一种金属改性mcm-41分子筛的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种金属改性MCM-41分子筛的制备方法及其应用
【背景技术】
[0002]介孔分子筛是指孔径在2~10nm之间，孔分布均匀且具有规则孔道结构的无机多 孔材料。介孔分子筛由于具备规整的孔道结构，可使聚合物分子链进入分子筛孔道内，限制 分子链运动，纳米级的介孔孔壁本身具有良好的绝热性和阻隔性，能有效延缓孔内树脂分 子链的热分解及分解生成的小分子物质的释放，从而使材料耐热性有较大程度的提高，与 此同时，分子筛还具有良好的催化能力，是一种性能良好的阻燃剂。
[0003]聚乙烯是一种热塑性树脂，具有无臭、无毒、耐低温、化学稳定性好等性能，在生产 和生活中有广泛的应用，但聚乙烯本身易燃并伴随大量的热和有害气体，为生产、生活中的 使用埋下了巨大的隐患，因此它的阻燃就具有十分重要的意义。传统卤系阻燃因燃烧中释 放大量的有害气体以逐渐被IFR膨胀阻燃剂、金属氧化物阻燃剂所代替，但这两种阻燃剂也 存在一定的弊端，如热失重很高，热释放高，热降解成碳低等。
【发明内容】
[0004] 本发明为了解决现有IFR膨胀阻燃剂及聚乙烯材料热失重高，热释放高，热降解成 碳低的问题，提供一种金属改性MCM-41分子筛的制备方法及其应用。
[0005] 本发明金属改性MCM-41分子筛的制备方法按以下步骤进行：
[0006] 一、取十六烷基三甲基溴化铵0.56g~1. lg溶于18mL~40mL去离子水中，依次加入 5mL氨水、0.4g~0.7g酒石酸和0.4g~0.9g金属改性剂，搅拌0.5h~1.5h后，加入3mL~5mL 娃源物质，调节pH值至8~12;继续搅拌6h~8h，然后调节反应爸温度至90 °C~120 °C反应24 小时;所述氨水质量浓度为20% ;所述调节pH值采用的试剂为氢氧化钠;所述金属改性剂为 硝酸铁或硝酸镍等;所述硅源物质为正硅酸乙酯或硅酸钠等；
[0007] 二、将反应物从反应釜中取出，经去离子水洗涤、抽滤后置于烘箱中，在80°C烘干5 ~8小时，然后将烘干后的反应物置于马弗炉中，以3°C/min的升温速率升温至500°C~600 °C，保温3~8小时，此时除去了模板剂十六烷基三甲基溴化铵，即制得金属改性MCM-41分子 筛;所述金属改性MCM-41分子筛为铁改性MCM-41分子筛或镍改性MCM-41分子筛；
[0008] 所述利用金属改性MCM-41分子筛改性IFR膨胀阻燃剂，具体方法按以下步骤进行：
[0009] 按质量比为(6~3): 1称取IFR膨胀阻燃剂和金属改性MCM-41分子筛作为原料，然 后将称取的原料置于高速粉碎机内混合lmin，将混合后的原料置于星式球磨机中在450r/ min的转速下研磨30min，得到改性后的IFR膨胀阻燃剂。
[0010] 本发明所述的方法具备以下有益效果：
[0011] 1、本发明中金属改性MCM-41分子筛与IFR膨胀阻燃剂之间存在良好的协同阻燃作 用，应用于聚乙烯材料中后，促进催化成炭过程，降低聚合物热降解速率和燃烧热释放速 率，更利于形成稳定的炭层结构，无熔滴、发烟量小，本发明金属改性MCM-41分子筛、IFR膨 胀阻燃剂和聚乙烯材料复合后，与只添加 IFR阻燃剂的聚乙烯材料相比，残炭量增加至5% ~6%;可使材料的阻燃性能有很大提升；与纯聚乙烯材料相比热释放峰延后4°C~5°C，热 释放量降低6MJ/m2~1OM J/m2，热降解速率下降2K J/m2~30K J/m2;
[0012] 2、本发明将金属改性分子筛加入到IFR膨胀阻燃剂中，促进了IFR膨胀阻燃剂与聚 合物基体的相容性，降低了阻燃剂的加入量，规避了因阻燃剂的大量加入而导致的材料力 学性能下降的缺点。
[0013] 3、本发明所提供的分子筛制备方法及复合材料制备方法，工艺简单，操作条件温 和，易于大量生产，无有毒有害气体产生，对环境友好。
[0014] 4、本发明将分子筛MCM-41负载铁、镍等金属粒子，利用铁、镍改性后分子筛的催化 成碳作用，与传统膨胀阻燃剂共同作用，获得了热降解性能和燃烧性能更好的聚乙烯材料。
【附图说明】
[0015] 图1为实施例1制备的复合聚乙烯材料PE/IFR/Ni-MCM-41的扫描电镜图；
[0016] 图2为实施例1制备的负载镍粒子的镍改性分子筛Ni-MCM-41的扫描电镜图；
[0017] 图3为实施例2制备的复合聚乙烯材料PE/IFR/Fe-MCM-41的扫描电镜图；
【具体实施方式】
[0018] 本发明技术方案不局限于以下所列举【具体实施方式】，还包括各【具体实施方式】间的 任意合理组合。
【具体实施方式】 [0019] 一:本实施方式一种金属改性MCM-41分子筛的制备方法，该方法按 以下步骤实现：
[0020] -、取十六烷基三甲基溴化铵0.56g~1. lg溶于18mL~40mL去离子水中，依次加入 5mL氨水、0.4g~0.7g酒石酸和0.4g~0.9g金属改性剂，搅拌0.5h~1.5h后，加入3mL~5mL 娃源物质，调节pH值至8~12;继续搅拌6h~8h，然后调节反应爸温度至90 °C~120 °C反应24 小时；
[0021] 二、将反应物从反应釜中取出，经去离子水洗涤、抽滤后置于烘箱中，在80°C烘干5 ~8小时，然后将烘干后的反应物置于马弗炉中，以3°C/min的升温速率升温至500°C~600 °C，保温3~8小时，此时除去了模板剂十六烷基三甲基溴化铵，即制得金属改性MCM-41分子 筛;所述金属改性MCM-41分子筛为铁改性MCM-41分子筛或镍改性MCM-41分子筛。
[0022] 本实施方式所述的方法具备以下有益效果：
[0023] 1、本实施方式所提供的分子筛制备方法及复合材料制备方法，工艺简单，操作条 件温和，易于大量生产，无有毒有害气体产生，对环境友好。
[0024] 2、本实施方式将分子筛MCM-41负载铁、镍等金属粒子，利用铁、镍改性后分子筛的 催化成碳作用，与传统膨胀阻燃剂共同作用，获得了热降解性能和燃烧性能更好的聚乙烯 材料。
[0025]【具体实施方式】二:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一所述的氨水质 量浓度20%。其它步骤与参数与【具体实施方式】一相同。
[0026]【具体实施方式】三:本实施方式与【具体实施方式】一不同的是:步骤一所述的调节pH 值采用的试剂为氢氧化钠。其它步骤与参数与【具体实施方式】一相同。
【具体实施方式】 [0027] 四：本实施方式与一至三不同的是：步骤一所述的所 述金属改性剂为硝酸铁或硝酸镍。其它步骤与参数与一至三中任意一项实施 方式记载的相同。
【具体实施方式】 [0028] 五:本实施方式与一至四不同的是：步骤一所述的所 述硅源物质为正硅酸乙酯或硅酸钠。其它步骤与参数与一至四中任意一项实 施方式记载的相同。
[0029]【具体实施方式】六:本实施方式利用金属改性MCM-41分子筛改性IFR膨胀阻燃剂，具 体方法按以下步骤进行：
[0030]按质量比为(6~3): 1称取IFR膨胀阻燃剂和金属改性MCM-41分子筛作为原料，然 后将称取的原料置于高速粉碎机内混合lmin，将混合后的原料置于星式球磨机中在450r/ min的转速下研磨30min，得到改性后的IFR膨胀阻燃剂。
[0031 ]本实施方式所述的方法具备以下有益效果：
[0032] 1、本实施方式中金属改性MCM-41分子筛与IFR膨胀阻燃剂之间存在良好的协同阻 燃作用，应用于聚乙烯材料中后，促进催化成炭过程，降低聚合物热降解速率和燃烧热释放 速率，更利于形成稳定的炭层结构，无熔滴、发烟量小，本发明金属改性MCM-41分子筛、IFR 膨胀阻燃剂和聚乙烯材料复合后，与只添加 IFR阻燃剂的聚乙烯材料相比，残炭量增加至 5%~6%;可使材料的阻燃性能有很大提升;与纯聚乙烯材料相比热释放峰延后4°C~5°C， 热释放量降低6MJ/m 2~10M J/m2，热降解速率下降2K J/m2~30K J/m2;
[0033] 2、本实施方式将金属改性分子筛加入到IFR膨胀阻燃剂中，促进了IFR膨胀阻燃剂 与聚合物基体的相容性，降低了阻燃剂的加入量，规避了因阻燃剂的大量加入而导致的材 料力学性能下降的缺点。
[0034]用以下实施例验证本发明的有益效果：
[0035] 实施例1
[0036] 一、取十六烷基三甲基溴化铵l.lg溶于25mL去离子水中，依次加入5mL氨水、0.5g 酒石酸和〇. 8g金属改性剂，搅拌0.5h后，加入5mL娃源物质，调节pH值至9;继续搅拌6h，然后 调节反应釜温度至l〇〇°C反应24小时;所述氨水质量浓度为20%;所述调节pH值采用的试剂 为氢氧化钠;所述金属改性剂为硝酸镍;所述硅源物质为正硅