[发明专利]一种基于石墨化氮化碳复合插层改性的磷酸锆阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于石墨化氮化碳复合插层改性的磷酸锆阻燃剂，首先利用客体小分子胺对磷酸锆进行预撑改性，增大磷酸锆层间距离，然后在预插层的磷酸锆悬浮液中加入表面活性剂进行有机改性，最后将石墨化氮化碳引入有机改性的磷酸锆悬形成。本发明利用表面活性剂降低磷酸锆表面极性，增加树脂相容性，同时在磷酸锆中首次引入石墨化氮化碳，形成插层‑剥离结构，借由石墨化氮化碳的类石墨空间网状结构提高所得阻燃剂的热稳定性，同时季铵盐表面活性剂，氮化碳复合插层物质形成碳‑氮‑磷‑锆协效阻燃作用，所得阻燃剂集阻燃抑烟与增强功能于一体，无卤、成炭性好，阻燃性能优异，环境友好，且涉及的制备方法工艺简单，适合推广应用。

技术领域

本发明属于新型阻燃抑烟助剂技术领域，涉及一种有机与无机杂化的新型阻燃抑烟助剂，具体涉及一种基于石墨化氮化碳复合插层改性的磷酸锆阻燃剂及其制备方法。

背景技术

近年来，聚合物层状纳米复合材料成为纳米复合材料领域内研究最为广泛的材料之一，主要包括：层状硅酸盐、层状金属双氢氧化物、层状磷酸盐层状金属盐类化合物、蒙脱土水滑石等等，聚合物层状纳米复合材料具有一些特殊的优点：如高强度和高耐热性、高阻隔性、良好的导电导热功能等，进而可为提高聚合材料的热稳定性、防火阻燃以及机械性能提供良好方法。

磷酸锆是一种具有规整结构的新型层状多功能材料，其离子交换容量是黏土的6倍，并具有长径比可控，粒子尺寸分布较窄等等特点，是制备聚合物层状纳米复合材料的优良基体之一。层状磷酸锆不仅有层状化合物的共性，而且还具备其他层状化合物所不具有的特性，比如较大的离子交换空间、易于插层剥离、层间距可调，具有固体酸特性等；同时由于磷酸锆层间富含Lewis酸点，对多种聚合物具有良好的催化成炭作用使其在聚合物阻燃领域具有独特的优势。虽然通过ZrP的层状阻隔作用和固体酸催化成炭作用能够较为明显地提升了阻燃剂的阻燃性，但是一般阻燃体系形成的膨胀炭层较为疏松，热稳定性差，发挥催化成炭作用时间短，并不能使磷酸锆高效地催化聚合物成炭，不能使阻燃剂的阻燃效率得到质的提高。

为改善磷酸锆不能高效催化聚合物成炭限制阻燃效率等问题；专利CN201310550306.X，利用硼酸锌改性MCA，使硼酸锌接枝在生成的MCA的粒子表面，实现了反应物在反应介质中的有效分散，降低反应的体系粘度，但硼酸锌属于无机阻燃剂，其与树脂基体相容性较差，导致阻燃性能差，可加工性降低；专利CN108203519A中将甲胺插层磷酸锆中，经机械球磨后剥离成片层磷酸锆，在MCA合成过程中加入纳米片层磷酸锆，将磷酸锆作为协效剂改性阻燃剂，应用于PA6阻燃复合材料，但该专利中磷酸锆仅作为协效剂，且只针对PA6材料，存在复配量较大、阻燃效率低等问题。

因此，进一步优化磷酸锆类化合物的改性手段及其性能具有重要的研究和应用意义。

发明内容

本发明的主要目的在于针对现有阻燃剂成炭质量不佳、炭层松散强度低以及阻燃效率低等问题，提供一种基于石墨化氮化碳复合插层改性的磷酸锆阻燃剂，利用复合插层物质形成碳-氮-磷-锆协效阻燃作用，集阻燃抑烟与增强功能于一体，无卤、成炭性好，阻燃性能优异，环境友好，且涉及的制备方法简单，适合推广应用。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于石墨化氮化碳复合插层改性的磷酸锆阻燃剂的制备方法，它包括如下步骤：

1)将磷酸锆分散于水中配制磷酸锆悬浮液，向其中加入小分子胺溶液，搅拌均匀后进行超声处理，得预插层磷酸锆悬浮液；

2)向步骤1)中所得预插层磷酸锆悬浮液中滴加表面活性剂溶液，在搅拌条件下进行加热超声处理，得表面活性剂插层改性的磷酸锆悬浮液；

3)将石墨化氮化碳超声分散于水中，配制氮化碳悬浮液，将其滴加至步骤2)所得悬浮液中，机械搅拌处理，静置，离心，洗涤，干燥，得基于石墨化氮化碳复合插层改性的磷酸锆阻燃剂。

上述方案中，所述磷酸锆为α-磷酸锆。