[发明专利]一种复合膨胀阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合膨胀阻燃剂及其制备方法。该复合膨胀型阻燃剂由83.33~99.67wt％膨胀阻燃剂和16.67~0.33wt％油酸钠修饰的十二烷基硫酸钠插层钙镁铝水滑石组成。本发明利用Ca²⁺、Mg²⁺、Al³⁺等阳离子对水滑石进行阳离子替换改性，用十二烷基硫酸根等阴离子对水滑石进行层间插层改性以扩大层间距，提高水滑石阻燃剂的阻燃性能，并将其与膨胀阻燃剂复配形成协同阻燃体系，有效提高复配阻燃剂的阻燃性能，同时还协同保证了加入阻燃剂后的聚合物的力学性能。

技术领域

本发明属于阻燃技术领域，公开了一种复合膨胀型阻燃剂及其制备方法，具体内容涉及可应用于聚合物材料的水滑石化学改性和微观形态改性，以及改性水滑石与膨胀阻燃剂复配形成协同阻燃体系。

背景技术

随着科技发展，聚合物材料的应用范围越来越广，但是聚合物材料具有易燃的特性造成了许多安全事故和经济损失。因此，提高聚合物材料的阻燃性，已经成为安全科学与工程领域的重大课题。传统的含卤阻燃剂具有阻燃效果好、添加量少、对有机质机械性能影响小等优点，被广泛应用于高分子聚合物材料的阻燃。但由于含卤阻燃剂大多有毒、致癌且在燃烧过程中释放出大量的烟雾和卤化氢等有毒气体，产生二次污染，对环境和人类生活的不利影响日益显著，从而迫使各国政府及组织对含卤阻燃剂的使用提出限制措施。因此，开发新型的无卤环保型阻燃剂是阻燃科学发展的趋势，也是目前阻燃领域研究的重点，对人们的生命财产安全也是至关重要的。

膨胀阻燃剂(IFR)主要由三个部分组成，分别是酸源(如聚磷酸铵，简称APP等)、炭源(如PER等)和气源(如三聚氰胺等)。是目前最为热门的阻燃体系之一，具有无卤、高效、低毒等优点，应用领域十分广泛。但是IFR与卤系阻燃剂相比产烟量较大且阻燃效率相对较低，往往需要大量添加才能达到阻燃要求，这就导致复合材料力学性能大幅降低。

水滑石(简称LDHs)是一类阴离子型层状粘土，其化学组成式为[M_1-x²⁺M_x³⁺(OH)₂]A_x/n^n-·mH₂O，其中M²⁺是二价金属离子，M³⁺是三价金属离子，A^n-为层间阴离子。M(OH)₆八面体相互共棱形成层板并带正电荷，层间阴离子平衡层板电荷使整个晶体呈电中性。LDHs结构和性质的特殊性使其在吸附、离子交换、催化以及光、电、磁等方面具有广阔的应用前景。LDHs作为阻燃剂也有很好的应用，现在可作为阻燃剂应用的水滑石材料有ZnAl-BO₃-LDHs、MgAl-BO₃-LDHs和ZnAl-CO₃-LDHs、Mg-Al-CO₃-LDHs等。合成水滑石由于组成特殊，从组成上可知，兼具氢氧化镁和氢氧化铝阻燃的优点。合成水滑石阻燃主要通过气相阻燃和凝聚相阻燃两种方式。气相阻燃是燃烧时，水滑石在降解初期先释放层间的结合水和CO₂，起到稀释氧气和降低聚合物表面温度的作用；随着温度的升高，合成水滑石板层金属氢氧化物发生脱水反应，吸收热量并释放水分，进一步起到阻燃作用。凝聚相阻燃是合成水滑石板层的金属氢氧化物在燃烧降解过程中，与聚合物发生特殊的催化反应，在复合材料表面形成致密的碳层，隔绝外部的热量和氧气渗透到聚合物的内部，同时减缓聚合物在热降解时的质量损失速率。合成水滑石受热分解后，其内部形成高分散的大比表面积固体碱，对燃烧产生的酸性气体具有较好的吸附作用，从而起到抑烟作用。

传统的水滑石合成方法对其形貌、粒度和比表面积控制性较差，干燥后容易聚集，会导致与聚合物复合相容性差，进而导致材料的阻燃性下降；层板之间大量的空间和离子未能得到有效利用，阻燃性能没有得到充分发挥；常用的镁铝二元水滑石热稳定性较差，无法有效提高材料的阻燃性能。为了克服水滑石的有关缺点，国内外学者进行了水滑石阻燃剂的离子改性研究，并取得了一定的成效。