展前景。
Description
技术领域
本发明涉及阻燃材料制备技术、阻燃与抑烟技术,具体是一种低成本包覆式阻燃抑烟剂的制备方法。
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。
现国内市场中阻燃剂有锑系、磷系、卤系、硅系等,但锑系阻燃剂的抑烟性能差,产烟量高,同时氧化锑还具有毒性;磷系阻燃剂相容性差,受热状态下容易释放磷化氢有毒气体;卤系阻燃剂容易渗透环境,在生物体内积累,对生态造成破坏;硅系阻燃相容性差,且应用成本偏高。因此,开发系列既具有阻燃作用又具有抑烟作用,同时无毒无害,理想的阻燃增效剂是当前研究重点。通过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。
刘建州的纳米无机阻燃剂表面包覆锡酸锌的合成与应用[D].河北大学,2009.中的描述是通过ZnO来实现表面包覆,同时通过正丁醇洗涤,成本较高,难以实现工业规模生产;徐建中等的混合模板控制合成羟基锡酸锌包覆碳酸钙及其阻燃PVC研究[J].中国塑料,2011,25(11):80-85.中需要模板法制备碳酸钙,并且在三颈瓶中持续反应,同样不利于工业化应用;彭飞等的基质调控合成枝状碳酸钙及羟基锡酸锌包覆碳酸钙[J].河北科技师范学院学报,2014,28(01):15-20,该文利用的是仿生合成技术,用以优化无机材料的形貌,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低成本包覆式阻燃抑烟剂的制备方法,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,制备得到了低成本包覆式阻燃抑烟剂,能够有效提高材料的阻燃抑烟性能。
本发明方法通过对纳米碳酸钙、表面包覆材料、沉淀剂的均相沉淀,实现快速、便捷、高效,同时材料抑烟性能得到提升。
本发明低成本包覆式阻燃抑烟剂的制备方法如下:
(1)将可溶性锡盐、表面活性剂溶解在含有纳米碳酸钙的分散液中,超声至完全溶解;
所述可溶性锡盐为锡酸钠、锡酸钾、氯化亚锡、四氯化锡中的一种,可溶性锡盐与纳米碳酸钙的摩尔比为1:20~1:200;
所述表面活性剂为表活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、十六烷基苯磺酸钠、硬脂酸中的一种,表面活性剂和纳米碳酸钙的质量比为1:100 ~ 1:1000;
(2)将可溶性金属盐分散在去离子水中,超声至分散均匀,将分散液滴加到步骤(1)混合物中,搅拌混合均匀;
所述可溶性金属盐为可溶性铝盐、可溶性镁盐、可溶性锌盐中的一种或几种,可溶性金属盐与纳米碳酸钙的摩尔比为1:20~1:200;其中可溶性铝盐为偏铝酸钠、氯化铝、硝酸铝中的一种,可溶性镁盐为氯化镁、硝酸镁中的一种,可溶性锌盐为氯化锌、硝酸锌中的一种;
(3)将沉淀剂溶解在去离子水中,超声至完全溶解,将溶液滴加到步骤(2)混合物中,搅拌混合均匀;
所述沉淀剂为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾的一种,沉淀剂与纳米碳酸钙的摩尔比为1:10~1:100;
(4)将步骤(3)混合物置于50~80℃下包覆反应2~8h,取出沉淀后,用去离子水洗涤3~5次,干燥即得低成本包覆式阻燃抑烟剂。
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)更多的金属元素添加量,获得更优的阻燃抑烟性能;
(3)本发明产品可以作为添加剂用于阻燃材料制备中,制得的产品烟密度小于80,发挥抑烟的作用;
(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制备的低成本包覆式阻燃抑烟剂的X射线衍射(XRD)图;
图2是实施例2制备的低成本包覆式阻燃抑烟剂扫描电镜(SEM);
图3是实施例3制备的低成本包覆式阻燃抑烟剂的扫描电镜(SEM)。
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)将0.01mol四氯化锡、0.02g十二烷基苯磺酸钠加入装有含20g纳米碳酸钙的100mL去离子水烧杯中,超声20min至完全溶解;
(2)将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0.002mol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)混合物置于50℃下包覆反应8h,取出沉淀后,用去离子水洗涤5次,洗涤后产物干燥,即得低成本包覆式阻燃抑烟剂;
本实施例制得的低成本包覆式阻燃抑烟剂的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;
将本实施例制得的低成本包覆式阻燃抑烟剂用于软质PVC中制备阻燃测试材料(添加量为软质PVC质量的15%),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)将0.01mol四氯化锡、0.04g十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)加入装有含20g纳米碳酸钙的100mL去离子水烧杯中,超声20min至完全溶解;
(2)将0.002mol氯化铝、0.002mol氯化镁分散在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)混合物置于60℃下包覆反应6h,取出沉淀后,用去离子水洗涤3次,洗涤后产物干燥,即得低成本包覆式阻燃抑烟剂。
本实施例制得的低成本包覆式阻燃抑烟剂的扫描电镜(SEM)见图2;
将本实施例制得的低成本包覆式阻燃抑烟剂用于软质PVC中制备阻燃测试材料(添加量为软质PVC质量的15%),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73。
实施例3:
(1)将0.01mol四氯化锡、0.02g聚乙二醇(PEG-2000)加入装有含20g纳米碳酸钙的100mL去离子水烧杯中,超声20min至完全溶解;
(2)将0.005mol氯化锌、0.005mol氯化镁分散在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)混合物置于70℃下包覆反应5h,取出沉淀后,用去离子水洗涤4次,洗涤后产物干燥,即得低成本包覆式阻燃抑烟剂;
本实施例制得的低成本包覆式阻燃抑烟剂的扫描电镜(SEM)见图3;
将本实施例制得的低成本包覆式阻燃抑烟剂用于软质PVC中制备阻燃测试材料(添加量为软质PVC质量的15%),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4:
(1)将0.005mol锡酸钠、0.04g十六烷基苯磺酸钠加入装有含20g纳米碳酸钙的100mL去离子水烧杯中,超声20min至完全溶解;
(2)将0.001mol氯化铝、0.001mol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)混合物置于80℃下包覆反应2h,取出沉淀后,用去离子水洗涤3次,洗涤后产物干燥,即得低成本包覆式阻燃抑烟剂。
将本实施例制得的低成本包覆式阻燃抑烟剂用于软质PVC中制备阻燃测试材料(添加量为软质PVC质量的15%),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72.5。
实施例5:
(1)将0.002mol锡酸钾、0.05g硬脂酸加入装有含20g纳米碳酸钙的100mL去离子水烧杯中,超声20min至完全溶解
(2)将0.001mol氯化锌、0.0005mol硝酸镁、0.0005mol硝酸铝分散在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0.003mol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)混合物置于65℃下包覆反应4h,取出沉淀后,用去离子水洗涤5次,洗涤后产物干燥,即得低成本包覆式阻燃抑烟剂;
将本实施例制得的低成本包覆式阻燃抑烟剂用于软质PVC中制备阻燃测试材料(添加量为软质PVC质量的15%),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。
Claims (6)
1.一种低成本包覆式阻燃抑烟剂的制备方法,其特征在于,具体步骤如下:
(1)将可溶性锡盐、表面活性剂溶解在含有纳米碳酸钙的分散液中,超声至完全溶解;
(2)将可溶性金属盐分散在去离子水中,超声至分散均匀,将分散液滴加到步骤(1)混合物中,搅拌混合均匀;
(3)将沉淀剂溶解在去离子水中,超声至完全溶解,将溶液滴加到步骤(2)混合物中,搅拌混合均匀;
(4)将步骤(3)混合物置于50~80℃下包覆反应2~8h,取出沉淀后,用去离子水洗涤3~5次,干燥即得低成本包覆式阻燃抑烟剂。
2.根据权利要求1所述的低成本包覆式阻燃抑烟剂的制备方法,其特征在于:可溶性锡盐为锡酸钠、锡酸钾、氯化亚锡、四氯化锡中的一种,可溶性锡盐与纳米碳酸钙的摩尔比为1:20~1:200。
3.根据权利要求1所述的低成本包覆式阻燃抑烟剂的制备方法,其特征在于:可溶性金属盐为可溶性铝盐、可溶性镁盐、可溶性锌盐中的一种或几种,可溶性金属盐与纳米碳酸钙的摩尔比为1:20~1:200。
4.根据权利要求3所述的低成本包覆式阻燃抑烟剂的制备方法,其特征在于:可溶性铝盐为偏铝酸钠、氯化铝、硝酸铝中的一种,可溶性镁盐为氯化镁、硝酸镁中的一种,可溶性锌盐为氯化锌、硝酸锌中的一种。
5.根据权利要求1所述的低成本包覆式阻燃抑烟剂的制备方法,其特征在于:表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十六烷基三甲基溴化铵、聚乙二醇、十六烷基苯磺酸钠、硬脂酸中的一种,表面活性剂和纳米碳酸钙的质量比为1:100 ~ 1:1000。
6.根据权利要求1所述的低成本包覆式阻燃抑烟剂的制备方法,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,沉淀剂与纳米碳酸钙的摩尔比为1:10~1:100。
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