[发明专利]一种苯硼酸接枝改性磷酸锆基阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于苯硼酸‑硅烷接枝改性磷酸锆基新型纳米阻燃剂，首先利用TBA对α‑磷酸锆进行预处理，再采用4‑氯苯硼酸(MSDS)对剥离后并硅烷改性的磷酸锆纳米片进行化学修饰而成。本发明所得磷酸锆基阻燃剂可有效发挥磷‑氮‑硼‑碳的阻燃协同效应，集阻燃、抑烟、增强于一身，成炭效果好，不含卤素，环境友好，可同步提升所得阻燃剂的阻燃性能及其与高分子材料的相容性；且涉及的制备方法简便，适合推广应用。

技术领域

本发明属于阻燃抑烟材料技术领域，具体涉及一种苯硼酸接枝改性磷酸锆基阻燃剂及其制备方法。

背景技术

层状纳米材料因其特殊结构(如层状可调控结构)拥有小尺寸效应、宏观隧道效应等特性；对这类层状纳米材料进行插层改性形成插层型纳米复合材料，其无机夹层会被撑开形成大长径比的单片层状材料，有利于提高所得复合材料的热稳定性、防火阻燃以及机械性能。因此，近年来，层状纳米复合材料成为纳米复合材料领域的研究热点之一。

磷酸锆是一种具有固体酸性质的层状纳米材料，具有优异的化学及热学稳定性，ZrP的层间通过氢键作用及范德华力叠加在一起，但由于层中可电离出的氢离子在微观空间内有足够的运动空间，相较于其他层间物质，其层间剥离更为简单，同时又可插入一些物质形成复合材料。此外，ZrP还具有离子交换容量大、长径比可控、粒子尺寸分布窄、易于插层剥离、层间距可调、具有固体酸特性等特点，是制备层状纳米复合材料的优秀原料。单一的磷酸锆片层在燃烧产生时，能够作为固体酸催化成炭，显著提升阻燃效果，但单一的磷酸锆所产生的碳层不够致密，且成炭作用时间短，炭层不够多，无法起到持久保护炭层的作用，这种缺陷限制磷酸锆在阻燃体系(IFRs)的应用，导致阻燃剂存在热稳定性能差、阻燃效果差等问题。

为改善磷酸锆炭层致密度低、作用时间短、炭层强度差等问题，专利CN110982122A在磷酸锆中导入三聚氰胺尿酸盐，利用磷氮复配原理法发挥一定的阻燃效果，但仅将磷酸锆作为反应型阻燃剂应用于聚氨酯中，存在复配量大、应用领域受到限制和阻燃效率不够高等问题；专利CN109810545A中将磷酸错剥离成纳米片加入到阻燃体系中，利用磷酸锆纳米片的催化作用提高聚合物的成炭作用，进而提高阻燃效率，然而并未解决磷酸锆纳米片容易出现的团聚现象，也未考虑与树脂的相容性问题，导致其阻燃效率也并不理想。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有磷酸锆类阻燃剂存在的成炭质量不佳、炭层致密度低、炭层保护时间短、易被火焰冲破等问题，提供一种基于苯硼酸-硅烷接枝改性插层磷酸锆的新型纳米阻燃剂，采用4-氯苯硼酸(MSDS)对剥离后并硅烷改性的磷酸锆纳米片进行化学修饰，可有效发挥磷-氮-硼-碳的阻燃协同效应，所得阻燃剂集阻燃、抑烟、增强于一身，成炭效果好，不含卤素，环境友好；且涉及的制备方法简便，易于推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种苯硼酸改性磷酸锆基阻燃剂的制备方法，它包括如下步骤：

1)将磷酸锆分散于水中配制磷酸锆悬浮液，向其中匀速滴加TBA，搅拌均匀后进行超声处理，得TBA预插层磷酸锆悬浮液；然后向其中滴加浓磷酸，反应得到半透明状凝胶沉淀，再用溶剂洗涤；

2)向洗涤后的凝胶沉淀中加入硅烷偶联剂和溶剂，搅拌分散均匀，然后进行加热反应；

3)加入三乙胺进行超声分散处理，再缓慢加入4-氯苯硼酸(MSDS)，进行反应，静置，离心，过滤，洗涤，干燥，即得所述苯硼酸改性磷酸锆基阻燃剂。

上述方案中，所述磷酸锆为α-磷酸锆。

上述方案中，所述硅烷偶联剂为带氨基的硅烷偶联剂，可选用KH-550、KH-570、KH-792、Sj-42中的一种或几种。

上述方案中，所述溶剂为无水乙醇、二氧六环、四氢呋喃、无水甲醇、三氯甲烷中的一种或几种。

上述方案中，步骤1)中所述超声处理温度为0～20℃，时间为0.5～1h。