一种三聚氰胺氰尿酸盐与蒙脱土纳米复合物及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种三聚氰胺氰尿酸盐与蒙脱土纳米复合物及其制备方法，属于纳米材料技术领域。
【背景技术】
[0002]三聚氰胺氰尿酸盐(melamine cyanurate，MCA)又名氰尿酸三聚氰胺盐，是一种白色结晶状的微细粉末，有滑腻感，分子式为C6H9N903，密度1.5?1.6g/cm3，无臭无味，难溶于水和其他有机溶剂，弱酸性，350°C以下化学性质稳定。三聚氰胺氰尿酸盐是一种重要的氮系阻燃剂，具有含氮量高、无卤、低烟、低毒、低腐蚀性等优点，并且与树脂相容性好、阻燃效率高，可用于多种聚合物材料中，尤其适用于聚酰胺(如尼龙6、尼龙66)材料的阻燃改性。
[0003]三聚氰胺氰尿酸盐是由三聚氰胺和氰尿酸分子通过氢键结合而成的，具体的生产工艺按选用初始原料的不同主要有以下三种:1、氰尿酸法，将一定摩尔比的三聚氰胺和氰尿酸置于水中形成悬浮液，一定温度下反应数小时，待料浆明显变粘稠后继续反应一段时间，再经过滤、洗涤、干燥、破碎得到成品，母液可回收循环使用。这种工艺中需要加入大量的水，以减小反应体系不断增大的粘度，因此也可以将其称为溶剂法。溶剂法加工工艺简单，反应速度快，产品纯度高，但生产过程需要消耗大量水和大容积设备，故生产效率降低。2、尿素法，通常是在尿素热解生成氰尿酸的同时加入三聚氰胺进行反应，或将尿素和三聚氰胺一同加入进行热熔融，一步反应生成三聚氰胺氰尿酸盐粗品，再经酸煮、水洗、干燥等工序精制得到产品。该方法原料价廉易得、生产成本低，经济效益好，但熔融反应后所得产物纯度低(一般为80% -85% )，需用十多倍量沸水洗涤，或用酸洗除去未起反应的三聚氰胺、氰尿酸和尿素衍生物，涉及大量废水处理问题。3、高温熔融法，反应过程不引入任何溶剂，因此可以称作固体法。固体法制备工艺中，首先将原料三聚氰胺和氰尿酸进行超细粉碎，然后在高温条件下(300°C以上)直接熔融反应以生成产率极高的三聚氰胺氰尿酸盐。由于不需要引入溶剂，制备的工艺流程得到简化，但是反应时原料挥发损失在10%左右，收率降低。
[0004]此外，有人提出了一些新的三聚氰胺氰尿酸盐制备方法，如一种水热法合成纳米级三聚氰胺氰尿酸盐的方法(专利号ZL201210230199.8)、棒状晶型三聚氰胺氰尿酸盐阻燃剂及其制备方法(专利号ZL201110029371.9)和一种大粒径宽分布三聚氰胺氰尿酸盐的制备方法(专利号ZL201210066842.8)等，其优点集中在提高产品在加入聚合物后提高基体的力学性能上，但是其生产过程仍存在诸如上述传统生产工艺中的问题。
[0005]蒙脱土(MMT)是一类具有层状结构的含水硅酸盐粘土，其结构片层是纳米尺度的，每个片层厚约I纳米，由位于中间的铝氧八面体和位于两侧的硅氧四面体构成的带有负电荷的硅酸盐片层，经层间的抗衡阳离子平衡电荷(如H+、Na+、K+、Ca2+，Mg2+等)，形成的一种天然的多层结构黏土。硅氧四面体中的硅可以被铝置换，铝氧八面体中的铝可以被镁、铁、锌、锂、铬等离子置换。由于层间阳离子的水和作用，蒙脱土能够稳定分散于水中，其层间阳离子可以同外部的有机和无机阳离子进行离子交换。蒙脱土硅酸盐片层间的间距因阳离子的种类不同而不同，在I至2纳米左右。
[0006]蒙脱土因层间有大量无机阳离子而表现为亲水疏油性，不利于其在有机相中的分散以及对有机物质的吸附。为了使蒙脱土与有机相有更好的相容性，用有机阳离子置换蒙脱土(一般指钠基蒙脱土)层间无机阳离子，以改变蒙脱土晶层的阳离子形式，使其表面疏水化，并具有较好的膨胀性能，形成有机改性蒙脱土。通过有机改性，改善了无机物的界面极性和化学微环境，增加了两相间的亲和性，形成了可以接纳较大有机分子和基团的大层间距的复合物。有机改性蒙脱土与聚合物通过适当的共混后，聚合物进入蒙脱土层间，使层间距扩大，形成插层型的聚合物/蒙脱土纳米复合材料；当聚合物使蒙脱土的硅酸盐片层进一步扩大时，达到剥离的程度，形成剥离型的聚合物/蒙脱土纳米复合材料；如果蒙脱土与聚合物不能相容，则形成聚合物/蒙脱土的微米复合材料。近年来，聚合物/层状硅酸盐粘土纳米复合材料作为一种新型高性能阻燃材料迅速兴起，蒙脱土的加入能提高聚合物的阻燃性能、力学性能及其他一些实用性能，并且这类阻燃材料燃烧时具有低烟、无毒、环保等优点。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是为了解决已有技术存在的问题而提出了一种三聚氰胺氰尿酸盐与蒙脱土纳米复合物及其制备方法。
[0008]本发明的三聚氰胺氰尿酸盐与蒙脱土纳米复合物，由于三聚氰胺氰尿酸盐的加入，使其插层进入到蒙脱土的片层之间，蒙脱土的层间距扩大，加入的蒙脱土达到剥离的状态，完全均匀分散为纳米尺度的片层结构，从而得到二者的纳米复合物。
[0009]本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0010]本发明的一种三聚氰胺氰尿酸盐与蒙脱土纳米复合物，是由三聚氰胺氰尿酸盐与蒙脱土反应制备而成，其质量百分比为:三聚氰胺氰尿酸盐5% -95%，蒙脱土 95% -5%。
[0011]本发明的一种三聚氰胺氰尿酸盐与蒙脱土纳米复合物的制备方法，其具体制备步骤如下:
[0012]I)将蒙脱土和溶剂加入到反应容器中，搅拌，加热进行反应，控制反应容器的温度为室温?120°C，加热时间为O?10h，得到反应液；
[0013]2)直接加入三聚氰胺或者将三聚氰胺预先溶于溶剂，然后加入到步骤I)得到的反应液中，搅拌，控制反应温度为室温?120°C，保温反应0-10h，得到反应液；
[0014]3)直接加入氰尿酸与尿素的混合物于步骤2)得到的反应液中，或者将氰尿酸与尿素的混合物预先溶于溶剂，然后加入到步骤2)得到的反应液中，搅拌，控制反应温度为室温?120°C，保温反应O-1Oh ；
[0015]4)采用抽滤、离心或者旋蒸将步骤3)反应结束后得到的产物的溶剂除掉，所得产物用蒸馏水、乙醇多次洗涤，然后烘干、研磨、过筛，烘干温度为:40?120°C，最后获得三聚氰胺氰尿酸盐与蒙脱土纳米复合物；
[0016]上述步骤I)中所用蒙脱土可以是原土或者有机改性过的蒙脱土，或者是含有蒙脱土结构的粘土 ；蒙脱土与溶剂的质量比为Ig:20?200ml ;
[0017]上述步骤2)中将三聚氰胺预先溶于溶剂具体为，将三聚氰胺与溶剂加入到反应容器中，加热使三聚氰胺溶解，加热温度为40?200°C，三聚氰胺与溶剂的质量比为Ig:20 ?200ml ;
[0018]上述步骤3)中氰尿酸与尿素的混合物，其质量百分比为100:0?0:100 ；
[0019]上述步骤3)中将氰尿酸与尿素的混合物预先溶于溶剂具体为，将氰尿酸与尿素的混合物与溶剂加入到反应容器中，加热使氰尿酸与尿素的混合物溶解，加热温度为40?200°C，氰尿酸与尿素的混合物与溶剂的质量比为Ig:20?200ml ；
[0020]上述步骤I)中溶剂为Cl?C3的醇、甲醛、乙酸、甘油、去离子水、吡啶、乙腈中的一种或其混合物；
[0021]上述步骤2)中溶剂为Cl?C3的醇、甲醛、乙酸、甘油、去离子水、吡啶、乙腈中的一种或其混合物；
[0022]上述步骤3)中溶剂为Cl?C3的醇、甲醛、乙酸、甘油、去离子水、吡啶、乙腈中的一种或其混合物。
[0023]本发明具有的优点和积极效果是:由于采用上述技术方案，使三聚氰胺氰尿酸盐插层到蒙脱土的片层之间，使蒙脱土层间距扩大，加入的蒙脱土达到剥离的状态，完全均匀分散为纳米尺度的片层结构，得到三聚氰胺氰尿酸盐和蒙脱土的纳米复合物，其X射线衍射曲线如图1所示。本方法工艺简单，原料易得，成本低。制备的三聚氰胺氰尿酸盐和蒙脱土的纳米复合物与传统的三聚氰胺氰尿酸盐、蒙脱土或三聚氰胺氰尿酸盐与蒙脱土的微米复合物相比，在聚合物材料阻燃中能够显著提高聚合物阻燃性能和力学性能，并降低吸水性能。
【附图说明】
[0024]图1为三聚氰胺氰尿酸盐、钠基蒙脱土的XRD谱图，以及实施例1制备的三聚氰胺氰尿酸盐蒙脱土纳米复合物的XRD谱图。
【具体实施方式】
[0025]下面通过实施例对本发明做进一步说明，但实施例并不限制本发明的保护范围。
[0026]实施例1
[0027]将I份质量的蒙脱土加入到反应容器内，并加入