一种蒙脱土复合阻燃剂及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种阻燃剂，特别涉及一种蒙脱土复合阻燃剂及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 易被低价的阳离子取代，表面层带负电，因而层间具有良好的离子交换性能和吸 附性能，易将一些带正电的阳离子和极性分子吸附在层间。将有机物引人层间制得的有机 蒙脱土层间距大，膨胀性能好，同时改善了无机物的界面极性和化学微环境，使单体更有效 地插人其层间，是有机/无机纳米复合材料的一种优良填料，广泛应用于涂料、防沉降油 漆、固体催化剂等的制备工业中。
[0003] 1976年日本学者Fujiwara等首次提出粘土在聚合物复合材料的阻燃方面存在应 用潜力；1998年美国国家标准和技术研究所的建筑和火灾实验室Giannelis等率先开展了 聚合物/粘土复合材料的阻燃性能的系统研究。聚合物/层状硅酸盐复合材料的阻燃性能 的研究近几年来受到广泛关注，研究表明，阻燃技术与聚合物/层状硅酸盐复合技术相结 合，以相对较少的阻燃剂添加量，形成协同高效阻燃体系，能有效提高阻燃性能，达到相关 的阻燃标准，火灾危险性较低，并能保持或提高材料的其它性能，从而达到使用要求。因此 阻燃聚合物/蒙脱土复合材料有可能是一种具有相当潜力的阻燃材料。
[0004] 聚合物/蒙脱土复合材料燃烧时，聚合物表面形成多孔的含硅酸盐炭层，此层作 为优良的绝缘和传质屏障能提高材料的阻燃性能，延缓材料热分解时产生的挥发性产物的 逸出。在聚合物/蒙脱土纳米复合材料中添加常规阻燃剂在不降低阻燃级别的情况下，阻 燃剂的用量（与纯高聚物相比）明显减少，可见阻燃剂和蒙脱土具有一定的协同阻燃作用。 但这种体系只是通过三者简单的物理共混得到，蒙脱土和膨胀型阻燃剂在聚合物基体中很 难实现均匀分散，严重影响在材料燃烧过程中两者协同阻燃作用的发挥。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种蒙脱土复合阻燃剂，该阻燃剂不含卤素、阻燃效果好、 适用范围广、符合环保要求。
[0006] 本发明要解决的第二个技术问题在于提供一种上述阻燃剂的制备方法。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0008] -种蒙脱土复合阻燃剂，其结构如式（I)所示：
[0009]
[0010] 式（I)中，条状物表示蒙脱土，插入蒙脱土层间的化合物为膨胀型阻燃剂，所述膨 胀型阻燃剂的质量含量为3~30%。所述的蒙脱土复合阻燃剂，其膨胀型阻燃剂通过离子 键与蒙脱土相连。所述的蒙脱土复合阻燃剂适用于加工温度为300°C以内的高分子材料改 性。所述的蒙脱土复合阻燃剂不溶于水、有机溶剂。
[0011] 作为优选，所述的膨胀型阻燃剂是通过三聚氰胺和二苯氧基磷酰氯反应制得。
[0012] -种蒙脱土复合阻燃剂的制备方法，该方法是：蒙脱土与三聚氰胺盐酸盐进行离 子交换反应，制得三聚氰胺改性蒙脱土，然后与二苯氧基磷酰氯反应制得蒙脱土复合阻燃 剂。
[0013] 所述的三聚氰胺盐酸盐，是通过三聚氰胺溶于盐酸配置得到，三聚氰胺与HCl的 物质的量之比为1. 〇: I. 〇~1. 5,盐酸的浓度为0. lmol/L~0. 5mol/L。
[0014] 作为优选，蒙脱土与三聚氰胺盐酸盐的质量比为7~101 :1。
[0015] 作为优选，该方法具体是：在反应釜中加入适量蒸馏水及蒙脱土，加热到80±2°C 并搅拌2小时，再加入三聚氰胺盐酸盐，在80±2°C下搅拌12小时，将过滤得到的产物 用80±2°C蒸馏水多次洗涤，直至滤出水中不含卤离子或硝酸根离子，将得到的固体在 70±2°C下真空干燥至恒重，得到三聚氰胺改性蒙脱土；
[0016] 将三聚氰胺改性蒙脱土加入到有机溶剂中，超声分散后，在室温下滴加二苯氧基 磷酰氯和适量有机溶剂的混合液，并升至回流温度，继续搅拌反应至充分，然后把反应得到 的悬浮液过滤，用甲醇反复洗涤，并在80±2°C下干燥24小时以上，制得蒙脱土复合阻燃 剂。
[0017] -种所述的蒙脱土复合阻燃剂在制备聚氨酯/蒙脱土复合阻燃剂复合材料方面 的应用，蒙脱土复合阻燃剂的加入量为5_20wt%。
[0018] 本发明利用纳米蒙脱土含有Na+、K+、Ca' Mg2+等可交换阳离子的特点，采用离子 交换法来实现蒙脱土有机化。经膨胀型阻燃剂表面有机化处理的蒙脱土，不仅降提高其在 聚合物基体中的分散性和相容性，而且负载在蒙脱土表面的膨胀型阻燃剂能促进炭层的形 成，提高对聚合物基体的阻燃作用，为解决上述蒙脱土阻燃改性高分子材料存在的问题提 供了一种新的途径。
[0019] 与现有技术相比，本发明的有益效果体现在如下几方面：
[0020] 1、本发明制得的蒙脱土复合阻燃剂，利用离子交换反应将膨胀型阻燃剂引入蒙脱 土层间，致使蒙脱土层状结构撑开，层间距变大，有利于聚合物的插层复合，提高蒙脱土在 聚合物中分散性，实现对高分子材料的纳米改性；
[0021] 2、本发明所述的蒙脱土复合阻燃剂采用无卤阻燃体系，减少了材料使用过程中的 "二次危害";本发明所述的阻燃剂利用膨胀型阻燃剂与蒙脱土协同阻燃作用，提高对聚合 物的阻燃效果，减少阻燃剂在聚合物的使用量，降低阻燃材料的成本；
[0022] 3、本发明所述的阻燃剂不含卤素、阻燃效果好、适用范围广、符合环保要求。
【附图说明】
[0023] 图1是本发明的蒙脱土复合阻燃剂的红外光谱图。
【具体实施方式】
[0024] 下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发 明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落 入本发明保护范围。
[0025] 在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等 均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常 规方法。
[0026] 实施例1
[0027] 将6. 4g三聚氰胺溶于508mL浓度为0. lmol/L盐酸中，搅拌1小时后配得三聚氰 胺盐酸盐。在2L不锈钢反应釜中加入SOOmL蒸馏水及80g蒙脱土，加热到80°C并强烈搅拌 2小时，加入上述三聚氰胺盐酸盐，在80°C下强烈搅拌12小时，将过滤得到的产物用80°C蒸 馏水多次洗涤，直至滤出水中不含卤离子或硝酸根离子，将得到的固体在70°C下真空干燥 至恒重，得到三聚氰胺改性蒙脱土。
[0028] 将8. 64g三聚氰胺改性蒙脱土加入到300mL甲苯中，超声分散30分钟后，移入到 装有机械搅拌、温度计、回流冷凝管及滴液漏斗的干燥四口瓶中，室温下滴加13. 6g二苯氧 基磷酰氯和50mL甲苯混合液，并升至回流温度，继续搅拌反应8小时，然后把反应得到的悬 浮液过滤，用甲醇反复洗涤，并在80°C的烘箱中干燥24小时，制得蒙脱土复合阻燃剂，其中 膨胀型阻燃剂的质量含量为20%。蒙脱土复合阻燃剂的红外光谱图见图1。
[0029] 实施例2
[0030] 将0. 96g三聚氰胺溶于90mL浓度为0. lmol/L盐酸中，搅拌1小时后配得三聚氰 胺盐酸盐。在2L不锈钢反应釜中加入SOOmL蒸馏水及97g蒙脱土，加热到80°C并强烈搅拌 2小时，加入上述三聚氰胺盐酸盐，在80°C下强烈搅拌12小