[发明专利]一种氧化铈修饰铝钛水滑石的合成及其改性阻燃PET材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种氧化铈修饰的铝钛类水滑石的合成及共混改性PET阻燃复合材料的制备方法。将三氯化铝与四氯化钛合成铝钛类水滑石，合成的铝钛类水滑石与稀土氧化物氧化铈在一定条件下合成制备氧化铈改性的铝钛类水滑石。本发明制备经氧化铈表面修饰的铝钛类水滑石具有分散性较好、基体相容性较好、片层结构分明的特性，克服了传统水滑石易于团聚、片层结构不明显，热稳定性不均，协同阻燃性能较差的问题，对工程塑料具有更好的阻燃效果，而且兼具抑烟与抗熔滴性能。克服水滑石作为阻燃剂改性聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)时热稳定性较差、无法抑制发烟、熔滴的缺陷。

技术领域

本发明涉及片层水滑石结构的合成与改性及其阻燃增强工程塑料的制备领域，特别涉及一种氧化铈修饰的铝钛类水滑石的制备的合成及其修饰改性的制备与应用方法。

背景技术

水滑石是一种层柱状双金属氢氧化物(Layered double hydroxide compounds，简称LDHs)，是一类发展迅速的阴离子型粘土。水滑石具有特殊的结构和物理化学性质，如带电性质、阴离子可交换性、吸附性能、催化性能等，在催化剂、催化剂载体、杀虫剂、污水处理剂、电流变调节剂、医药、医药载体及石油工业等众多领域具有广泛的应用。LDHs用于阻燃时具有无卤、无毒、不产生有毒和腐蚀性气体、阻燃和抑烟性能优良等突出的优点。

LDHs由带正电荷金属阳离子(Mg²⁺、Al³⁺等)层板和带负电荷的层间阴离子(CO₃^2-、Cl^-等)调变而成，结构类似于水镁石Mg(OH)₂，主体为正八面体结构，水镁石中部分Mg²⁺被半径相似的三价阳离子所替代时，LDHs层板上积累较多正电荷，这些正电荷能与层间的阴离子相平衡，结晶水占据层间其他空间。这样，可通过调变层间阳离子和阴离子，实现分子组装多样化。

LDHs与Mg(OH)₂的阻燃机理相似，如吸热、稀释可燃气体、隔热等，不同的是LDHs具有更宽的热分解温度。LDHs热分解过程主要有两个阶段：第一阶段是层间水和层间阴离子的脱除；第二阶段是层板羟基的脱除。整个受热分解过程有利于降低燃烧体系的温度，所释放出的不燃性气体能够稀释可燃气体的浓度，另外LDHs生成的双金属氧化物(LDO)具有较大的比表面积，呈较强的碱性，对释放出的酸性烟气具有一定的吸附作用，同时覆盖在基材表面可以隔热并防止热分解产物的传递。

由于LDHs具有无卤、消烟、低毒等特性，所以常将LDHs应用于聚合物的阻燃处理。曹青等制得Mg-Al-LDHs/聚氨酯纳米复合材料，研究表明：阻燃剂添加量的增大，其阻燃效果明显增强，而该复合材料的力学性能逐渐降低；Huang等研究了LDHs对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的阻燃性能和力学性能的影响，研究结果表明：以LDHs为变量时，LDHs的添加增加了PMMA的弹性模量，却降低了抗张强度，但是其弹性模量和抗张强度在应用中基本达到了所需的要求；在LDHs对PMMA基材料的阻燃性能测试中发现具有极佳的消烟作用，且极限氧指数从17.4％增加到21.1％，表现出较好的阻燃性能。尽管LDHs应用于聚合物阻燃已经取得了一些成效，但是仍然存在易于团聚，阻燃效果达不到使用要求等问题。

稀土氧化物有催化氧化脱氢、促进交联成炭、捕捉自由基等作用，因此表现出一定的阻燃作用。稀土元素是具有独特电子层结构的金属元素，它们性能的相似性来源于相同的6s2价电子结构和过渡的低填充5d1轨道结构，性能的差异性则来源于4f轨道的不同充填状态。稀土元素的种类众多，稀土氧化物包括镧系元素氧化物以及钪和钇的氧化物共达17种。