一种磷酸三(2-氯丙基)酯与蒙脱土纳米复合阻燃剂及其制备方法与流程

本发明涉及一种磷酸三(2-氯丙基)酯与蒙脱土纳米复合阻燃剂及其制备方法。属于阻燃技术领域。

背景技术：

磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)作为磷-氯系阻燃剂，对聚合物材料等主要通过气相阻燃，即其热分解出的氯及氯化氢可以捕获聚合物材料燃烧所需要的自由基，抑制燃烧反应，同时能稀释可燃物在裂解时产生的可燃气体，减少可燃气体与空气的接触，从而阻止或减缓火焰的传播。再者磷在燃烧过程中产生了磷酸酐或磷酸，促使可燃物脱水炭化，减少可燃气体的产生，因此具有高效的阻燃效果。但tcpp等作为阻燃剂在塑料制品、纺织品、电子设备、建筑材料以及家具装饰等材料中使用时，其对生态系统的危害作用和对人类健康的毒理学作用也越来越不可被忽视，故近年来人们开始呼吁逐渐减少卤系阻燃剂的使用量。

蒙脱土(mmt)是一类典型的层状硅酸盐矿物，由于其特殊的层间结构而受到广泛关注，其作为添加型阻燃剂，具有气体阻隔及一定的阻燃作用。在聚合物/蒙脱土复合材料中，如果mmt能够纳米分散，可使聚合物力学性能、阻燃性能、热稳定性能提高，应用前景广阔。但由于mmt与聚合物有机相的相容性差，在聚合物中难以达到纳米分散，因此在作为阻燃剂使用时需要对蒙脱土进行有机改性。目前对mmt所采用的有机改性剂主要为有机季铵盐、氨基酸、聚合物单体、偶联剂、茂金属、有机酸等。主要利用有机改性剂阳离子通过离子交换进入到蒙脱土层间，改善了层间化学微环境，使mmt层间距增大，在应用于聚合物材料时，可能形成纳米复合结构，获得更优良的物理和化学特性。

本发明提出一种新的解决方法，将以磷酸三(2-氯丙基)(tcpp)酯与钠基蒙脱土(nammt)纳米复合，通过mmt层间的钠离子与tcpp的氯离子之间强的相互物理作用，制备新型的tcpp与nammt的纳米复合阻燃剂，tcpp既是阻燃剂，又是nammt的有机插层改性剂，有利于发挥tcpp与nammt的协同阻燃性，扩大应用，十分有意义。

技术实现要素：

本发明的目的提供一种新型的具有纳米结构的磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)阻燃剂，具有tcpp与钠基蒙脱土(nammt)的协同阻燃作用，同时易于实现nammt在聚合物材料中的纳米分散。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

将磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)与钠基蒙脱土(nammt)按一定比例在温度10～150℃和高速机械混合条件下进行复合，使tcpp分子插层进入nammt层间，使nammt层间距增大，形成一种新型tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。以制备出的tcpp-nammt纳米复合阻燃剂总质量计，其中tcpp和nammt的质量百分含量为：

磷酸三(2-氯丙基)酯tcpp：15％～90％。

钠基蒙脱土nammt：10％～85％。

钠基蒙脱土nammt水分含量：0～20％。

本发明的一种新型tcpp-nammt纳米复合阻燃剂的制备方法，具体制备步骤包括：将磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)与钠基蒙脱土(nammt)在10～150℃和高速机械混合作用下，进行充分混合和相互作用，混合时间从10min到50min不等，最终形成粉末状到凝胶状态的tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。在tcpp含量较低时，得到表观粉末状的tcpp-nammt纳米复合阻燃剂，在tcpp含量较高时，得到表观凝胶状的tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。

有益效果

本发明的磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)与钠基蒙脱土(nammt)纳米复合阻燃剂(tcpp-nammt)，钠基蒙脱土nammt的层间距由0.98nm增加到3.04～3.19nm。

本发明的磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)与钠基蒙脱土(nammt)纳米复合阻燃剂(tcpp-nammt)，制备工艺简便易行，反应时间短，能耗低，易于工业化实施。

本发明的磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)与钠基蒙脱土(nammt)纳米复合阻燃剂(tcpp-nammt)，通过熔融加工方法加入聚合物材料中，易于实现在聚合物中的纳米剥离分散，得到纳米复合聚合物材料，添加tcpp-nammt纳米复合阻燃剂的聚合物材料具有更好的阻燃性能和力学性能。

附图说明

图1不同tcpp与nammt质量比的tcpp-nammt纳米复合阻燃剂的x-射线衍射(xrd)小角度谱。

图2tcpp与nammt质量比为5/1的tcpp-nammt纳米复合阻燃剂的透射电镜(tem)图像。

具体实施方式

实施例1

将10g干燥的钠基蒙脱土(nammt)加入20℃的恒温高速混合器，滴加30g磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)液体，边滴加边混合，tcpp滴加完成后，高速混合30min，得到tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。经过xrd测试分析，该tcpp-nammt纳米复合阻燃剂中的蒙脱土层间距为d＝3.04nm。

实施例2

将10g干燥的钠基蒙脱土(nammt)加入20℃的恒温高速混合器，滴加40g磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)液体，边滴加边混合，tcpp滴加完成后，高速混合30min，得到tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。经过xrd测试分析，该tcpp-nammt纳米复合阻燃剂中的蒙脱土层间距为d＝3.05nm。

实施例3

将10g干燥的钠基蒙脱土(nammt)加入20℃的恒温高速混合器，滴加50g磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)液体，边滴加边混合，tcpp滴加完成后，高速混合30min，得到tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。经过xrd测试分析，该tcpp-nammt纳米复合阻燃剂中的蒙脱土层间距为d＝3.04nm。

实施例4

将10g干燥的钠基蒙脱土(nammt)加入20℃的恒温高速混合器，滴加60g磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)液体，边滴加边混合，tcpp滴加完成后，高速混合30min，得到tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。经过xrd测试分析，该tcpp-nammt纳米复合阻燃剂中的蒙脱土层间距为d＝3.15nm。

实施例5

将10g干燥的钠基蒙脱土(nammt)加入20℃的恒温高速混合器，滴加70g磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)液体，边滴加边混合，tcpp滴加完成后，高速混合30min，得到tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。经过xrd测试分析，该tcpp-nammt纳米复合阻燃剂中的蒙脱土层间距为d＝3.13nm。

实施例6

将10g干燥的钠基蒙脱土(nammt)加入10℃的恒温高速混合器，滴加50g磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)液体，边滴加边混合，tcpp滴加完成后，高速混合50min，得到tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。经过xrd测试分析，该tcpp-nammt纳米复合阻燃剂中的蒙脱土层间距为d＝3.08nm。

实施例7

将10g干燥的钠基蒙脱土(nammt)加入50℃的恒温高速混合器，滴加50g磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)液体，边滴加边混合，tcpp滴加完成后，高速混合25min，得到tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。经过xrd测试分析，该tcpp-nammt纳米复合阻燃剂中的蒙脱土层间距为d＝3.05nm。

实施例8

将10g干燥的钠基蒙脱土(nammt)加入80℃的恒温高速混合器，滴加50g磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)液体，边滴加边混合，tcpp滴加完成后，高速混合20min，得到tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。经过xrd测试分析，该tcpp-nammt纳米复合阻燃剂中的蒙脱土层间距为d＝3.04nm。

实施例9

将10g干燥的钠基蒙脱土(nammt)加入120℃的恒温高速混合器，滴加50g磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)液体，边滴加边混合，tcpp滴加完成后，高速混合15min，得到tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。经过xrd测试分析，该tcpp-nammt纳米复合阻燃剂中的蒙脱土层间距为d＝3.09nm。

实施例10

将10g干燥的钠基蒙脱土(nammt)加入150℃的恒温高速混合器，滴加50g磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)液体，边滴加边混合，tcpp滴加完成后，高速混合10min，得到tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。经过xrd测试分析，该tcpp-nammt纳米复合阻燃剂中的蒙脱土层间距为d＝3.07nm。

实施例11

将10g含水量8.56％的钠基蒙脱土(nammt)加入50℃的恒温高速混合器，滴加50g磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)液体，边滴加边混合，tcpp滴加完成后，高速混合25min，得到tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。经过xrd测试分析，该tcpp-nammt纳米复合阻燃剂中的蒙脱土层间距为d＝3.05nm。

实施例12

将10g含水量14.6％的钠基蒙脱土(nammt)加入50℃的恒温高速混合器，滴加50g磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)液体，边滴加边混合，tcpp滴加完成后，高速混合20min，得到tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。经过xrd测试分析，该tcpp-nammt纳米复合阻燃剂中的蒙脱土层间距为d＝3.10nm。

实施例13

将10g干燥的钠基蒙脱土(nammt)和20g磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)液体加入50℃高速混合器，高速混合30min，得到tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。经过xrd测试分析，该tcpp-nammt纳米复合阻燃剂中的蒙脱土层间距为d＝3.02nm。

实施例14

将10g干燥的钠基蒙脱土(nammt)和10g磷酸三(2-氯丙基)酯(tcpp)液体加入50℃高速混合器，高速混合50min，得到tcpp-nammt纳米复合阻燃剂。经过xrd测试分析，该tcpp-nammt纳米复合阻燃剂中的蒙脱土层间距为d＝3.00nm。