[发明专利]一种三元硼酸根水滑石阻燃剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种三元硼酸根水滑石阻燃剂及其制备方法和应用，属于塑料类阻燃材料制备技术领域，是以Mg²⁺、Al³⁺、Zn²⁺三种盐类为片层主体，在阴离子为硝酸根的层间，通过双滴共沉淀的方法，用硼酸根离子取代硝酸根离子，制备得到三元硼酸根水滑石阻燃剂,即MgAlZn‑BO₃‑LDHs。本发明提供所述阻燃剂的制备方法和应用方法。所得阻燃剂结构均一，且操作条件温和、环保节能，在材料制备方面有较大的发展前景，得到的三元硼酸根水滑石阻燃剂的阻燃效果好，具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于塑料类阻燃材料制备技术领域，尤其是一种三元硼酸根水滑石阻燃剂及其制备方法和应用。

背景技术

聚丙烯是一种应用十分广泛的工程塑料，其品质也十分优良，虽然PP具备着各种各样的优良的性能，它也想其他的高分子材料具有相同的特点就是它的易燃性，使其在生产生活中应用受到了很多限制。当PP被引燃之后，燃烧过程中的燃烧速度很快，会有明显的滴落现象，燃烧产生带火焰的滴落物极易滴落并包裹于物体表层，导致物体的下层被余焰引燃并且对物体产生严重的腐蚀等灾害。这在工业应用等方面来来看，是一种尤为严重的隐患，一旦发生火灾，将面临巨大的经济损失。

随着高分子材料行业的广泛普及和发展，阻燃剂的全球用量持续增长，在国内有关阻燃领域的研究大多集中于添加剂复配的研发上，例如使用有机配料或者无机配料以及其他大组中的复合添加剂的研究。

碳酸根水滑石在受热时，其结构水合层板羟基及层间离子以水和CO₂的形式脱出，起到降低燃烧气体浓度，阻隔O₂的阻燃作用；水滑石的结构水，层板羟基以及层间离子在不同的温度内脱离层板，从而可在较低的范围内(200～800℃)释放阻燃物质。在阻燃过程中，吸热量大，有利于降低燃烧时产生的高温，但碳酸根插层改性的效果不明显，制备工艺复杂。

公布号为CN101830490 A的中国发明专利《一种硼酸根插层类水滑石化合物的清洁制备方法》，可以证明可成功制备硼酸根插层的水滑石。但是，该项专利发明使用的制备原料为镁铝的氢氧化物，通过文献记载氢氧根离子的交换难度较大，会导致插层率降低。从该专利中的XRD图中可看出(003)晶面的2θ角并没有明显的向低角度位置移动，由此也可证明以以金属氢氧化物为原料的制备效果并不理想。

公布号为CN105565348 A的中国发明专利《一种纳米粒径硼酸根插层类水滑石化合物及其清洁制备方法》，虽然该专利选择了金属氢氧化物为原料，但是他们利用了高温高压的水热法使反应顺利进行。但是水热反应比较耗能，反应的经济成本会很高，如果想利用此方法进行产业化生产，可能会加大生产的难度。

公布号为CN107245166A的中国发明专利《一种纳米二氧化硅核壳粒子插层改性的三元锌镁铝水滑石热稳定剂的制备方法》采用的制备方法分为两步，第一步制备水滑石，第二步将二氧化硅核壳粒子插入到水滑石中，虽然方法可行，但是两步反应比较耗能且步骤繁琐。

公布号为CN1468913A的中国发明专利《一种硼酸根插层水滑石及其制备方法和将其用作阻燃剂》也是两步法，即先制备水滑石，然后对其进行插层改性。第一步制备的水滑石为碳酸根水滑石，其稳定性非常强，很难可以将碳酸根置换出来，所以产率会很低，根据专利中的数据可知(003)的2θ角变化很小，很难说明硼酸根水滑石可以提高材料的阻燃性能，也可能是因为协效阻燃的关系使得材料的阻燃性能增加。所以，要想证明是硼酸根水滑石的阻燃性能，就要制备相对较为纯净的硼酸根水滑石。

综上所述，现有的插层水滑石(LDEs)的制备方法工艺复杂，成本较高，而且插层改性的效果不明显，需要研究一种三元硼酸根水滑石阻燃剂及其制备的方法，同时采用该三元硼酸根水滑石阻燃剂在塑料类阻燃材料制备技术领域的应用。

发明内容