一种DOPO/MMT纳米复合阻燃剂及其制备方法

摘要

本发明涉及一种DOPO/MMT纳米复合阻燃剂及其制备方法，属于阻燃技术领域，具体步骤如下：按重量份数计算，将含磷小分子阻燃剂DOPO单体加入到带有控温装置、搅拌装置和超声装置的反应器中，再按要添加含有少量有机溶剂的蒙脱土，在超声条件下高速机械搅拌后在烘箱中恒温保存，然后取出使其自然冷却、粉碎、过筛后得到含磷小分子阻燃剂改性的蒙脱土材料的粉料。所使用的含磷小分子阻燃剂DOPO的结构式如下： DOPO：本发明制备出的蒙脱土材料，因含磷小分子阻燃剂DOPO在溶剂和高温作用下进入到蒙脱土的片层中，从而使其层间距明显增大，使得其在聚合物中分散性能提高，从而提高了聚合物的阻燃性能。

说明书

技术领域

本发明涉及一种DOPO/MMT纳米复合阻燃剂及其制备方法，属于阻燃技术领域。

背景技术

蒙脱土(MMT)是最有吸引力的纳米无机材料，因其储量大，具备纳米特性而被广泛研究，可作为阻燃剂用于阻燃领域，聚合物/蒙脱土纳米复合材料具有了有机高分子材料和无机材料的特点，蒙脱土可以提高聚合物的机械性能、阻燃性能和气体阻隔性能，而这些优异的性能往往来自于蒙脱土在聚合物中的纳米尺寸的分散。而由于相容性的问题，一般的蒙脱土在聚合物中难以充分分散，使得其性能大打折扣，因此在使用前需进行有机改性处理。并且虽然聚合物/粘土纳米复合材料可以增加热稳定性、成炭量，并且明显降低的热释放速率峰值，但是仍然需要另外添加阻燃剂以便通过火灾性能试验。

9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)是一种被广泛应用的无卤阻燃剂，但其本身分解温度较低，虽然添加量为5％～10％时对聚合物，如环氧树脂等，有较好的阻燃作用，但是单独添加时会对机械性能损害很大。

单纯添加蒙脱土可以提高聚合物的机械性能，但对聚合物的阻燃性能影响较小，并且完全取决于蒙脱土在聚合物基体中的纳米尺寸的分散性，而DOPO可以提高聚合物的阻燃性能但却给聚合物的力学性能带来负面的影响。因此将蒙脱土与DOPO以某种方式相结合可以发挥二者的优势，弥补二者各自的缺点。

发明内容

本发明以阻燃聚合物材料为目的，为解决蒙脱土添加到聚合物中的分散性问题，提出的一种DOPO/MMT纳米复合阻燃剂及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明是一种DOPO/MMT纳米复合阻燃剂，利用含磷小分子阻燃剂DOPO进入到蒙脱土的片层中使得蒙脱土的层间距增大，从而在阻燃聚合物时更加容易分散。以制备出的纳米复合阻燃剂的总质量计，其中各组分的百分含量为：

含磷小分子阻燃剂DOPO70％～90％

蒙脱土10％～30％

所使用的含磷小分子阻燃剂DOPO的结构式如下。

本发明的一种DOPO/MMT纳米复合阻燃剂及其制备方法，其具体制备步骤为：

将含磷小分子阻燃剂DOPO单体加入到带有控温装置、搅拌装置和超声装置的反应器中，控制反应器的温度为120-160℃，再按要求1的比例添加含有少量有机溶剂的蒙脱土，在超声条件下高速机械搅拌1～5个小时后，将混合体系转移至容器中，并在100-170℃的烘箱中恒温保存0.5-2小时。然后取出使其自然降温到室温条件。降温完成后得到浅黄色固体。该固体经过粉碎、过筛等处理后得到DOPO/MMT纳米复合阻燃剂的粉料。

上述步骤中有机溶剂为：C₁～C₃的醇、丙酮、乙腈、二氯甲烷、三氯甲烷、苯、甲苯、二甲苯、二氧六环、四氢呋喃或其混合物，溶剂优选为C₁～C₃的醇；蒙脱土与溶剂的比为：1g：10～30ml；

上述步骤中蒙脱土为：钙基蒙脱土，钠基蒙脱土，有机改性蒙脱土。

上述步骤中反应器上接有冷凝回收装置，可收集回收在高温机械搅拌的过程中蒸发出来的有机溶剂。

有益效果

与现有技术相比，本发明采用含磷小分子阻燃剂DOPO处理蒙脱土，使得蒙脱土片层间距由1.47nm左右增大到3.60nm以上，同时由于含磷小分子阻燃剂DOPO具有反应活性，可与聚合物基体发生反应，从而有助于聚合物的链段在与阻燃剂反应时进入蒙脱土的片层中，从而有助于蒙脱土在聚合物材料中的分散，提高聚合物的阻燃效果。本发明使用含磷小分子阻燃剂DOPO直接对蒙脱土进行插层处理，反应时间短，产品可直接添加到聚合物中，是一种绿色高效的蒙脱土插层改性方法。本发明制备工艺方法简单，易于操作，非常适合工业化生产。

具体实施方式

以下结合具体的实施例对本发明作进一步说明，但本发明所要求保护的范围并不局限于实施例所涉及的范围。

实施例1

将5份9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)加入到带有控温装置、搅拌装置和超声装置的反应器中，控制反应器的温度为130℃，再加入1份含有少量无水乙醇的钙基蒙脱土，在超声条件下高速机械搅拌5个小时后，将混合体系倒出至容器中，并在120℃的烘箱中恒温保存2小时。然后取出使其自然降温到室温条件。降温完成后得到浅黄色固体。该固体经过粉碎、过筛等处理后得到DOPO/MMT纳米复合阻燃剂的粉料。经过XRD测试分析，该DOPO/MMT纳米复合阻燃剂中的蒙脱土的层间距d＝3.60nm。

实施例2

将5份9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)加入到带有控温装置、搅拌装置和超声装置的反应器中，控制反应器的温度为140℃，再加入1份含有少量四氢呋喃的钠基蒙脱土，在超声条件下高速机械搅拌4个小时后，将混合体系倒出至容器中，并在140℃的烘箱中恒温保存1.5小时。然后取出使其自然降温到室温条件。降温完成后得到浅黄色固体。该固体经过粉碎、过筛等处理后得到DOPO/MMT纳米复合阻燃剂的粉料。经过XRD测试分析，该DOPO/MMT纳米复合阻燃剂中的蒙脱土的层间距d＝3.62nm。

实施例3

将5份9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)加入到带有控温装置、搅拌装置和超声装置的反应器中，控制反应器的温度为150℃，再加入1份含有少量甲苯的钙基蒙脱土，在超声条件下高速机械搅拌3个小时后，将混合体系倒出至容器中，并在150℃的烘箱中恒温保存1小时。然后取出使其自然降温到室温条件。降温完成后得到浅黄色固体。该固体经过粉碎、过筛等处理后得到DOPO/MMT纳米复合阻燃剂的粉料。经过XRD测试分析，该DOPO/MMT纳米复合阻燃剂中的蒙脱土的层间距d＝3.64nm。

实施例4

将5份9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)加入到带有控温装置、搅拌装置和超声装置的反应器中，控制反应器的温度为160℃，再加入1份含有少量无水乙醇的钙基蒙脱土，在超声条件下高速机械搅拌2个小时后，将混合体系倒出至容器中，并在160℃的烘箱中恒温保存0.5小时。然后取出使其自然降温到室温条件。降温完成后得到浅黄色固体。该固体经过粉碎、过筛等处理后得到DOPO/MMT纳米复合阻燃剂的粉料。经过XRD测试分析，该DOPO/MMT纳米复合阻燃剂中的蒙脱土的层间距d＝3.62nm。