[发明专利]用铝土矿选矿尾矿制备的膨胀型阻燃剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及Al-P-N膨胀型阻燃剂，具体涉及用铝土矿选矿尾矿制备Al-P-N膨胀型阻燃剂。

背景技术

随着社会发展，各种高聚物越来越多地被用于建筑、纺织、交通运输、电子电器等领域。这些物质在促进社会文明的同时，也由于其易燃性而带来许多火灾隐患。预防和控制火灾，技术上根据燃烧三要素(可燃物、空气、温度)相互作用原理，目前主要采取在高聚物(主体物质)中加入阻燃剂的措施。阻燃剂在高聚物中主要通过分解吸热、释放不燃气体、形成隔热隔氧层、捕获高聚物燃烧时产生的活性自由基等机理来阻止或延缓高聚物燃烧或燃烧速度，从而为火灾扑救和人员逃生赢得时间。目前工业使用量最大的阻燃剂为氯-锑系。随着环保的日益重视和阻燃剂无氯化、无烟化趋势的要求，对环境和生物造成危害的氯-锑系阻燃剂将会逐渐淡出市场。研发无卤、抑烟、环保等多重效能兼备且价廉的阻燃剂成为近年来阻燃领域中的重点研究课题之一。

铝土矿选矿尾矿具有产出量大，化学成分复杂，有用成分含量高，难以堆存等特点。随着矿产资源的大量开发和利用，矿石资源日益贫乏，尾矿作为二次资源的再利用问题也已受到世界各国的重视。目前，铝土矿选矿尾矿主要作为耐火材料的原料和高聚物的填料来使用。作为填料使用时，人们只注意了尾矿的增量作用，却忽视了其阻燃功能。尾矿中80％以上为含水的粘土矿物和一水硬铝石，他们受热后在300℃～600℃吸热失水，失水时吸收的热量对基材具有冷却作用；脱去的水分对高聚物燃烧时产生的各种气体具有稀释作用；另外，一水硬铝石和粘土矿物失水后的物质具有催化性能和较大的吸附性能，能够吸附一些有毒气体及碳化物颗粒，起到消烟和成碳作用。因而尾矿具有理论上的阻燃性和抑烟性。然而尾矿失水时吸收的热量不多，失水量约15％，阻燃作用不明显，为了在不恶化基材力学性能的前提下起到阻燃作用，铝土矿选矿尾矿必须与与其具有阻燃协效作用的阻燃剂联合使用。

铝土矿选矿尾矿中主要矿物成分为含水氧化铝和粘土矿物，文献报道的与氧化铝和粘土矿物(比如高岭土、蒙脱土)具有阻燃协效作用的阻燃剂或阻燃体系有氯/锑系、磷/氮系等。氯/锑系由于对人体健康和环境有害，国际上已有法规禁止使用。磷/氮系被认为是一种环保、高效的膨胀型阻燃剂，其与粘土矿物、氧化铝、水合氧化铝联合使用一方面可以改善膨胀碳层的质量，增加成碳量；另一方面还具有消烟作用。

文献报道的这类磷/氮系有聚磷酸铵、磷酸三聚氰胺等，如专利CN1733778中将含水氧化铝与磷酸、三聚氰胺反应制备了阳离子改性的磷酸三聚氰胺盐；A.Cdst-Rovinci、F.Ldoutid等研究了聚磷酸铵、红磷与水合氧化铝的阻燃协效机理，认为磷酸根与金属离子之间形成的玻璃质磷酸铝具有稳定膨胀碳层的作用，从而可以更加有效地阻隔氧。铝土矿选矿尾矿中主要矿物颗粒表面全部或部分被铝等金属离子包围，具有与磷酸、磷酸铵、聚磷酸等含磷物质产生表面化学键合的条件，通过化学调控，可在一水硬铝石和粘土矿物表面形成铝的酸式磷酸盐，这些酸式磷酸盐可与氨水、三聚氰胺等碱性或弱碱性物质发生反应，最终在一水硬铝石和粘土矿物表面生成Al-P-N复合物包覆膜。当Al-P-N复合物和高聚物受热时，可生成更加稳定的Al-P-O-C键，从而起到稳定碳层和阻隔氧的作用。但Al-P-N复合阻燃剂中参与成碳的磷很少，受热时不能形成有效的膨胀碳层，阻燃效率不高；另外尾矿颗粒表面罩盖的Al-P-N复合物为极性物质，存在与高聚物相容性差的问题，若大量添加，必然损坏基材的力学性能。

发明内容

本发明目的在于高效大规模利用铝土矿选矿尾矿制备膨胀型阻燃剂，并进一步解决用铝土矿选矿尾矿制备Al-P-N复合阻燃剂时，Al-P-N复合阻燃剂阻燃效率不高，与高聚物相容性差的问题，制备出一种阻燃性高、与高聚物相容性好的膨胀型阻燃剂。

本发明铝土矿选矿尾矿制备膨胀型阻燃剂由下述方法制备而成：首先将选矿尾矿与含磷、含氮物质在球磨细化过程中反应，在选矿尾矿颗粒表面罩盖一层Al-P-N复合物，实现第一层包覆；然后将包覆尾矿依次用树脂预聚物，磷酸盐包覆，得到树脂包覆的铝土矿选矿尾矿。为了增加包膜厚度，可重复进行包覆，多层包覆后，得到具有膨胀性的树脂包覆尾矿。

具体说，本发明树脂包覆铝土矿选矿尾矿制备膨胀型阻燃剂的方法，包括：

(1)将选矿尾矿、磷酸或磷酸铵或聚磷酸混合细磨，然后加入三聚氰胺，球磨、干燥、煅烧，得到Al-P-N复合物包覆的铝土矿选矿尾矿；