专利名称：一种纳米有机-层状复合金属氢氧化物的制备方法及其应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米有机-层状复合金属氢氧化物的制备及其在阻燃组合物中的应用，属于工程塑料技术领域。
背景技术：
层状复合金属氢氧化物，又称类水滑石，由于其层状复合氢氧化物含有多种金属氢氧化物，如镁铝层状金属氢氧化物就兼具氢氧化镁和氢氧化铝的优点，在分解时吸热并释放出水，CO2等不燃物，并可促使可燃材料碳化，因此它可以代替氢氧化镁和氢氧化铝，作为聚丙烯的阻燃剂。但层状复合金属氢氧化物是一种高度含水的沉淀物，制备时由于羟基的脱水使原来的氢键连接变成了化学键连接，易产生硬团聚。使其不易在聚合物中分散。 因此通过有机物改性，使它的层间剥离，制备纳米有机-层状复合金属氢氧化物，可以使其在聚合物熔体中定向排列，提高其阻燃效果，并能起到对聚合物增强增韧性能。如在公开号 CN101280072B中公开了一种全氟磺酸盐插层的类水滑石用作聚丙烯阻燃抑烟剂的制备方法。在公开号CN101845M1A中公开了一种利用超声波技术制备插层剥离型水滑石的方法， 增加了类水滑石与聚烯烃的相容性，但使用量仍占基体的50%。
聚丙烯是非常重要的工业高聚物之一，具有生产成本低，优异的机械性能，良好的绝缘性，无毒、耐腐蚀以及密度小等优点，在化工、化纤、建筑、轻工、包装等领域，特别是汽车、家电、民用建筑等行业得到了广泛应用。但是其氧指数仅为17. 4%左右，成炭率低、遇水易燃烧、发热量高、燃烧速度快，产生大量熔滴并伴有发烟现象，容易发生火灾，限制了它的应用领域，所以开发安全、高效、环境友好的PP阻燃剂是当今研究的热点之一。目前用于聚丙烯(PP)的阻燃剂主要有含卤阻燃剂、三氧化二锑(Sb2O3)氢氧化镁(Mg(OH)2)、氢氧化铝 (Al (0H)3)、三聚氰胺、聚磷酸铵(APP)等，其中含卤阻燃剂和Sb2O3的复配物可使PP获得良好的阻燃效果，但含卤阻燃剂在燃烧时释放出大量浓烟和卤化氢气体，会造成人员伤亡、腐蚀设备等所谓的“二次灾害”。Sb2O3也存在增烟、有毒、粉尘、价格高的缺点，常用的Mg(0H)2、 Al (OH)3等无机阻燃剂的添加量大(占基体的60%)，对材料的机械性能影响大，因此，开发无卤、抑烟和无有毒气体的环保阻燃剂是阻燃开发的重点。发明内容
本发明的目的提供一种纳米有机-层状复合金属氢氧化物制备方法，所制备的纳米有机-层状复合金属氢氧化物能提高层状复合金属氢氧化物在聚丙烯中的分散性，增加其与聚丙烯的相容性，同时提供了该纳米有机-层状复合金属氢氧化物在阻燃组合物中的应用，，能使阻燃组合物之间相互增效，提高阻燃温度、增大吸热量、降低阻燃剂用量，该阻燃组合物特别适合作为一种无卤、抑烟和无有毒气体的聚丙烯阻燃剂，适用于制备聚丙烯塑料。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为该纳米有机-层状复合金属氢氧化物的制备方法包括下列步骤
a.配制浓度为0.01-0. 5 M的改性剂溶液，改性剂为选自碳原子数为12-18的羧酸盐、 硫酸盐、磺酸盐类中的一种表面活性剂，加热使溶液温度控制在60-80°C ；
b.配制可溶性二价金属氯化物和可溶性三价金属氯化物混合盐溶液，或配制可溶性二价金属硝酸盐和可溶性三价金属硝酸盐混合盐溶液，二价与三价金属离子摩尔比2-4:1 ；
c.配制NaOH和Na2CO3的混合碱溶液，其中NaOH的浓度为0.5_2M，Na2CO3的浓度为 0. 1-0. 4M ；
d.将b步骤配制的溶液缓慢加入到a步骤配制的溶液中，剧烈搅拌后得到混合溶液，再将步骤c配制的溶液滴加到上述混合溶液中，调节溶液PH值至9-11之间，得胶体沉淀悬浮液；
e.将步骤d配制的悬浮液在60-90°C回流晶化5-30小时，过滤后用水洗涤至中性，常温下干燥12-36小时，得层状复合金属氢氧化物；
f.将步骤e制备的层状复合金属氢氧化物和马来酸酐接枝聚丙烯在160-190°C用混炼机或挤出机混合均勻，挤出造粒，既得该纳米有机-层状复合金属氢氧化物，其中层状复合金属氢氧化物与马来酸酐接枝聚丙烯的质量比为0. 5-0. 8:1。该纳米有机-层状复合金属氢氧化物作为增效剂应用在阻燃组合物中，该阻燃组合物由增效剂与有机阻燃剂、抗氧剂和润滑分散剂混合复配而成，其中各组分的重量比为增效剂有机阻燃剂抗氧剂润滑分散剂=1-10:10-35:0. 05-0. 5:0. 1-1.0，所述的有机阻燃剂为聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺的混合物，其中各组分的重量比为聚磷酸铵季戊四醇三聚氰胺的重量比=3-50:1-5:1，所述的抗氧剂为2，6-二叔丁基-4-甲酚、2，5-二叔丁基对苯二酚、对苯二酚二苄醚中的一种或二种，所述的润滑分散剂为硬脂酸钙或硬脂酸锌或硬脂酸钠。所述阻燃组合物作为聚丙烯阻燃剂应用在聚丙烯塑料中。与现有技术相比，本发明的优点是
ι.制备的纳米有机-层状金属氢氧化物剥离效果好，可迅速地在聚丙烯熔体中进行定向排列，表现出明显的各向异性，对体系起到很好的阻燃和增强增韧作用；
2.以有机阻燃剂与纳米有机-层状金属氢氧化物复配，制成的阻燃组合物，可以与纳米有机-层状金属氢氧化物相互增效，达到提高阻燃温度，增大吸热量，降低阻燃剂用量的目的；
3.制备的阻燃组合物是一种无卤、抑烟和无有毒气体的环保型阻燃剂。
具体实施例方式下面结合实施例对本发明详细说明。实施例1 纳米有机-层状复合金属氢氧化物作为增效剂的制备
取14. 4g (0. 05mol)十二烷基硫酸钠溶于150ml水中，加热到70°C (记为溶液1)。取 3. 05g (0. 015mol)的固体 MgCl2 · 6H20 和 1. 2g (0. 005mol) AlCl3 · 6H20 溶于 45ml 水中(记为溶液 2)。取 2. Ig (0.05mol)的 NaOH 和 1.06g (0. Olmol) NaCO3 溶于 54ml 水中(记为溶液3)。将溶液2和溶液3同时逐滴加到溶液3中，调节两者的速度同时滴加完毕，然后用 2M的NaOH溶液调节pH到10，得胶体沉淀。将胶体沉淀于70°C老化M小时，抽滤，用水洗涤至PH值小于8，80°C干燥M小时，得层状复合金属氢氧化物。
将制备的层状复合金属氢氧化物和马来酸酐接枝聚丙烯(市售)以1:1重量份比例在挤出机混合均勻，挤出造粒(螺杆转速为IOOrpm，挤出温度控制为180°C)，得纳米有机-层状复合金属氢氧化物。
实施例2 纳米有机-层状复合金属氢氧化物作为增效剂的制备取25g (0.075mol)硬脂酸钠溶于150ml水中，加热到80°C (记为溶液1)。取1. 02g (0. 005mol)的固体 MgCl2 ·6Η20、1· 37gZnCl2 (0. Olmol)和 1. 34g (0. 005mol) CrCl3 ·6Η20 溶于 45ml 水中(记为溶液 2)。取 2. Ig (0. 05mol)的 NaOH 和 1. 06g (0. Olmol) NaCO3 溶于 54ml水中(记为溶液3)。将溶液2和溶液3同时逐滴加到溶液3中，调节两者的速度同时滴加完毕，然后用2M的NaOH溶液调节pH到10，得胶体沉淀。将胶体沉淀于80°C老化M 小时，抽滤，用水洗涤至PH值小于8，80°C干燥M小时，得层状复合金属氢氧化物。
将制备的层状复合金属氢氧化物和马来酸酐接枝聚丙烯(市售)以1:1重量份比例在挤出机混合均勻，挤出造粒(螺杆转速为IOOrpm，挤出温度控制为180°C)，得纳米有机-层状复合金属氢氧化物。
实施例3-7 在聚丙烯塑料中各组分的重量比含量(详见下面表格)
权利要求
1.一种纳米有机-层状复合金属氢氧化物的制备方法，其特征在于包括下列步骤a.配制浓度为0.01-0. 5 M的改性剂溶液，改性剂为选自碳原子数为12-18的羧酸盐、 硫酸盐、磺酸盐类中的一种表面活性剂，加热使溶液温度控制在60-80°C ；b.配制可溶性二价金属氯化物和可溶性三价金属氯化物混合盐溶液，或配制可溶性二价金属硝酸盐和可溶性三价金属硝酸盐混合盐溶液，二价与三价金属离子摩尔比2-4:1 ；c.配制NaOH和Na2CO3的混合碱溶液，其中NaOH的浓度为0.5_2M，Na2CO3的浓度为 0. 1-0. 4M ；d.将b步骤配制的溶液缓慢加入到a步骤配制的溶液中，剧烈搅拌后得到混合溶液，再将步骤c配制的溶液滴加到上述混合溶液中，调节溶液PH值至9-11之间，得胶体沉淀悬浮液；e.将步骤d配制的悬浮液在60-90°C回流晶化5-30小时，过滤后用水洗涤至中性，在 80°C干燥12-36小时，得层状复合金属氢氧化物；f.将步骤e制备的层状复合金属氢氧化物和马来酸酐接枝聚丙烯在160-190°C用混炼机或挤出机混合均勻，挤出造粒，既得该纳米有机-层状复合金属氢氧化物，其中层状复合金属氢氧化物与马来酸酐接枝聚丙烯的质量比为0. 5-0. 8:1。
2.一种如权利要求1所制备的纳米有机-层状复合金属氢氧化物的应用，其特征在于 该纳米有机-层状复合金属氢氧化物作为增效剂应用在阻燃组合物中，该阻燃组合物由增效剂与有机阻燃剂、抗氧剂和润滑分散剂混合复配而成，其中各组分的重量比为增效剂 有机阻燃剂抗氧剂润滑分散剂=1-10:10-35:0. 05-0.5:0. 1-1. 0，所述的有机阻燃剂为聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺的混合物，其中各组分的重量比为聚磷酸铵季戊四醇三聚氰胺的重量比=3-50:1-5:1，所述的抗氧剂为2，6- 二叔丁基-4-甲酚、2，5- 二叔丁基对苯二酚、对苯二酚二苄醚中的一种或二种，所述的润滑分散剂为硬脂酸钙或硬脂酸锌或硬脂酸钠。
3.根据权利要求2所述的纳米有机-层状复合金属氢氧化物的应用，其特征在于所述阻燃组合物作为聚丙烯阻燃剂应用在聚丙烯塑料中。
全文摘要
本发明公开了一种纳米有机-层状复合金属氢氧化物的制备方法及其应用，该纳米有机-无机复合层状金属氢氧化物为与聚丙烯相容的聚合物插层的层状复合金属氢氧化物，可作为增效剂应用在阻燃组合物中，该阻燃组合物由增效剂与有机阻燃剂、抗氧剂和润滑分散剂混合复配而成，特别适于聚丙烯的阻燃及增强，与现有技术相比，制备的纳米有机-层状复合金属氢氧化物对体系有很好的阻燃和增强增韧作用，与其组成的阻燃复合物可以相互增效，达到提高阻燃温度，增大吸热量，降低阻燃剂用量的目的。
文档编号C08K3/22GK102492172SQ20111040374
公开日2012年6月13日 申请日期2011年12月8日 优先权日2011年12月8日
发明者欧阳秋英, 段涛, 王培利, 艾仕云 申请人:山东春潮色母料有限公司