[发明专利]以磷灰石为晶核成分的纳米氢氧化镁阻燃剂及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合纳米无机阻燃剂及其制备方法，具体讲是以磷灰石成分为晶核的纳米氢氧化镁及其制备方法。

背景技术

作为解决合成材料易燃性问题的阻燃剂中，无机型成分所占比例已超过50％。近年来，人们发现火灾中的死亡事故有80％以上是材料产生的浓烟和有毒气体造成的，因而对阻燃剂而言，除阻燃效率外，低毒低烟也已成为了其必不可少的一项指标，并且是近年来阻燃剂研究领域内最活跃的研究课题之一。

氢氧化镁系无机添加型阻燃剂，其受热分解时能释放出水分并同时吸收大量的潜热，降低了材料表面的火焰实际温度，具有抑制高聚物分解及产生可燃气体的冷却效应，分解生成的MgO又是良好的耐火材料，也能帮助提高合成材料抵抗火焰的能力。此外，氢氧化镁的热分解温度为340～490℃，基本上能满足许多塑料树脂的混炼加工成型，而且还具有阻燃、消烟、阻滴、填充、安全、价格低等特点，与市场上销售量最大的氢氧化铝阻燃剂相比，除具有热稳定性高外，还具有高效促进基材成炭作用和强的除酸能力等特性。因此在无卤阻燃材料中，氢氧化镁在许多场合得到了广泛的应用，并正在取代氢氧化铝。

在氢氧化镁材料中，纳米氢氧化镁具有粒径小、比表面积大、活性高的特点，在阻燃、吸附、催化等方面应用日益广泛。目前纳米级氢氧化镁的制备可有直接沉淀、均匀沉淀和超重力等方法。但这些方法制备的纳米产物团聚粒径仍较大。通过提高合成温度(如采用沉淀-共沸或水热法)的方式虽可在一定程度上改善产物的分散性，但其纳米产物团聚粒径均大于1.0μm，难以实现产物的高分散，且氢氧化镁的产率不高，产品纯度不理想等，这些都是限制纳米氢氧化镁特性发挥的制约因素。

发明内容

针对上述情况，本发明将提供一种新形式的、以磷灰石为晶核成分的纳米氢氧化镁阻燃剂，并进一步提供所说阻燃剂的制备方法，以解决目前形式氢氧化镁阻燃剂的上述存在问题。

本发明以磷灰石为晶核成分的纳米氢氧化镁阻燃剂，其中的磷灰石成分与氢氧化镁成分分别以钙和镁计算的摩尔比例为(1-3)∶(3-6)。由于磷灰石类成分所具有的特殊结构，即同时含有羟基、磷酸根和碳酸根等基团，在高温磷灰石可以转变为α和β型磷酸钙，而此转变为一吸热过程，并且会释放出一定的水蒸气，所形成的陶瓷结构也可以阻止或延缓燃烧过程而起到阻燃的作用。因此本发明以磷灰石作为纳米氢氧化镁的晶核成分，不仅有利于所得到产物的高分散性，解决后目前常规纳米氢氧化镁者易团聚成较大粒径颗粒的问题，而且也有利于进一步提高阻燃性能和效果。

获得该以磷灰石为晶核成分的纳米氢氧化镁阻燃剂的基本制备方法是，在充分搅拌下向pH 10-13的含有钙盐及表面活性剂成分的水溶液中分别加入磷酸盐水溶液和镁盐溶液进行反应，以钙和镁摩尔量量计算的钙盐和镁盐比例为(1-3)∶(3-6)，以镁和磷摩尔量计算的镁盐和磷酸盐比例为(27-72)∶(0.5-1)，反应后使沉淀充分结晶析出并分离，即得所说产物。其中表面活性剂的用量无需过多，一般情况下控制其为钙盐质量1.5-3.0％的范围内即可。

由于上述制备过程是在水溶液中进行和完成的，所用原料中的钙盐、镁盐、磷酸盐等都是其相应的水溶液，因此所说的钙盐、镁盐、磷酸盐等分别应是其相应的水溶性盐类成分。例如，其中所说的钙盐一般以采用如氯化钙、硝酸钙(如常见的氯化钙、四水合硝酸钙)等水溶性氯化物或硝酸盐为好；所说的镁盐一般采用如绿化镁、硝酸镁(如常见的六水合氯化镁、六水合硝酸镁)等镁的水溶性氯化物或硝酸盐之一为好；所说的磷酸盐一般以采用如钠、钾等常用的碱金属磷酸盐或相应的磷酸氢盐之一为好。

以钙盐和磷酸盐制备作为晶核的磷灰石的反应需在适当的碱性条件下进行，试验显示，以碱性相对较为温和的物质作为反应系统pH值的调节剂是理想的，如常用的氨水、钠、钾等常用碱金属的碳酸盐或碳酸氢盐、以及这些碱金属的磷酸盐或其相应的酸式盐等，其中可作为优选的是用氨水调节所说反映系统的溶液pH值。

表面活性剂类成分在上述制备过程中可以能显著降低水的表面张力，从而能使沉淀在水中形成更好的悬浮状态，有利于提到沉淀的分散性。试验显示，常用的各类表面活性剂成分均可以使用，并特别可以包括如常用的烷基硫酸盐、烷基苯磺酸盐或醇醚羧酸盐等阴离子表面活性成分为优选。

为避免反应过程中所形成的磷灰石晶核沉淀颗粒的团聚和减小沉淀颗粒的粒径，提高其分散程度，在充分搅拌及反应过程的时间可以接受的情况下，上述制备过程中所说的向反应体系中加入磷酸盐水溶液和/或镁盐溶液时，加入的速度宜慢不宜快。例如，特别以采用滴加方式的操作为优选。