[发明专利]一种水滑石-聚磷酸铵无卤阻燃剂及其制备方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及一种无卤阻燃剂及其制备方法，特别涉及一种水滑石-聚磷酸铵无卤阻燃剂及其制备方法。

(二)背景技术

近些年来，国际上越来越重视合成材料的阻燃问题，特别是对家用电器、航空、汽车等行业所用的塑料配件都提出了阻燃化的要求。阻燃剂是能够使高分子材料不易着火燃烧或能够减慢燃烧速度的一种助剂，按阻燃元素种类，阻燃剂常分为卤系、有机磷系及卤-磷系、氮系、磷-氮系、锑系、铝-镁系、无机磷系、硼系、铝系等。由于卤素阻燃剂燃烧时会产生毒气，以及人类对环保日甚一日的关注，因而卤素阻燃剂的使用受到一定限制。为了减轻阻燃剂的有害作用，以获得具有使用安全性的阻燃剂，国外很多厂商正在积极开发无卤阻燃系统，且不断有新的无卤产品问世，特别是最近两年，无卤阻燃成为人们研究的热点。

我国阻燃剂起步于50年代，60年代和70年代处于停滞阶段，只研究了少量产品，进入80年代才开始飞速发展。目前我国阻燃剂的生产厂家有40多家，品种近50种。因此，在我国无卤阻燃剂的发展必将越来越发挥出它的巨大潜力，带来极好的社会效益和经济效益。

目前主要使用的无卤阻燃剂是氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂。水滑石(LDHs)是一类层状阴离子型粘土，其兼具了氢氧化铝和氢氧化镁阻燃剂的优点，又克服了它们各自的不足，具有阻燃、消烟、填充三种功能，是一种高效、无卤、无毒、低烟的新型阻燃剂。天然存在的水滑石是一种典型的阴离子型层状化合物，其分子组成为Mg₆Al₂(OH)₁₆CO₃·4H₂O，它的结构非常类似于水镁石Mg(OH)₂，由[MgO₆]八面体共用棱形成单元层，Mg²⁺处于八面体的中心，OH-处于八面体的顶点，位于层上的Mg²⁺可在一定范围内被半径相似的Al³⁺同晶取代，使得Mg²⁺、Al³⁺、OH^-层带有正电荷。层间可交换的阴离子CO₃^2-与层板上正电荷平衡，使得整体材料呈电中性。

水滑石已经广泛用于聚合物制品的阻燃填料以及提高聚氯乙烯的热稳定性。水滑石受热分解时吸收大量的热，可降低材料表面的温度，使聚合物的热分解和燃烧速率大大降低；分解释放出的水和二氧化碳可稀释、阻隔可燃性气体；分解后的产物为碱性多孔性物质，比表面大，能吸附有害气体特别使酸性气体，同时与聚合物降解产物形成炭层保护膜，切断热能和氧的侵入。

聚磷酸铵(APP)是良好的无机阻燃剂。聚磷酸铵比有机阻燃剂价廉，毒性低，热稳定性好，可单独或与其它阻燃剂复合用于塑料的阻燃。高温下聚磷酸铵迅速分解成氨气和聚磷酸，氨气可以稀释气相中的氧气浓度，从而起阻止燃烧的作用。聚磷酸是强脱水剂，可使聚合物脱水炭化形成炭层，隔绝聚合物与氧气的接触，在固相起阻止燃烧的作用。聚磷酸铵应用十分广泛，可用阻燃塑料、纤维、橡胶、纸张和木材，还可用于森林、煤田的大面积灭火。我国对APP的研究起步较晚，阻燃剂的总体消费量一直处于低水乎，仅占世界消费量的1％，国内生产APP的厂家较少，生产规模仅在300t/a左右，主要应用于涂料。与国外水平相比，无论是质量还是产量都相距甚远。

中国专利200810061665.8公开了一种聚磷酸根柱撑水滑石无机阻燃剂及其制备方法，以水滑石为原料，煅烧得到双金属氧化物，在醋酸盐溶液中水化后得到醋酸根插层水滑石柱撑前体，将柱撑前体烘干后与低聚磷酸盐一起研磨，经二次插层制得聚磷酸根柱撑水滑石，该方法需要两次插层获得含有聚磷酸根的水滑石；中国专利200610041884.0公开了一种水滑石阻燃剂的制备方法，将铝合氢氧化钠水溶液反应得到偏铝酸钠，再在偏铝酸钠中加入碳酸钠水溶液进行反应，反应完成后再在体系中加入硫酸锌溶液进行反应，反应充分后进行结晶处理。

综上所述，由于无机阻燃剂氢氧化铝和氢氧化镁的阻燃效率低，需要大量添加才能达到一定的阻燃效果，这样将会严重影响阻燃材料的力学性能和加工流动性。聚磷酸铵是一种高效的无卤阻燃剂，同时根据水滑石层间阴离子的可交换性，期望制备一种水滑石-聚磷酸铵无卤阻燃剂，使得在阻燃剂含量较低时达到良好的阻燃效果。

(三)发明内容

本发明目的是提供一种水滑石-聚磷酸铵无卤阻燃剂及其制备方法，该阻燃剂具有无卤阻燃的特点，同时能起到填充和增强的作用，该制备方法简单，易操作，具有良好的实用性。