[发明专利]一步原位合成法制备有机阻燃透明复合材料

摘要

本发明涉及一步原位合成法制备有机阻燃透明复合材料，以甲基丙烯酸甲酯为原料、以钠基蒙脱土、氢氧化镁为阻燃剂，先对钠基蒙脱土进行提纯，预制氢氧化镁微乳液，在四口烧瓶中，添加甲基丙烯酸甲酯单体，在氮气保护、水循环冷凝、持续恒温加热、匀速搅拌下，滴加引发剂偶氮二异丁腈无水乙醇溶液，一步合成聚甲基丙烯酸甲酯+氢氧化镁+钠基蒙脱土三相复合材料，即有机阻燃纳米复合材料，材料形貌为白色松散状复合粒子粉体，成膜后基体中氢氧化镁平均粒径为60nm，钠基蒙脱土剥离，产物透光率为85％，紫外光吸收率为40％，极限氧指数由19％提高到26％，硬度可提高10％，此方法使用设备少，工艺流程短，不污染环境，产收率高。

主权项

1.一步原位合成法制备有机阻燃透明复合材料，其特征在于：使用的化学物质材料为：十八烷基三甲基氯化铵、环己烷、正己醇、氯化镁、无水乙醇、甲基丙烯酸甲酯、N，N-二甲基甲酰胺、偶氮二异丁腈，钠基蒙脱土、氨气、去离子水、氮气，其配比用量如下：以克、毫升、厘米³为计量单位。十八烷基三甲基氯化铵：  C₁₈H₃₇N(CH₃)₃Cl                    150ml±1ml环己烷：                C₆H₁₂                              386ml±1ml正己醇：                C₆H₁₄O                             55ml±1ml氯化镁：                MgCl₂·6H₂O                        17.4327g±0.0005g无水乙醇：              CH₃CH₂OH                           500ml±1ml甲基丙烯酸甲酯：        CH₂＝C(CH₃)COOCH₃                  42ml±1mlN，N-二甲基甲酰胺：     C₃H₇NO                             53ml±1ml偶氮二异丁腈：          NCC(CH₃)₂NNC(CH₃)₂CN               0.4g±0.0001g钠基蒙脱土：            Na_0.33(Al_1.67Mg_0.33)(Si₄O₁₀)(OH)₂  5g±0.0002g去离子水：              H₂O                                10000ml±50ml氨气：                  NH₃                                10000cm³±50cm³氮气：                  N₂                                 10000cm³±50cm³一步原位合成法制备阻燃透明复合材料工艺流程如下：(1)精选化学物质材料对制备所需的化学物质材料要进行精选，并进行纯度控制：质量百分率十八烷基三甲基氯化铵：  液态液体                           ≥40％环己烷：                液态液体                           ≥99.5％正己醇：                液态液体                           ≥99.5％氯化镁：                固态固体                           ≥99.0％无水乙醇：              液态液体                           ≥99.7％甲基丙烯酸甲酯：        液态液体                           ≥99.5％N，N-二甲基甲酰胺：     液态液体                           ≥99.5％偶氮二异丁腈：          固态固体                           ≥99.89％钠基蒙脱土：  固态固体        ≥90％去离子水：    液态液体        99.9％氨气：        气态气体        99.9％氮气：        气态气体        99.9％(2)提纯钠基蒙脱土①将钠基蒙脱土5g±0.0002g，置于烧杯中，加入去离子水50ml±1ml，钠基蒙脱土∶去离子水＝1∶10；用搅拌器匀速搅拌60min±5min；静置1440min±20min；杂质沉淀；将烧杯上部的钠基蒙脱土浆液倒入离心试管中，弃掉沉淀物；②离心分离钠基蒙脱土浆液将盛有钠基蒙脱土浆液的离心管置于离心机上，开启离心机使其转动，离心分离转数为3000r/min，时间10min，进一步去除沙石；③真空抽滤将离心液置于烧杯中，加入絮凝剂聚丙烯酰胺10mg±1mg，倾倒上层清液，将烧杯中的絮凝物倒入真空抽滤瓶的布氏漏斗中，用中性双层定性滤纸进行真空抽滤5min±1min，滤纸上的留存产物为钠基蒙脱土滤饼，废液抽至滤瓶中；④无水乙醇洗涤将产物滤饼置于三口烧瓶中，加入无水乙醇50ml，用搅拌器剧烈搅拌30min，使其充分分散为悬浮乳液；⑤真空抽滤将洗涤的悬浮乳液置于真空抽滤瓶的布氏漏斗中，用中性双层定性滤纸进行真空抽滤5min，滤纸上留下的产物即为钠基蒙脱土滤饼，废液抽至滤瓶中；⑥将产物滤饼收集于烧杯中，然后置于真空干燥箱中进行干燥处理，干燥温度60℃±2℃，真空度15Pa，干燥时间360min，干燥后得到高纯度灰色疏松状钠基蒙脱土粉体；(3)制备氢氧化镁微Mg(OH)₂乳液①配制氯化镁水溶液将氯化镁17.4327g±0.0005g置于烧杯中，加入去离子水25ml±1ml，在常温下，在磁力搅拌机上进行搅拌15min，成氯化镁水溶液；②配制十八烷基三甲基氯化铵+正己醇溶液将十八烷基三甲基氯化铵150ml±1ml置于烧杯中，加入正己醇55ml±1ml，在常温下、在磁力搅拌机上搅拌30min，成十八烷基三甲基氯化铵+正己醇混合液；③配制氢氧化镁微乳液在四口烧瓶中，依次加入十八烷基三甲基氯化铵+正己醇混合液205ml±2ml、环己烷386ml±1ml、氯化镁水溶液25ml±1ml；在四口烧瓶上依次安装氨气管、搅拌器、出气管，氨气管连接氨气瓶，开启搅拌器，搅拌速度300r/min，搅拌时间30min±1min；开启氨气瓶，向四口烧瓶中输入氨气，输入速度为5cm³/min，在输入过程中，连续搅拌，用试纸进行酸碱度pH值检测，当pH≥10、呈碱性时，停止输入氨气，得到泛青色氢氧化镁微乳液；(4)配制引发剂偶氮二异丁腈+无水乙醇溶液剂将偶氮二异丁腈0.4g±0.0001g置于烧杯中，加入无水乙醇10ml±1ml，用搅拌器搅拌5min，成偶氮二异丁腈+无水乙醇混合溶液；(5)四口烧瓶中一步法原位合成三相复合粒子产物①将四口烧瓶置于电加热器上；②在四口烧瓶上依次插入氮气管、滴液漏斗、搅拌器、水循环冷凝管；③将氢氧化镁微乳液加入到四口烧瓶中；将提纯的钠基蒙脱土粉体加入到四口烧瓶中；将甲基丙烯酸甲酯单体加入到四口烧瓶中；④将引发剂偶氮二异丁腈+无水乙醇溶液置于滴液漏斗中；⑤开启电加热器，温度由20℃升至60℃±2℃；开启搅拌器，进行搅拌，搅拌时间180min；开启氮气管，向四口烧瓶输入氮气，输入速度5cm³/min；开启水循环冷凝管，出气口开启；⑥开启滴液漏斗，滴加引发剂偶氮二异丁腈+无水乙醇溶液，滴加速度1ml/min；⑦化学反应在80℃±2℃恒温状态下，继续反应480min±20min；⑧在四口烧瓶中、在加热状态下、在氮气保护下、在水循环冷凝状态下、在持续搅拌中、在滴加引发剂过程中，四口烧瓶内的氢氧化镁微乳液、钠基蒙脱土、甲基丙烯酸甲酯单体将发生聚合化学反应，聚合反应式如下：式中：CH₂＝C(CH₃)COOCH₃：甲基丙烯酸甲酯NCC(CH₃)₂NNC(CH₃)₂CN：偶氮二异丁腈引发剂聚甲基丙烯酸甲酯⑨关闭加热器，关闭氮气瓶，关闭水循环冷凝管，关闭搅拌器，四口烧瓶及其内的混合反应溶液随瓶冷却至20℃±3℃；(6)真空抽滤将混合反应溶液置于真空抽滤瓶的布氏漏斗中，用中性双层定性滤纸进行真空抽滤10min，滤纸上留下产物滤饼，废液抽至抽滤瓶中；(7)去离子水洗涤+真空抽滤10次将产物滤饼置于烧杯中，加入去离子水100ml，用搅拌器搅拌洗涤5min，成混合液；洗涤后将混合液置于布氏漏斗中，用双层定性滤纸进行真空抽滤，滤纸上留下产物滤饼；去离子水洗涤+真空抽滤重复进行十次，并收集产物滤饼；(8)真空干燥将产物滤饼置于烧杯中，然后置于真空干燥箱中，进行干燥处理，干燥温度60℃±2℃，真空度15Pa，干燥时间1440min，干燥后得最终产物：白色复合粒子粉体，即：聚甲基丙烯酸甲酯+氢氧化镁+钠基蒙脱土三相阻燃纳米复合材料，其成分如下：聚甲基丙烯酸甲酯    80％氢氧化镁            10％钠基蒙脱土          10％(9)检测、化验、分析、表征、对比对制备的白色松散状的复合粒子粉体的形貌、色泽、成分、性能、热稳定性进行检测、化验、分析、表征、对比：用场发射扫描电镜进行形貌分析；用X射线衍射分析仪进行产物晶型结构分析；用红外光谱仪进行红外光谱分析；用热重分析仪对产物粉体进行热重分析；用紫外-可见分光光度计对复合材料成膜后的紫外-可见光的透过率进行分析；(10)储存将制备的白色松散状的复合粒子粉体置于无色透明的玻璃容器中，储存于阴凉、干燥、洁净环境，要防水、防潮、放酸碱盐侵蚀，储存温度20℃±3℃，相对湿度≤10％。