[发明专利]一种纳米有机-层状复合金属氢氧化物的制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米有机-层状复合金属氢氧化物的制备及其在阻燃组合物中的应用，属于工程塑料技术领域。

背景技术

层状复合金属氢氧化物，又称类水滑石，由于其层状复合氢氧化物含有多种金属氢氧化物，如镁铝层状金属氢氧化物就兼具氢氧化镁和氢氧化铝的优点，在分解时吸热并释放出水，CO₂等不燃物，并可促使可燃材料碳化，因此它可以代替氢氧化镁和氢氧化铝，作为聚丙烯的阻燃剂。但层状复合金属氢氧化物是一种高度含水的沉淀物，制备时由于羟基的脱水使原来的氢键连接变成了化学键连接，易产生硬团聚。使其不易在聚合物中分散。因此通过有机物改性，使它的层间剥离，制备纳米有机-层状复合金属氢氧化物，可以使其在聚合物熔体中定向排列，提高其阻燃效果，并能起到对聚合物增强增韧性能。如在公开号CN101280072B中公开了一种全氟磺酸盐插层的类水滑石用作聚丙烯阻燃抑烟剂的制备方法。在公开号CN101845241A中公开了一种利用超声波技术制备插层剥离型水滑石的方法，增加了类水滑石与聚烯烃的相容性，但使用量仍占基体的50%。

聚丙烯是非常重要的工业高聚物之一，具有生产成本低，优异的机械性能，良好的绝缘性，无毒、耐腐蚀以及密度小等优点，在化工、化纤、建筑、轻工、包装等领域，特别是汽车、家电、民用建筑等行业得到了广泛应用。但是其氧指数仅为17.4%左右，成炭率低、遇水易燃烧、发热量高、燃烧速度快，产生大量熔滴并伴有发烟现象，容易发生火灾，限制了它的应用领域，所以开发安全、高效、环境友好的PP阻燃剂是当今研究的热点之一。目前用于聚丙烯（PP）的阻燃剂主要有含卤阻燃剂、三氧化二锑（Sb₂O₃）氢氧化镁(Mg(OH)₂)、氢氧化铝（Al(OH)₃）、三聚氰胺、聚磷酸铵（APP）等，其中含卤阻燃剂和Sb₂O₃的复配物可使PP获得良好的阻燃效果，但含卤阻燃剂在燃烧时释放出大量浓烟和卤化氢气体，会造成人员伤亡、腐蚀设备等所谓的“二次灾害”。Sb₂O₃也存在增烟、有毒、粉尘、价格高的缺点，常用的Mg(OH)₂、Al(OH)₃等无机阻燃剂的添加量大（占基体的60%），对材料的机械性能影响大，因此，开发无卤、抑烟和无有毒气体的环保阻燃剂是阻燃开发的重点。

发明内容

本发明的目的提供一种纳米有机-层状复合金属氢氧化物制备方法，所制备的纳米有机-层状复合金属氢氧化物能提高层状复合金属氢氧化物在聚丙烯中的分散性，增加其与聚丙烯的相容性，同时提供了该纳米有机-层状复合金属氢氧化物在阻燃组合物中的应用，，能使阻燃组合物之间相互增效，提高阻燃温度、增大吸热量、降低阻燃剂用量，该阻燃组合物特别适合作为一种无卤、抑烟和无有毒气体的聚丙烯阻燃剂，适用于制备聚丙烯塑料。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

该纳米有机-层状复合金属氢氧化物的制备方法包括下列步骤：

a.配制浓度为0.01-0.5 M的改性剂溶液，改性剂为选自碳原子数为12-18的羧酸盐、硫酸盐、磺酸盐类中的一种表面活性剂，加热使溶液温度控制在60-80℃；

b.配制可溶性二价金属氯化物和可溶性三价金属氯化物混合盐溶液，或配制可溶性二价金属硝酸盐和可溶性三价金属硝酸盐混合盐溶液，二价与三价金属离子摩尔比2-4:1；

c.配制NaOH和Na₂CO₃的混合碱溶液，其中NaOH的浓度为0.5-2M，Na₂CO₃ 的浓度为0.1-0.4M； 

d.将b步骤配制的溶液缓慢加入到a步骤配制的溶液中，剧烈搅拌后得到混合溶液，再将步骤c配制的溶液滴加到上述混合溶液中，调节溶液pH值至9-11之间，得胶体沉淀悬浮液；

e.将步骤d配制的悬浮液在60-90℃回流晶化5-30小时，过滤后用水洗涤至中性，常温下干燥12-36小时，得层状复合金属氢氧化物；

f.将步骤e制备的层状复合金属氢氧化物和马来酸酐接枝聚丙烯在160-190℃用混炼机或挤出机混合均匀，挤出造粒，既得该纳米有机-层状复合金属氢氧化物，其中层状复合金属氢氧化物与马来酸酐接枝聚丙烯的质量比为0.5-0.8:1。