[发明专利]一种核-壳结构磷氮化合物改性类水滑石阻燃剂及其制备方法

说明书

（一）技术领域

本发明涉及核-壳结构磷氮化合物改性类水滑石阻燃剂及其制备方法，属于复合材料技术领域。

（二）背景技术

阻燃剂是合成高分子材料加工的重要助剂之一，其功能是使合成材料具有难燃性、自熄性和消烟性。随着科学进步与环境保护意识的提高，人们不但开发出性能更好的阻燃剂，而且对阻燃剂自身与使用过程中的环境保护问题也提出了更为严格的要求。阻燃剂的无卤化、低毒化、复合化、抑烟化已经成为21世纪阻燃剂整体发展趋势。

目前常见的阻燃剂有卤系阻燃剂、磷氮膨胀型阻燃剂、硅系阻燃剂、硼系阻燃剂、水滑石类阻燃剂等。磷氮协同阻燃剂是一类已被广泛研究的无卤膨胀型阻燃剂，该阻燃剂阻燃效率高、低毒、无腐蚀性且具有与高分子材料相容性好等优点。其阻燃机理是在高温燃烧过程中形成膨松结构碳层。该碳层是无定形结构碳层，本身不燃烧，并且可以起到阻隔气体传递与热量传递的作用。

类水滑石是一种层状金属氢氧化物，由于其独特的层状结构及层板组成和层间阴离子的可调变性，使其作为无机功能材料在催化、离子交换、吸附、医药等领域都得到了广泛的应用。水滑石作为阻燃材料比传统的氢氧化镁、氢氧化铝有着更加突出的优势。在高温分解时吸热并释放出水，二氧化碳等不燃物，并可促使可燃材料碳化，最终形成复合金属氧化物。形成的复合金属氧化物可以起到阻隔气体传递和热量传递的作用。

专利CN 102321274A公开了一种聚磷酸铵阴离子插层水滑石的无卤阻燃剂，该专利发泡性能差，阻燃效果不佳。专利CN 102336926A公开了一种膨胀型阻燃剂改性水滑石及其制备方法和用途，所述的膨胀型阻燃剂是由含磷螺环的胺类化合物与酸酐反应制备的，然后与水滑石通过离子交换反应制得膨胀型阻燃剂改性水滑石。但该专利所述含磷螺环的胺类化合物的磷元素和氮元素的质量百分含量较低，在燃烧后最终的残炭率不高且膨胀性一般。专利CN102093525A公开了一种含有类水滑石的大分子型阻燃剂的制备方法，所述类水滑石是由烟气脱硫回收废渣通过水和重建法制备的，所述大分子为磷酸三聚氰胺或三聚氰胺甲醛树脂。该专利中所述磷酸三聚氰胺大分子是由三聚氰胺与磷酸反应制备的，磷酸的使用量大，如果处理不当会对环境造成一定的污染。

（三）发明内容

为了解决上述方法中存在的技术问题以及无机类水滑石与高分子材料相容性差等问题。本发明提供了一种核-壳结构磷氮化合物改性类水滑石阻燃剂及其制备方法，是由核-壳结构磷氮化合物与类水滑石通过离子交换反应而得的复合材料，其核材料为多磷酸铵，壳材料为三聚氰胺甲醛树脂，壳外部接枝分子式类似于HOOC-R-COOH的二元羧酸。该阻燃剂不仅具有磷氮化合物和类水滑石低毒、无腐蚀性等优点，而且降低了类水滑石的添加量，增强类水滑石与高分子材料的相容性，提高了整体的阻燃效果。

一种核-壳结构磷氮化合物改性类水滑石阻燃剂，其核材料为多磷酸铵，壳材料为三聚氰胺甲醛树脂，壳外部接枝分子式HOOC-R-COOH的二元羧酸，其中：R为亚烷基、苯基、烷基醚或苯基醚；由核-壳结构磷氮化合物与分子式为[M^II_(1-x)M^III_x(OH)₂]^x+[A^n-_x/n]^x-·mH₂O的类水滑石通过离子交换反应而得的复合材料；其中：M^II可选自Ca²⁺、Mg²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Mn²⁺、Co²⁺、Fe²⁺中的一种或两种，M^III可选自Al³⁺、Cr³⁺、Mn³⁺、Fe³⁺、Ce³⁺中的一种或两种；M^II和M^III的摩尔比为2.0~3.0:1.0；A^n-为CO₃^2-、SO₄^2-、Cl^-、NO₃^-中的一种或两种。

一种核-壳结构磷氮化合物改性类水滑石阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：