一种复合阻燃剂的制备方法

摘要

本发明涉及一种复合阻燃剂的制备方法，是以多壁碳纳米管为原料，经酸化修饰，在多壁碳纳米管表面包覆一层阻燃材料氢氧化镁，制成无机复合阻燃剂，复合阻燃剂为灰黑色粉体，既具有碳纳米管优异的力学性能和热稳定性能，又具有氢氧化镁的阻燃性能，粉体材料的管径为60-80nm，极限氧指数大于28％，可在聚合物材料中做阻燃剂使用，并有效的提高了聚合物基体材料的力学性能和热稳定性能，此制备方法工艺流程短，使用材料少，量值准确翔实，不污染环境，可在聚合物中做阻燃剂添加使用，是十分理想的无机复合阻燃剂的制备方法。

主权项

1.一种复合阻燃剂的制备方法，其特征在于：使用的化学物质原料为：多壁碳纳米管、硝酸、六水氯化镁、氢氧化钠、γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷、硝酸银、无水乙醇、去离子水、超声水，其组合用量如下：以克、毫升为计量单位多壁碳纳米管：MWNTs  C                    5g±0.001g硝酸：HNO₃                                97.5ml±0.01ml六水氯化镁：MgCl₂·6H₂O                   50.75g±0.001g氢氧化钠：NaOH                            20g±0.001gγ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：KH-560CH₂CHCH₂O(CH₂)₃Si(OCH₃)₃                   3ml±0.01ml硝酸银：AgNO₃                             1.7g±0.001g无水乙醇：CH₃CH₂OH                        100ml±0.01ml去离子水：H₂O                             100000ml±50ml超声水：H₂O                               50000ml±50ml制备方法如下：（1）精选化学物质材料对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度控制：多壁碳纳米管：固态固体            含碳量＞99.5%硝酸：液态液体                    浓度≥68%六水氯化镁：固态固体              ≥98%氢氧化钠：固态固体                ≥96%γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷：液态液体       ≥98%硝酸银：固态固体                                ≥99.5%无水乙醇：液态液体                              ≥99.7%去离子水：液态液体                              ≥99.9%超声水：液态液体                                ≥85.0%（2）配置氢氧化钠水溶液称取氢氧化钠20g±0.001g；量取去离子水1000ml±1ml；置于烧杯中，用搅拌器搅拌10min，使其混合均匀，成0.5mol/L的氢氧化钠水溶液；（3）配置硝酸水溶液量取硝酸97.5ml±0.01ml；量取去离子水402.5ml±0.1ml；置于烧杯中，用搅拌器搅拌10min，使其混合均匀，成3.0mol/L的硝酸水溶液；（4）配置六水氯化镁水溶液称取六水氯化镁50.75g±0.001g；量取去离子水1000ml±0.1ml；置于烧杯中，用搅拌器搅拌10min，使其混合均匀，成0.25mol/L的氯化镁水溶液；（5）配置硝酸银水溶液称取硝酸银1.7g±0.001g；量取去离子水1000ml±0.1ml；置于烧杯中，用搅拌器搅拌10min，使其混合均匀，成0.01mol/L的硝酸银水溶液；（6）多壁碳纳米管的表面修饰多壁碳纳米管的表面修饰是在三口烧瓶中进行的，是在加热、搅拌、水循环冷凝状态下完成的；①量取硝酸水溶液200ml±0.01ml；称取多壁碳纳米管5g±0.001g；加入三口烧瓶，成混合液；②超声分散，将三口烧瓶置于超声分散器内，超声分散器内加入超声水，进行超声分散30min±2min，超声频率为20KHz；③超声分散后，将三口烧瓶移入电热套上，开启电热套，温度升至60℃±2℃；开启搅拌器，搅拌转速300r/min；开启水循环冷凝管，进行水循环冷凝；加热、搅拌、水循环冷凝30min±2min;④关闭电热套、搅拌器、水循环冷凝管，使三口烧瓶内混合液随瓶自然冷却至25℃；⑤抽滤，将混合液置于抽滤瓶上的布氏漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，滤纸上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；⑥洗涤，抽滤将产物滤饼置于烧杯中，加入去离子水100ml，搅拌10min，成洗涤液；将洗涤液置于抽滤瓶上的布氏漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，滤纸上留存产物滤饼，洗涤废液抽至滤瓶中；洗涤、抽滤重复进行5次；⑦真空干燥，将产物滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中，进行干燥处理，干燥温度120℃±2℃，真空度0.01MPa，干燥时间360min，干燥后成产物粉末；⑧研磨、过筛，将产物粉末置于玛瑙研钵中，用玛瑙研棒进行研磨，然后用400目筛网过筛；研磨、过筛重复进行5次，研磨过筛后，得酸化修饰的多壁碳纳米管；（7）制备复合阻燃剂制备复合阻燃剂是在三口烧瓶中进行的，是在超声分散、加热、搅拌状态下完成的；①超声分散，将酸化修饰的多壁碳纳米管2.9g±0.001g置于三口烧瓶中，加入无水乙醇100ml±0.1ml，然后置于超声分散器内进行超声分散，在超声分散过程中，缓慢滴加γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷，滴加速度为2ml/min，滴加量为3ml±0.01ml，成反应液；超声频率为20KHz，超声水温度为30℃，超声分散时间为30min±2min；②超声分散后，将三口烧瓶移至电热套上，在三口烧瓶上插入搅拌器、滴液漏斗及温度计；③开启电热套，温度升至70℃±2℃；开启搅拌器，搅拌速度600r/min；④将氢氧化钠水溶液40ml±0.1ml缓慢加入三口烧瓶中，继续搅拌；⑤将六水氯化镁水溶液20ml±0.1ml由滴液漏斗加入三口烧瓶中，继续搅拌；⑥在70℃±2℃条件下搅拌120min，待反应结束后，关闭电热套，搅拌器，将含有混合溶液的三口烧瓶置于通风厨中，在通风状态下陈化240min，使其充分反应，陈化结束后，将混合溶液在自然状态冷却至25℃；⑦在加热、搅拌、滴加溶液过程中将发生化学反应，反应式如下：式中：C—Mg(OH)₂为MWNTs表面包覆氢氧化镁；NaCl为氯化钠；⑧抽滤，将混合溶液置于抽滤瓶上的布氏漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，滤纸上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；⑨洗涤，用去离子水和无水乙醇分别反复洗涤产物，使溶液由碱性成为中性，pH=7；⑩检测，用0.01mol/L的硝酸银水溶液反复对溶液中氯离子的含量进行检测，直至消除溶液中的氯离子；加入1-2滴的硝酸银，溶液中无白色沉淀，则洗涤结束；抽滤，将洗涤检测后的溶液置于抽滤瓶上的布氏漏斗中，用三层中速定性滤纸进行抽滤，滤纸上留存产物滤饼，废液抽至滤瓶中；真空干燥，将产物滤饼置于石英容器中，然后置于真空干燥箱中，进行干燥处理，干燥温度120℃±2℃，真空度0.01MPa，干燥时间480min，干燥后得复合阻燃剂产物；研磨、过筛，将干燥后的复合阻燃剂产物置于玛瑙研钵中，用玛瑙研棒进行研磨，研磨后用400目筛网过筛；研磨、过筛重复进行5次，研磨过筛后即得产物复合阻燃剂粉末；（8）检测、化验、分析、表征对制备的复合阻燃剂粉末的形貌、成分、化学物理性能、力学性能进行检测、化验、分析和表征；用JSM-6700F型场发射扫描电镜SEM进行产物的形貌分析；用FTIR-1730型红外光谱仪IR进行产物的结构分析；用CMT5205型电子万能试验机和液晶式悬臂冲击试验机进行产物的力学性能分析；用M606B型数显氧指数仪进行产物的阻燃性能分析；结论：复合阻燃剂为灰黑色粉体材料，是表面包覆氢氧化镁的多壁碳纳米管，其管径为60-80nm，将其加入到聚对苯二甲酸乙二酯基体材料中，制备成的阻燃聚合物复合材料的极限氧指数大于28%，达到了阻燃材料的要求；（9）产物储存对制备的灰黑色粉末产物储存于棕色透明玻璃容器中，密闭避光保存，置于阴凉、干燥、洁净环境，要防水、防潮、防火、防晒、防酸碱盐侵蚀，储存温度20℃±2℃，相对湿度≤10%。