[发明专利]有机陶瓷前驱体修饰的双金属氢氧化物纳米片及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了有机陶瓷前驱体修饰的双金属氢氧化物纳米片及其制备方法与应用。该制备方法是将硼酸、烷氧基硅烷和乙烯基硅氧烷加入反应釜中，并加入有机溶剂和催化剂，在25～45℃下搅拌均匀；升温至70～95℃预聚2～5h，再升温至140～160℃反应2～5h；得到含磺酸根和乙烯基的有机陶瓷前驱体；将含磺酸根和乙烯基的有机陶瓷前驱体、双金属氢氧化物以及无水乙醇混合，超声搅拌，得到白色悬浮液；55～60℃反应2～4h。本发明所制备的产物与硅橡胶相容性好，易于分散，具有优异的热稳定性能和阻燃性能；只需添加较少量(≤5phr)即可有效提高硅橡胶的阻燃性能和热稳定性能。

技术领域

本发明涉及聚合物无卤阻燃剂的制备与应用领域，尤其是涉及一种有机陶瓷前驱体修饰的双金属氢氧化物纳米片及其制备方法与应用。

背景技术

层状双金属氢氧化物(LDH)作为一种新型环保的纳米阻燃剂，近年来得到了快速发展。LDH是由一定比例三价和二价金属阳离子作为主体片层，阴离子填充层间的层柱状化合物，片层和层间阴离子主要是通过范德华力和静电力结合。LDH的片层结构具有一定的阻隔作用，高温时分解生成水和金属氧化物，带走热量，稀释氧气和可燃气体。但LDH存在层层堆叠结构，仅通过机械共混无法使其在聚合物基体中均匀分散，会极大影响其阻燃效能的发挥。对LDH进行插层改性可以改善其与聚合物基体的相容性，提高阻燃效果，常用的插层改性剂为阴离子表面活性剂，如十二烷基硫酸盐等。Qiu等利用溶液处理法(AMOST)制备了十二烷基硫酸插层的LDH(SDS‐LDH)以及硬脂酸插层的LDH(Stearic‐LDH)，改善了LDH在聚丙烯(PP)基体中的分散性(Qiu L,Gao Y S,Lu P,et al.Synthesis and properties ofpolypropylene/layered double hydroxide nanocomposites with different LDHsparticle sizes[J].Journal of Applied Polymer Science,2018,135(18):46204.)。然而十二烷基磺酸和硬脂酸的热稳定性较差，且易于燃烧，因此，所制备的LDH阻燃效果并不理想。中国发明专利申请CN 106674598 A采用十二烷基磺酸钠对LDH进行插层改性，然后在层间引入含磷阻燃剂BHPPO，在一定程度上提高了LDH的阻燃效率，但热稳定性能仍需进一步改善。

有机陶瓷前驱体是指在高温或燃烧时可以陶瓷化的难燃物质，主要包括有机金属化合物、聚硅氮烷、聚碳硅烷、聚硼硅氧烷等。其中，聚硼硅氧烷是一类新型的有机陶瓷前驱体，其主链中含有键能较高的B‐O键和Si‐O键，且结构中存在p‐π和d‐π共轭，因而具有优异的耐高温性能和阻燃性能，显示出巨大的应用前景。周文君等以二甲基二甲氧基硅烷、二苯基二甲氧基硅烷和硼酸为主要原料采用两步法制备了聚硼硅氧烷阻燃剂，并将其应用于聚碳酸酯(PC)阻燃(周文君,宋健,陈友财,等.聚硼硅氧烷阻燃剂的合成工艺及其在聚碳酸酯中的应用[J].化工学报,2012,63(10):3365‐3371.)，研究发现添加5％(质量分数)聚硼硅氧烷的PC复合材料极限氧指数(LOI)可达39.4％，较纯PC提高了52％。但该方法合成的聚硼硅氧烷与PC基体间无化学键作用，相容性较差，需进一步改善。

发明内容

本发明的目的是针对现有LDH改性方法的不足，提供一种热稳定性好，阻燃效果显著有机陶瓷前躯体修饰的双金属氢氧化物纳米片，并用于阻燃硅橡胶。

本发明的另一目的是提供一种有机陶瓷前躯体修饰的双金属氢氧化物纳米片的制备方法。

本发明还有一目的是提供一种有机陶瓷前躯体修饰的双金属氢氧化物纳米片的应用。