一种水热法制备MgAl-LDH、阻燃剂及协效阻燃EP的方法

本发明涉及环保高效阻燃，具体为一种水热法制备mgal-ldh、阻燃剂及协效阻燃ep的方法。

背景技术：

1、ep是一类重要的热固性树脂，具有良好的力学性能、电性能和粘结性能，广泛应用于电子电器、粘合剂和复合材料制备等领域。作为热固性树脂，因其热稳定性和阻燃性不好，存在极限氧指数(loi)较低、极易燃烧、脆性大等缺点，从而存在安全隐患，因而提高ep复合材料的阻燃性能具有重要意义。

2、双金属氢氧化物(ldh)由于其结构和功能的多样性，绿色环保，也有着优异的热稳定性。

3、阻燃剂按照不同划分类别，主要分为有机阻燃剂和无机阻燃剂以及反应型阻燃剂和添加型阻燃剂。

4、(1)其中有机阻燃剂与基体材料相容性好，但燃烧时会产生大量的有毒有害气体，危害人们的身体健康，无机阻燃剂具有较好的稳定性，无毒且不会产生有害气体，所以备受研究者的关注。

5、(2)其中反应型阻燃剂可通过分子设计，利用化学键合的作用参与到聚合物基体的制备过程，成为聚合物材料结构单元中的一部分，但反应型阻燃剂的设计和制备往往需要耗费较长时间，步骤繁琐，成本较高，工业化应用较少；添加型阻燃剂本身不参与聚合物材料的交联反应，但添加型阻燃剂与基体材料的相容性较差且使用量较大，容易导致材料的力学性能等性能降低。

6、因此，发展一种既环保又具有高效阻燃效果的阻燃剂并利用其来制备协效阻燃ep复合材料，具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种既环保又具有高效阻燃效果的阻燃剂并利用其来制备协效阻燃ep复合材料，来提高ep的阻燃性能；本发明通过选用镁铝双金属氢氧化物及磷硅系阻燃剂制作复合阻燃剂，并利用其协效阻燃ep复合材料来解决背景技术中的问题：

2、一种水热法制备mgal-ldh的方法，其特征在于：包括下列步骤，

3、(1)取超纯水和正丁醇混合均匀，得混合液x；

4、(2)在混合液x中，依次加入九水硝酸铝、尿素、二水柠檬酸钠和六水氯化镁，得混合液y；

5、(3)将混合液y倒入聚四氟乙烯的内衬中，放入反应釜反应；

6、(4)取反应后粉末放入离心管，添加水、乙醇，经离心、洗涤、干燥后制备出mgal-ldh粉末；

7、作为优选的，所述步骤(1)中，所述超纯水与正丁醇的体积比为1:0.5～2；所述步骤(2)中，按照每升混合液x中加入物质的量为15mmol～45mmol的九水硝酸铝、15mmol～45mmol的九水硝酸铝、物质的量为187.5mmol～312.5mmol的尿素、物质的量为1.25mmol～3mmol二水柠檬酸钠、物质的量为7.5mmol～22.5mmol的六水氯化镁的比例配制y溶液；所述步骤(3)中，所述反应釜反应温度设置为100～150℃，反应时间10～14h。

8、一种采用所述的方法制备的mgal-ldh制备阻燃剂的方法，其特征在于：包括以下步骤：

9、s1、取蒙脱土(mmt)、聚磷酸铵(app)溶于丙酮中，超声、干燥后研成粉末，制得app/mmt粉末。

10、s2、取mgal-ldh粉末与app/mmt粉末溶于丙酮，超声、干燥后，制得ldh/app/mmt粉末，形成阻燃剂。

11、作为优选的，所述步骤s1中，app与mmt的质量比为4～6:1，搅拌时间30～40min，干燥温度为60～70℃。

12、作为优选的，所述步骤s2中还包括：取sio2/mgal-ldh粉末、app/mmt粉末溶于丙酮，超声、干燥后，制得ldh/sio2/app/mmt粉末，形成阻燃剂。

13、作为优选的，所述mgal-ldh与sio2质量比为0.5～2:1，所述mgal-ldh/sio2与app/mmt的质量比为0.5～2:1。

14、一种采用所述的方法制备的阻燃剂进行协同阻燃的方法，其特征在于：将阻燃剂溶于丙酮，与ep混合得到混合液，取aptes加入混合溶液中，加入固化剂，得到协效阻燃ep复合材料。

15、作为优选的，所述aptes在整个阻燃剂中的质量分数为15-33wt％；所述固化剂为二氨基二苯甲烷，所述阻燃剂与所述ep的质量比为1:32～90，所述ep与所述二氨基二苯甲烷质量比为1:0.25～4。

16、一种采用所述的方法制备的mgal-ldh制备阻燃剂的方法：其特征在于，还包括：取ldh/sio2/app/mmt粉末溶于丙酮中，将aptes加入混合溶液中，超声、干燥后，制得aptes/ldh/sio2/app/mmt粉末，形成阻燃剂。

17、本发明的优点在于：

18、使用水热法制备纳米片状mgal-ldh，与app、mmt、sio2和硅烷偶联剂aptes协效阻燃ep，水热法制备的mgal-ldh与各阻燃剂协效阻燃ep的效果好，相较于纯ep的18.4％的残碳含量，24％的loi值,可进一步提高到29.5％，最优改性复合材料残碳含量最高可达31.8％，loi值提高到29.5％，phrr、thr、spr和tsr分别减少到579.3kw·m-2、68.0mj·m-2、0.174m2·s-1和2203.6m2/m2。纳米尺寸的片状mgal-ldh更容易与其它阻燃剂和基体材料融合，有利于提升复合材料的热稳定性与阻燃性能。

技术特征：

1.一种水热法制备mgal-ldh的方法，其特征在于：包括下列步骤，

2.根据权利要求1所述水热法制备mgal-ldh的方法，其特征在于：

3.一种采用权利要求1或2所述的方法制备的mgal-ldh制备阻燃剂的方法，其特征在于：包括以下步骤：

4.根据权利要求3所述mgal-ldh制备阻燃剂的方法，其特征在于：所述步骤s1中，app与mmt的质量比为4～6:1，搅拌时间30～40min，干燥温度为60～70℃。

5.根据权利要求3所述mgal-ldh制备阻燃剂的方法：其特征在于，所述步骤s2中还包括：取sio2/mgal-ldh粉末、app/mmt粉末溶于丙酮，超声、干燥后，制得ldh/sio2/app/mmt粉末，形成阻燃剂。

6.根据权利要求5所述mgal-ldh制备阻燃剂的方法：其特征在于，所述mgal-ldh与sio2质量比为0.5～2:1，所述mgal-ldh/sio2与app/mmt的质量比为0.5～2:1。

7.一种采用权利要求3-6任意一项所述的方法制备的阻燃剂进行协同阻燃的方法，其特征在于：将阻燃剂溶于丙酮，与ep混合得到混合液，取aptes加入混合溶液中，加入固化剂，得到协效阻燃ep复合材料。

8.根据权利要求7所述协同阻燃方法，其特征在于：所述aptes在整个复合阻燃剂中的质量分数为15～33wt％；所述固化剂为二氨基二苯甲烷，所述阻燃剂与所述ep的质量比为1:32～90，所述ep与所述二氨基二苯甲烷质量比为1:0.25～4。

9.根据权利要求5所述mgal-ldh制备阻燃剂的方法：其特征在于，还包括：取ldh/sio2/app/mmt粉末溶于丙酮中，将aptes加入混合溶液中，超声、干燥后，制得aptes/ldh/sio2/app/mmt粉末，形成阻燃剂。

技术总结
本发明提供一种水热法制备的MgAl‑LDH、复合阻燃剂及协效阻燃环氧树脂(EP)的方法，使用水热法制备片状结构的纳米MgAl‑LDH，并基于传统阻燃剂蒙脱土(MMT)优良的阻燃特性，将纳米MgAl‑LDH与聚磷酸铵(APP)、纳米SiO<subgt;2</subgt;、蒙脱土(APP)共混后协效阻燃EP，并采用硅烷偶联剂3‑氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)来提高复合阻燃剂与EP的相容性，制备出LDH/APP/MMT/EP、LDH/SiO<subgt;2</subgt;/APP/MMT/EP、APTES/LDH/SiO<subgt;2</subgt;/APP/MMT/EP三类改性EP复合材料，形貌结构表征和性能测试表明：APTES/LDH/SiO<subgt;2</subgt;/APP/MMT/EP复合材料的LOI值可达29.5％，其最大热释放速率(PHRR)、总热释放量(THR)、生烟速率(SPR)和总产烟量(TSR)分别为579.3kW·m<supgt;‑2</supgt;、68.0MJ·m<supgt;‑2</supgt;、0.174m<supgt;2</supgt;·s<supgt;‑1</supgt;和2203.6m<supgt;2</supgt;/m<supgt;2</supgt;，相对于纯EP有明显降低，且改性EP复合材料燃烧后的石墨化程度提高，残炭更多且炭层结构致密。

技术研发人员：李倩文,吉鸿辉,王鹏,胡玉坤,胡世玉
受保护的技术使用者：安徽农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17