一种有机/无机多组分复合无卤阻燃剂及其制备方法和应用

本发明属于阻燃剂制备，具体涉及一种有机/无机多组分复合无卤阻燃剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、防火是人们一直以来关注的重要问题。火灾不仅会造成人员伤亡，还会造成巨大的财产损失。阻燃剂是一种可以防止或减慢材料燃烧的物质，包括有机阻燃剂和无机阻燃剂。有机阻燃剂利用在热解过程中释放卤素自由基的特性，捕获燃烧过程中的氢自由基或氢氧自由基，从而阻止或延缓聚合物的燃烧，但可能会产生有害的卤化烷烃；无机阻燃剂通过吸热脱水产生水蒸气，稀释可燃气并吸收大量热量，降低材料表面温度，延缓或阻止燃烧的发生，但需要大量使用，可能会影响材料的机械性能。另外，现有技术中，将有机阻燃剂和无机阻燃剂复合使用时，通常会因二者性能差异，导致相容性较差，难以产生协同作用，甚至还会影响各自阻燃性能的发挥。

2、综上，如果能提供一种环保、安全的制备方法，将有机阻燃剂和无机阻燃剂进行复配从而得到生物基复合阻燃剂，则既可以利用有机阻燃剂的高效率和无机阻燃剂的低毒性，避免它们各自的缺点，又可以提供更高的阻燃效率、更低的毒性，降低对材料性能的不利影响，以满足各种阻燃、防火的应用场景需求。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种有机/无机多组分复合无卤阻燃剂的制备方法。具体是以生物质伯胺和生物质醛为活性单体，再与无机阻燃颗粒复配，从而制备得到有机/无机多组分复合无卤阻燃剂。整体制备方法简单、安全，对能耗及作业环境要求较低，尤其适合大规模工业化生产。

2、为实现上述目的，本发明提供一种有机/无机多组分复合无卤阻燃剂的制备方法，具体包括以下步骤：

3、s1、无机组分表面化处理：用强氧化剂对无机组分进行表面活化处理，得到产物a；

4、s2、引入氨基功能基团：将产物a与氨基化试剂反应，得到产物b；

5、s3、将产物b与生物质醛反应，即得复合阻燃剂c。

6、在一优选的实施方式中，步骤s1中，所述无机组分包括金属氧化物、无机颗粒中的一种或两种，所述强氧化剂包括硝酸、浓硫酸中的一种或两种；

7、优选的，所述金属氧化物包括氧化铝、氧化镁、氧化钛中的一种或多种；无机颗粒包括蒙脱土、硅酸盐、石墨烯中的一种或多种；更优选的，所述无机颗粒的微观形貌呈片层结构。

8、在一优选的实施方式中，步骤s1中，所述强氧化剂的质量浓度为1-10mol/l。

9、在一优选的实施方式中，步骤s1中，所述表面活化处理步骤为：在无机组分中加入足量的强氧化剂，以完全浸没无机组分，搅拌，得到悬浮液，过滤，收集滤渣，洗涤、干燥即得。

10、在一优选的实施方式中，步骤s1中，所述足量的强氧化剂溶液为：在搅拌全程中，无机组分微粒均能均匀地与强氧化剂充分接触，优选的，所述无机组分与强氧化剂的质量体积比为1g：(1-100)ml。

11、在一优选的实施方式中，步骤s1中，所述搅拌速度为150-400rpm，所述搅拌时间为0.5-3小时。

12、在一优选的实施方式中，步骤s1中，为提高搅拌效率，所述搅拌温度为30-60℃。

13、在一优选的实施方式中，步骤s1中，所述洗涤可采用本领域技术人员所掌握的常规方式，能去除活化后无机组分残留的氧化剂即可，优选的，以去离子水多次洗涤。

14、在一优选的实施方式中，步骤s1中，所述干燥可采用本领域技术人员所掌握的常规方式，能去除产物a表面水分即可，优选的，以60-80℃烘干2-4小时。

15、在一优选的实施方式中，步骤s2中，所述氨基化试剂包括1,3-氨丙基三甲氧基硅烷、3,3-氨丙基三甲基硅烷、4,3-氨丙基三异丁氧基硅烷中的一种或多种。

16、在一优选的实施方式中，步骤s2中，所述产物a与氨基化试剂的质量比为1：(1-5)。

17、在一优选的实施方式中，步骤s2中，所述产物a与氨基化试剂反应的具体处理步骤为：将产物a和氨基化试剂分散于溶剂中配制成悬浮液，加热搅拌，过滤，收集滤渣，洗涤、干燥即得。

18、在一优选的实施方式中，步骤s2中，所述溶剂为无水乙醇，所述溶剂用量为配制悬浮液的浓度在10-30wt％。

19、在一优选的实施方式中，步骤s2中，所述加热温度为50-80℃。

20、在一优选的实施方式中，步骤s2中，所述搅拌转速为150-400rpm，所述搅拌时间为2-5小时。

21、在一优选的实施方式中，步骤s2中，所述洗涤可采用本领域技术人员所掌握的常规方式，能去除氨基化试剂即可，优选的，以无水乙醇多次洗涤。

22、在一优选的实施方式中，步骤s2中，所述干燥可采用本领域技术人员所掌握的常规方式，能干燥产物b即可，优选的，以60-80℃烘干2-4小时。

23、在一优选的实施方式中，步骤s3中，所述生物质醛包括葡萄糖醛、木糖醛、甘油醛、草酮糖醛、糠醛中的一种或多种。

24、在一优选的实施方式中，步骤s3中，所述产物b和生物质醛的质量比为1：(1-5)。

25、在一优选的实施方式中，步骤s3中，所述产物b与生物质醛反应的具体处理步骤为：将产物b和生物质醛分散于溶剂中配制成悬浮液，加热搅拌，过滤，收集滤渣，洗涤、干燥即得。

26、在一优选的实施方式中，步骤s3中，所述溶剂为无水乙醇，所述溶剂用量为配制悬浮液的浓度在10-30wt％。

27、在一优选的实施方式中，步骤s3中，所述加热温度为50-80℃。

28、在一优选的实施方式中，步骤s3中，所述搅拌转速为150-400rpm，所述搅拌时间为2-5小时。

29、在一优选的实施方式中，步骤s3中，所述洗涤可采用本领域技术人员所掌握的常规方式，能去除生物质醛即可，优选的，以无水乙醇多次洗涤。

30、在一优选的实施方式中，步骤s3中，所述干燥可采用本领域技术人员所掌握的常规方式，能干燥复合阻燃剂c即可，优选的，以60-80℃烘干2-4小时。

31、本发明的另一目的在于提供上述任意一种方法制备得到的有机/无机多组分复合无卤阻燃剂，通过有机/无机多组分复合，综合利用了生物质伯胺和生物质醛的阻燃性能以及无机阻燃颗粒的增强效果，进一步提高了阻燃剂的性能和稳定性。而且生物质伯胺和生物质醛作为活性单体，具有可再生性和环境友好性，符合可持续发展的要求。

32、本发明的另一目的在于提供上述任意一种方法制备得到的有机/无机多组分复合无卤阻燃剂的应用。

33、在一优选的实施方式中，所述有机/无机多组分复合无卤阻燃剂既可以单独使用，产生阻燃效果；又可以与其他原料复配使用，用于制备阻燃材料或增强其他原料的阻燃能力。

34、与现有技术相比，本发明的技术方案具有如下优点：

35、1、从原料来看，本发明通过有机/无机多组分复合，综合利用了生物质伯胺和生物质醛的阻燃性能以及无机阻燃颗粒的增强效果，提高了阻燃剂的性能和稳定性。而且，由于生物质伯胺和生物质醛作为活性单体，本发明的阻燃剂具有可再生性和环境友好性，符合可持续发展的要求。

36、2、从工艺来看，本发明提供的制备方法简单、易操作、用时短，对能耗和设备的要求较低，且反应安全性高、无卤配方更加绿色环保，尤其适合大规模工业化生产，具有较高的经济性和实用性。

37、3、从产品来看，本发明得到的有机/无机多组分复合阻燃剂不仅具有无机颗粒的高温稳定性和阻燃性能，还具有生物质醛的热分解产物对燃烧链路的抑制作用，因此达到了协同效应，进而提高了产品整体的阻燃、耐高温性能。所得复合阻燃剂既可以单独作为阻燃产品使用，又可以广泛应用于各种塑料、聚氨酯、橡胶、纺织品等材料中，以提高材料的阻燃性能。同时，由于得到的复合阻燃剂颗粒具备优异的可设计性，还可以根据不同需求进行调整和优化，制备各种阻燃产品，以满足特定应用领域的要求。

38、综上所述，本发明提供的有机/无机多组分复合阻燃剂剂具有较好的阻燃性能和环境友好性。它的开发和应用有助于解决现有阻燃剂产品的结构不合理问题，并促进无卤阻燃剂的进一步发展。