[发明专利]一种改性高岭土阻燃协效剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种改性高岭土阻燃协效剂及其制备方法和应用，属于阻燃协效剂技术领域；该协效剂采用500～800℃煅烧活化后的纯高岭土、壳聚糖和金属螯合物为主要原料，经过壳聚糖的交联处理、制备金属钴柱撑高岭土，进而制备交联壳聚糖/金属钴柱撑高岭土。本协效剂可与聚磷酸铵、季戊四醇、三聚氰胺等膨胀型阻燃剂复配成阻燃剂组合物，实验和应用证明利用该组合物作为阻燃剂协效剂，可有效降低聚烯烃类聚合物膨胀阻燃剂的用量，提高阻燃效果，与聚合物具有较好的相容性，保持材料较好的力学性能，该制备方法简单，容易操作，可实现工业化生产。

技术领域

本发明涉及阻燃协效剂技术领域，尤其是一种改性高岭土阻燃协效剂及其制备方法和应用。

背景技术

众所周知，高分子材料凭借优良的性能，目前已被广泛用于交通、建筑、运输、通信等领域。但高分子材料大多易燃，随着高分子材料应用范围的不断扩大，近年来对高分子材料的阻燃要求越来越高。含氯阻燃剂的阻燃效率高，并且性价比高，长期以来一直作为主要的有机阻燃剂用于高分子材料的阻燃，但燃烧时，卤素阻燃剂分解产生烟、腐蚀性、有毒气体对环境和人们的生命安全造成了严重的影响。因此，卤素阻燃剂必将被其他阻燃剂所取代，开发新型无卤环保阻燃剂成为未来发展的趋势。膨胀阻燃剂(IFR)作为一种新型环境友好型阻燃剂，在世界阻燃领域获得广泛的关注，但这种阻燃剂有很多自身的局限性，如阻燃效率低，与含卤阻燃剂相比所需求的添加量大，导致聚合物力学性能大大降低。因此，常规的膨胀阻燃剂并不能完全满足阻燃聚合物材料的性能需求，近年来，对膨胀阻燃协效剂的研究，已成为研究的热点。

我国高岭土储量很大，非煤型建造高岭土矿产资源位居世界第五。根据2003年底的统计，我国高岭土的基础储备量5.46亿吨，而含煤型建造高岭土资源储备量位居世界第一，已经探明的储量与测算储量共计180.5亿吨。我国高岭土在东北、西北以及石炭纪到二叠纪的煤系层中居多，大部分矿产资源存在于煤层的夹层、顶底板或独自形成的矿物层中。

高岭土是双层硅结构，但片层为1:1结构，即由一层硅氧四面体和一层铝氧八面体通过共用氧原子连结而成。而且，高岭土储量丰富、表面羟基活性低于蒙脱土、没有吸水膨胀的性能，没有前期处理的繁琐过程，不使原材料颜色变深。由其制备的聚合物具有优异物理力学性能纳米高岭土在材料燃烧过程中，其表面能形成一种高性能的炭化－硅酸盐结构，起到阻燃作用。

现有技术中，将二甲亚枫(DMSO)插入高岭土层间,然后用醋酸铵取代二甲亚矾,再用丙烯睛取代醋酸铵插入到层间,通过加热的方法实现丙烯睛单体在层间的聚合,制备出聚丙烯高岭土纳米复合材料。又如，有人利用原位聚合法制备了不饱和聚酯树脂高岭土纳米复合材料，高岭土的层状结构可能在不饱和聚酯树脂聚合过程中被剥离。高岭土具有特殊的性能，能使不饱和聚酯树脂的热分解速率变缓，失重率降低，高岭土在燃烧过程中，高岭土片层迁移到材料的表面，并在燃烧区域形成的炭层中自动排列形成含高岭土片层的致密坚硬的焦炭保护层，起到良好的绝缘体和传质屏障作用。中国专利CN201310198161.1公开了高岭土阻燃发泡剂，由干燥后的高岭土、活性凹凸棒石粘土、碳酸氢钠、烷基苯磺酸钠、聚丙烯酸钠、焦磷酸钠、聚磷酸铵和硼酸锌组成。该高岭土阻燃发泡剂加水高速搅拌后，快速释放出大量的气体，形成多孔状的泡沫泥浆，泡沫泥浆通过高压水枪喷射，直接用于灭火，泡沫泥浆稳定覆盖在可燃材料的表层形成一种泡沫泥浆膜，泡沫泥浆膜可以迅速隔绝可燃材料与空气的接触，阻止可燃材料继续燃烧，达到阻燃和灭火的目的。中国专利CN2015 10885170.7公开了膨胀阻燃剂用层状磷酸铝阻燃协效剂、制备方法及组合物，采用磷酸、铝源、杂原子源以及脂肪胺反应形成有机～无机层状磷酸铝，无机骨架是由Al(Me)-O-P-O化学键交替连接而成的无机板层结构，无机板层之间是脂肪胺；无机骨架中，Me为掺杂原子，Me占Me、Al和P总元素摩尔含量的5～20.0％。该协效剂可与磷源、氮源及碳源形成阻燃剂组合物，在聚丙烯、聚乙烯和聚酰胺中有很好的阻燃效果。