[发明专利]一种层状双金属氢氧化物基阻燃抑烟剂及其制备方法和用其改性的阻燃抑烟复合材料

说明书

技术领域

本发明属于有氢氧化物和有机物的超微结构及其制造和应用，涉及一种层状双金属氢氧化物基阻燃抑烟剂及其制备方法和用其改性的阻燃抑烟复合材料。本发明层状双金属氢氧化物基阻燃抑烟剂和用其改性的阻燃抑烟复合材料适用于对防火性能有特殊要求的场所，以降低潜在火灾隐患对生产经济和生命安全的危害。

背景技术

科技的发展，不断引导并促进着新材料的进步，单一性的材料基体逐步被复合材料所替代。为应对不同领域的应用要求，多功能型复合材料成为研究焦点，阻燃抑烟型复合材料即是其中一个方向。

现今，在综合考虑阻燃抑烟效率和环境保护的基础上，多选用磷系阻燃剂对基体材料进行阻燃化改性。磷系阻燃剂具有较高的阻燃效率，不易产生有毒烟气。近些年，磷酸酯、亚磷酸酯、有机磷盐等磷系阻燃剂层出不穷。3,9-二氯-2,4,8,10-四氧杂-3,9-二磷杂螺环[5,5]3,9-二氧十一烷（简称SPDPC）和2-氯-5,5-二甲基-1,3,2-二氧磷杂己内酰磷酸酯（简称DPPC）既是典型的磷系阻燃剂，该类阻燃剂既含阻燃磷元素，又含有丰富的叔碳结构。国内对这种螺环磷系阻燃剂及其衍生物已有一定研究成果，如文献（胡小平，聚乙烯用新型膨胀型阻燃剂的合成与应用及阻燃机理研究[D].四川大学）报道的一系列膨胀型阻燃剂；中国专利CN101570548A公开的一种三聚氰酸螺环磷酸酯阻燃剂；中国专利CN102351903A公开的一种具有双螺环结构的磷酸酯稀土盐阻燃剂；中国专利CN102516305A公开的一种季戊四醇双磷酸酯缩二硝基胍阻燃剂。

随着对火灾危害的认识加深，以及环保意识的加强，抑烟性能成为评价阻燃材料的重要指标。在早期对材料阻燃抑烟改性时，常孤注一掷的提高材料阻燃性能，以自熄来避免烟气产生，但是当真正遇到大火时，这种效果实际上很难实现。而将阻燃剂与抑烟剂作为材料助剂，同时添加于基体中时，较高的添加量会对复合材料力学性能有负面影响。在综合考虑以上问题后，粘土矿物类填充剂脱颖而出。粘土矿物不仅价格低廉，而且拥有特殊的纳米结构和阻燃金属离子组成，因此可用于对聚合物材料的阻燃和增强改性。

层状双金属氢氧化物（Layered Double Hydroxide，简称LDH）是由两种或两种以上金属离子组成，具有水滑石层状晶体结构的混合金属氢氧化物。其作为一种独特的阴离子型层状粘土矿物，在功能高分子材料、医药载体、催化等方面都有广泛的应用研究。LDH的组成可控性、冷却效应、稀释效应、栅栏效应、吸附效应等都展现出了其在阻燃抑烟方向的应用潜力。但LDH也有和大多无机添加剂相似的缺陷——与基体材料的极性差异，这会导致LDH在基体中分散效果较差，易团聚。通过表面活性剂对LDH本体进行有机化改性，是改善这种现象的最佳方法。在改变层板极性的同时撑大层间距，有利于聚合物分子链进入层间，令LDH在基体中达到剥离且均匀分散的状态，从而使复合材料拥有最理想的效能。现有技术中，将LDH作为阻燃添加剂的应用多类似与CN101544815A中公开的设计思路，使用表面活性剂对LDH本体有机化改性，再与其它阻燃剂相互配合添加于基体中；文献（冯桃，LDHs基高抑烟无卤无机纳米阻燃剂的结构控制及性能研究[D].北京化工大学）报道利用磷酸根插层LDH，并用于PE的阻燃抑烟改性。但尚未见螺环磷酸酯盐插层层状双金属氢氧化物阻燃抑烟剂及相关的文献报道。

发明内容

本发明的目的旨在克服现有技术中的不足，提供一种层状双金属氢氧化物基阻燃抑烟剂，特别是提供一种螺环磷酸酯盐插层层状双金属氢氧化物阻燃抑烟剂，可作为添加剂对高分子聚合物材料进行阻燃抑烟化改性，不仅保证成本低廉且绿色环保，还能在较低添加量下同时提高阻燃和抑烟性能，并保持材料的优异力学性能。

本发明的次要目的是提供上述层状双金属氢氧化物基阻燃抑烟剂的制备方法。

本发明的另一目的是提供由上述层状双金属氢氧化物基阻燃抑烟剂改性的阻燃抑烟型复合材料。

本发明的内容是：一种层状双金属氢氧化物基阻燃抑烟剂，其特征是：由螺环磷酸酯盐插层层状双金属氢氧化物组成，所述层状双金属氢氧化物的结构通式为：[M2+1-xM3+x(OH)2]x+An-x/n·mH2O，式中：M2+为二价金属离子、M3+为三价金属离子、An-为层间阴离子、x为每摩尔层状双金属氢氧化物中M3+的摩尔分数。

本发明的内容中：所述层状双金属氢氧化物中，二价金属离子M2+选自Mg2+、Ca2+、Fe2+、Zn2+、Cu2+中的一种；三价金属离子M3+选自Al3+、Mn3+、Fe3+、Co3+、Ni3+中的一种；层间阴离子An-选自CO32-、NO3-、SO42-、Cl-中的一种。