一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，配制復合乳化劑；十二烷基硫酸鈉和三乙醇胺溶解于水中制成透明溶液，將氧化聚乙烯蠟中加入復合乳化劑、乳化助劑，氧化聚乙烯蠟熔融后，加入透明溶液攪拌得乳液；向乳液中添加氨水溶液得有機改性乳液；向氫氧化鎂中加陰離子表面活性劑水溶液，攪拌得粉料；烘干得氫氧化鎂粉料；將有機改性乳液加入到氫氧化鎂粉料中，加入分散劑，冷卻至室溫，得有機乳液改性后的氫氧化鎂，分散性好，與有機物的相容性好，可均勻分散于基體材料中，不產(chǎn)生團聚現(xiàn)象，添加到有機材料中可有效降低材料的力學性能損失，該制備工藝簡單，易于操作，可控性強，且設備簡單，整個工藝過程無污染，符合節(jié)能環(huán)保要求。
【專利說明】一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，具體地說，涉及一種可用于橡膠、化工、建材、塑料及電子、不飽和聚酯和油漆、涂料等高分子材料中的高純氫氧化鎂阻燃劑的有機表面改性制備方法，屬于化工【技術領域】。
【背景技術】
[0002]氫氧化鎂阻燃劑是替代傳統(tǒng)鹵系阻燃劑的首選綠色環(huán)保阻燃劑。由于鹵系阻燃材料燃燒時產(chǎn)生大量的煙霧和有毒、有害氣體而造成嚴重的二次污染，因此，近些年來，美、日、歐盟等發(fā)達國家已經(jīng)禁止在電纜等材料中使用鹵系阻燃劑。研究和生產(chǎn)新型環(huán)保高性能氫氧化鎂阻燃劑對人類生產(chǎn)、生命安全和環(huán)境保護具有十分重要的意義。
[0003]氫氧化鎂是一種應用前景十分良好的無機阻燃材料。氫氧化鎂阻燃劑優(yōu)良的阻燃性能是源于其受熱時能吸熱分解和釋放出水。受熱分解生成的氧化鎂熔點高，可以起到良好阻燃的效果，受熱分解時產(chǎn)生水也其發(fā)揮阻燃效果的重要原因。氫氧化鎂具有無毒、低煙的優(yōu)點，分解后生成的氧化鎂化學性質(zhì)穩(wěn)定，不產(chǎn)生二次污染。氫氧化鎂是公認的橡塑行業(yè)中具有阻燃、抑煙、填充三重功能的優(yōu)秀阻燃劑，廣泛應用于橡膠、化工、建材、塑料及電子、不飽和聚酯和油漆、涂料等材料中。特別是對礦用導風筒涂覆布、PVC整芯運輸帶、阻燃鋁塑板、阻燃篷布、PVC電線電纜料、礦用電纜護套、電纜附件的阻燃、消煙抗靜電領域具有優(yōu)良的阻燃效果。氫氧化鎂與同類無機阻燃劑相比，具有更好的抑煙效果，在生產(chǎn)、使用和廢棄過程中均無有害物質(zhì)排放，而且還能中和燃燒過程中產(chǎn)生的酸性與腐蝕性氣體。
[0004]由于氫氧化鎂為無機物，表面與有機物基料的相容性較差，如果不對其進行表面改性處理，填充到有機材料中后，將導致復合材料的力學性能下降。因此，必須對其進行表面改性處理，以改善其與有機物基料的相容性，不降低填充材料的力學性能，甚至使材料的部分力學性能有所提高。
[0005]實踐證明，未經(jīng)改性的氫氧化鎂在有機材料中以團聚體的形式存在，但由于顆粒表面與基體不相容，顆粒團聚體與基體之間存在明顯的界限甚至空洞。材料脆斷時氫氧化鎂顆粒逃逸形成空洞，說明未改性的氫氧化鎂在基體中只起填充阻燃的作用，而不與基體材料發(fā)生化學鍵合。但是經(jīng)過表面改性的氫氧化鎂在基體中分散均勻，顆粒大都以原級顆粒或小團聚顆粒的形式分散存在于材料中。
[0006]目前國內(nèi)氫氧化鎂阻燃劑的生產(chǎn)主要面臨產(chǎn)品質(zhì)量不一，難以與國外相比，并且產(chǎn)品粒徑分布大，分散性和相容性差，性能仍不及當前使用的鹵系、磷系阻燃劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明要解決的技術問題是針對以上不足，提供一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，基于該種工藝制備的氫氧化鎂阻燃劑與有機基料的相容性好，分散性好，無團聚和結(jié)塊現(xiàn)象。本發(fā)明具有方法簡單、易于操作、可控性強的優(yōu)點。
[0008] 為了解決以上技術問題，本發(fā)明采用的技術方案如下:一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，其特征在于:所述工藝方法包括以下步驟:
(1)采用非離子乳化劑和陰離子乳化劑，配制HLB值在9-18的復合乳化劑；
(2) 將十二烷基硫酸鈉和三乙醇胺溶解于水中，制成透明溶液，十二烷基硫酸鈉、三乙醇胺、水的重量份比為 0.03-0.15:0.05-0.20 =200-2000 ；
(3 )將氧化聚乙烯蠟50-300份加入到反應釜中，再加入步驟(1)所得復合乳化劑10-60份，并加入乳化助劑5-20份，然后將反應釜加熱到70-130°C對氧化聚乙烯蠟進行乳化；
(4)待步驟(3)中氧化聚乙烯蠟熔融后，緩慢加入步驟(2)所得透明溶液20-200份，透明溶液的溫度為80-90°C，然后密封，先以60-100轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進行攪拌20-30分鐘，再以150-300轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌30-50分鐘，得乳液；
(5)停止加熱，自然冷卻至50-60°C并保溫，停止攪拌，然后向步驟(4)所得乳液中添加氨水溶液，調(diào)節(jié)乳液的PH值至7.8-9.2之間，得有機改性乳液；
(6)向100-500份氫氧化鎂中加入5-20份陰離子表面活性劑水溶液，然后升溫加熱，溫度控制在45-85°C，并不斷攪拌，攪拌速度為80-160轉(zhuǎn)/分，反應時間1.5-3.5小時，得粉料；陰離子表面活性劑水溶液的重量百分比濃度1%_10% ；
(7)將步驟(6)所得粉料在100-120°C下烘干，得到表面改性后的氫氧化鎂粉料；
(8)將步驟(5)所得有機改性乳液加入到步驟(7)中所得氫氧化鎂粉料中，加入分散劑，以200-400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌60-90分鐘，然后停止保溫和攪拌，自然冷卻至室溫，得有機乳液改性后的氫氧化鎂，有機改性乳液、氫氧化鎂粉料、分散劑的重量份比為10-300:100-500:10-20 ；
(9)將(8)所得粉料在70-85°C下烘干，干燥時間8-12h，然后自然冷卻即得核殼結(jié)構(gòu)的氫氧化鎂阻燃劑。
[0009]一種優(yōu)化方案，所述氫氧化鎂純度為> 95%，粒度0.5-25 μ m。
[0010]進一步地，所述的氧化聚乙烯蠟為低分子量、高密度。
[0011]進一步地，所述非離子乳化劑主要包括脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、月旨肪酸聚氧乙烯酯、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、烷基醇酰胺、烷基聚葡萄糖苷或多元醇酯，分析純。
[0012]進一步地，所述陰離子乳化劑主要包括十二烷基硫酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、硬酯酸鈉、雙十二烷基苯基醚二磺酸鈉或?qū)籽趸觉０坊交撬徕c，分析純。
[0013]進一步地，所述的分散劑主要包括三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇、纖維素衍生物、聚丙烯酰胺、古爾膠或脂肪酸聚乙二醇酯，分析純。
[0014]進一步地，所述的陰離子表面活性劑主要包括硬脂酸鈉、油酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、二十二烷酸鈉或褐煤酸鈉，分析純。
[0015]進一步地，所述的氨水溶液濃度為15-30%，分析純。
[0016]進一步地，所述乳化助劑主要包括乙二醇、丙三醇、丁二醇、正丁醇、正戊醇、正辛醇、聚乙二醇等醇類助劑。
[0017]進一步地，所述的有機改性乳液，其添加比例在10%_30%，其固含量在30%_45%。
[0018]本發(fā)明采用以上技術方案，與現(xiàn)有技術相比，具有以下優(yōu)點:
(I)本發(fā)明工藝較為簡單，對設備要求較低，節(jié)能環(huán)保，產(chǎn)品粒徑分散性好，與有機材料的相容性好，不產(chǎn)生團聚和結(jié)塊細現(xiàn)象，且添加到材料中不降低其力學性能。
[0019](2)反應過程中攪拌是為了使反應物反應均勻，防止原料發(fā)生沉淀或團聚。
[0020](3)控制HLB值在8-18之間，有利于增強改性乳液的穩(wěn)定性和乳化效果。
[0021](4)反應過程中，加入乳化助劑是為了促進氧化聚乙烯蠟熔融，提高乳液的濁點。
[0022](5)反應過程中，將三乙醇胺事先溶于水中有利于其分散均勻，便于與乳液中羧基反應。
[0023](6)反應過程中，將十二烷基硫酸鈉事先溶于水中有利于避免其在乳化過程中產(chǎn)生大量氣泡。
[0024](7)對氫氧化鎂進行表面活化是為了提高其與改性乳液的反應活性，以增強其在基體材料中的分散性和相容性。
[0025](8)調(diào)節(jié)乳液的pH在7.8-9.2之間，有利于乳液均勻、穩(wěn)定，不發(fā)生破乳、分層和結(jié)塊現(xiàn)象，利于實際使用和長期保存。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明的技術方案作進一步詳細說明，但本發(fā)明不限于以下列舉的特定例子。
[0027]實施例1，一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，該制備方法包括以下步驟:
(1)采用烷基醇酰胺聚氧乙烯醚和雙十二烷基苯基醚二磺酸鈉為主要乳化劑，配制HLB值為15的復合乳化劑；
(2)將5g十二烷基硫酸鈉和Sg三乙醇胺溶解于61kg水中，制成透明溶液；
(3)將氧化聚乙烯蠟86kg加入到反應釜中，再加入32kgHLB值在15的復合乳化劑，加入乳化助劑6kg，然后將反應釜加熱到105°C對氧化聚乙烯蠟進行乳化；
(4)待(3)中氧化聚乙烯蠟熔融后，緩慢加入加熱至85°C的十二烷基硫酸鈉和三乙醇胺混合水溶液61kg,然后密封,先以75轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進行攪拌23分鐘,然后以186轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌47分鐘；
(5)停止加熱，自然冷卻至56°C并保溫，停止攪拌，然后向(4)所得乳液中添加氨水溶液，調(diào)節(jié)乳液的PH值至8.3，得有機改性乳液；
技術指標如下:
外現(xiàn)分散性IIl定性__PH值透光率.，％固含量.,?
乳白色—四級 I無分層、結(jié)塊、破ft觀 8.3__41__38
(6)向150kg氫氧化鎂中加入6kg油酸鈉表面活性劑水溶液(濃度8%)，然后升溫加熱，溫度控制在56°C，并不斷攪拌，攪拌速度為89轉(zhuǎn)/分，反應時間2.3小時；
(7)將步驟(6)所得粉料在112°C下烘干，得到表面改性后的氫氧化鎂粉料；
(8)將步驟(5)所得有機改性乳液15kg加入到步驟7中制備的氫氧化鎂粉料150kg中，加入六偏磷酸鈉11kg，以235轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌86分鐘，然后停止保溫和攪拌，自然冷卻至室溫，得有機乳液改性后的氫氧化鎂；
(9)將(8)所得粉料在7 8°C下烘干，干燥時間9h，然后自然冷卻即得核殼結(jié)構(gòu)的氫氧化鎂阻燃劑。[0028]技術指標如下:
【權利要求】
1.一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，其特征在于:所述工藝方法包括以下步驟: (1)采用非離子乳化劑和陰離子乳化劑，配制HLB值在9-18的復合乳化劑； (2)將十二烷基硫酸鈉和三乙醇胺溶解于水中，制成透明溶液，十二烷基硫酸鈉、三乙醇胺、水的重量份比為 0.03-0.15:0.05-0.20 =200-2000 ； (3 )將氧化聚乙烯蠟50-300份加入到反應釜中，再加入步驟(1)所得復合乳化劑10-60份，并加入乳化助劑5-20份，然后將反應釜加熱到70-130°C對氧化聚乙烯蠟進行乳化； (4)待步驟(3)中氧化聚乙烯蠟熔融后，緩慢加入步驟(2)所得透明溶液20-200份，透明溶液的溫度為80-90°C，然后密封，先以60-100轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速進行攪拌20-30分鐘，再以150-300轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌30-50分鐘，得乳液； (5)停止加熱，自然冷卻至50-60°C并保溫，停止攪拌，然后向步驟(4)所得乳液中添加氨水溶液，調(diào)節(jié)乳液的PH值至7.8-9.2之間，得有機改性乳液； (6)向100-500份氫氧化鎂中加入5-20份陰離子表面活性劑水溶液，然后升溫加熱，溫度控制在45-85°C，并不斷攪拌，攪拌速度為80-160轉(zhuǎn)/分，反應時間1.5-3.5小時，得粉料；陰離子表面活性劑水溶液的重量百分比濃度1%_10% ； (7)將步驟(6)所得粉料在100-120°C下烘干，得到表面改性后的氫氧化鎂粉料； (8)將步驟(5)所得有機改性乳液加入到步驟(7)中所得氫氧化鎂粉料中，加入分散劑，以200-400轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速攪拌60-90分鐘，然后停止保溫和攪拌，自然冷卻至室溫，得有機乳液改性后的氫氧化鎂，有機改性乳液、氫氧化鎂粉料、分散劑的重量份比為10-300:100-500:10-20 ； (9)將(8)所得粉料在70-85°C下烘干，干燥時間8-12h，然后自然冷卻即得核殼結(jié)構(gòu)的氫氧化鎂阻燃劑。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，其特征在于:所述氫氧化鎂純度為> 95%,粒度0.5-25 μ m。
3.根據(jù)權利要求1所述的一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，其特征在于:所述的氧化聚乙烯蠟為低分子量、高密度。
4.根據(jù)權利要求1所述的一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，其特征在于:所述非離子乳化劑主要包括脂肪醇聚氧乙烯醚、烷基酚聚氧乙烯醚、脂肪酸聚氧乙烯酯、脂肪胺聚氧乙烯醚、烷基醇酰胺聚氧乙烯醚、嵌段聚氧乙烯-聚氧丙烯醚、烷基醇酰胺、烷基聚葡萄糖苷或多元醇酯，分析純。
5.根據(jù)權利要求1所述的一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，其特征在于:所述陰尚子乳化劑主要包括十二烷基硫酸納、十二烷基苯橫酸納、硬酷酸納、雙十二烷基苯基釀二磺酸鈉或?qū)籽趸觉０坊交撬徕c，分析純。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，其特征在于:所述的分散劑主要包括三聚磷酸鈉、六偏磷酸鈉、焦磷酸鈉、三乙基己基磷酸、十二烷基硫酸鈉、甲基戊醇、纖維素衍生物、聚丙烯酰胺、古爾膠或脂肪酸聚乙二醇酯，分析純。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，其特征在于:所述的陰離子表面活性劑主要包括硬脂酸鈉、油酸鈉、十二烷基苯磺酸鈉、二十二烷酸鈉或褐煤酸鈉，分析純。
8.根據(jù)權利要求1所述的一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，其特征在于:所述的氨水溶液濃度為15-30%，分析純。
9.根據(jù)權利要求1所述的一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，其特征在于:所述乳化助劑主要包括乙二醇、丙三醇、丁二醇、正丁醇、正戊醇、正辛醇、聚乙二醇等醇類助劑。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種改性氫氧化鎂阻燃劑的制備方法，其特征在于:所述的有機改性乳液，其添加 比例在10%-30%，其固含量在30%-45%。
【文檔編號】C09C1/02GK103965656SQ201410184816
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年5月5日 優(yōu)先權日:2014年5月5日
【發(fā)明者】王強 申請人:山東華研新材料有限公司