[发明专利]一种单层硅酸盐纳米片改性氢氧化铝及其制备方法

说明书

一种单层硅酸盐纳米片改性氢氧化铝及其制备方法，所述改性氢氧化铝由单层硅酸盐纳米片和氢氧化铝颗粒组成。本发明改性氢氧化铝的制备方法，通过超声震荡液相剥离法制备单层硅酸盐纳米片，在表面改性剂存在下将反应制备的氢氧化铝浆料中，加入改性单层硅酸盐纳米片分散液配成固含量50－90％的浆料，湿法搅拌研磨获得粒径为0.05‑2 um的改性氢氧化铝。本发明充分利用了硅酸盐纳米片的硅元素的交联作用、催化成炭作用和片层结构的阻隔作用，在保持氢氧化铝的阻燃作用的同时，通过硅酸盐纳米片交联、催化和阻隔作用，提高聚合物在燃烧时的成炭能力和抑烟效果，进而更好地提高聚合物复合材料的阻燃性能。

技术领域

本发明涉及一种单层硅酸盐纳米片改性氢氧化铝及其制备方法，属无机阻燃剂技术领域。

背景技术

有机高分子材料应用非常广泛，为人们的日常生活带来了极大的便利，但是它们大部分都易燃，限制了它们的应用领域。因此，常需要对高分子材料进行阻燃改性，避免火灾的快速扩展，减低火灾的发生，减少有毒烟气释放量。其中，使用添加型阻燃剂是常用办法之一，具有简单易行经济实惠的优点。

氢氧化铝是一种用量最大和应用最广的填充型阻燃剂，它通过材料燃烧过程中受热分解时释放出结合水，吸收大量的潜热，来降低它所填充的合成材料在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用。分解生成的氧化铝覆盖在燃烧物表面，也能帮助提高合成材料的抗火性能，同时它放出的水蒸气也可作为一种抑烟剂。因此，氢氧化铝获得较广泛的应用，使用量也在逐年增加。应用范围包括热固性塑料、热塑性塑料、合成橡胶、涂料及建材等行业。然而，氢氧化铝作为无机阻燃剂，存在添加量大、阻燃效率低等问题，因此，添加氢氧化铝后，会降低高分子材料的物理力学性能，限制的应用范围。因此，氢氧化铝阻燃剂向着高效化、超细化、抑烟等方面发展。

硅酸盐纳米片具有催化成炭效应、片层阻隔效应、硅元素的交联作用和优异的耐热性能，广泛应用于催化反应、阻燃增效等领域。研究发现，在PP/APP/PER体系中添加1-2％的硅酸盐纳米片，复合材料的氧指数值从29.0％提高到32.0％，UL-94测试从V-1提高到V-0级，效果明显。但是，硅酸盐纳米片容易团聚，在高分子材料中不容易均匀分散，尤其是添加量少时，难以获得分布均匀的纳米复合材料。

因此，如何在保持硅酸盐纳米片和氢氧化铝优势的情况下，进一步提高氢氧化铝的阻燃效率，降低添加量，提高硅酸盐纳米片的分散性能成为氢氧化铝和硅酸盐纳米片应用的关键。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术中的上述问题，为了利用硅酸盐纳米片的交联作用、催化作用，改善阻燃剂的成炭作用，提出一种单层硅酸盐纳米片改性氢氧化铝及其制备方法。

本发明实现的技术方案如下，一种单层硅酸盐纳米片改性氢氧化铝，由单层硅酸盐纳米片和氢氧化铝颗粒制成，所述单层硅酸盐纳米片的厚度为0.1-50nm，长度或宽度为0.05-2um，所述氢氧化铝颗粒的等效直径为0.1－10um。

一种单层硅酸盐纳米片改性氢氧化铝的制备方法，步骤如下：

(1)单层硅酸盐纳米片的制备：将硅酸盐纳米片粉末加入水中，用超声震荡剥离法将其搅拌均匀后升温至35-100℃；加入插层改性剂，超声振荡下机械搅拌0.5-24h；滴加碱性调节剂调节反应体系pH值为7-12；反应0.5-12h后加热至50-100℃，继续反应1-12h，得到硅酸盐纳米片浆料，超声振荡的波长是28-40kHz。

(2)改性氢氧化铝的制备：将反应得到的氢氧化铝浆料直接送入研磨机中，加入表面改性剂，在55-95℃下研磨至0.1-10微米后，加水配成固含量50-90％的浆料，加入步骤(1)得到的单层硅酸盐纳米片浆料；湿法研磨1-12h，将浆料经过水洗、离心脱水，干燥至含水量小于0.4％，得到改性氢氧化铝成品。

所述硅酸盐纳米片粉末与水的质量比为1:100－1:1。