[發(fā)明專利]用鋁土礦選礦尾礦制備的膨脹型阻燃劑及其制備方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810030779.6
• 申請日: 2008-03-11
• 公開（公告）號: CN101240175A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 胡岳華;盧清華;楊華明;劉祥民;張吉龍;孟杰
• 申請（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號: C09K21/14
• 分類號: C09K21/14;C09K21/04
• 代理公司: 中南大學(xué)專利中心
• 代理人: 龔燦凡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及Al-P-N膨脹型阻燃劑，具體涉及用鋁土礦選礦尾礦制備Al-P-N膨脹型阻燃劑。

背景技術(shù)

隨著社會發(fā)展，各種高聚物越來越多地被用于建筑、紡織、交通運輸、電子電器等領(lǐng)域。這些物質(zhì)在促進社會文明的同時，也由于其易燃性而帶來許多火災(zāi)隱患。預(yù)防和控制火災(zāi)，技術(shù)上根據(jù)燃燒三要素(可燃物、空氣、溫度)相互作用原理，目前主要采取在高聚物(主體物質(zhì))中加入阻燃劑的措施。阻燃劑在高聚物中主要通過分解吸熱、釋放不燃氣體、形成隔熱隔氧層、捕獲高聚物燃燒時產(chǎn)生的活性自由基等機理來阻止或延緩高聚物燃燒或燃燒速度，從而為火災(zāi)撲救和人員逃生贏得時間。目前工業(yè)使用量最大的阻燃劑為氯-銻系。隨著環(huán)保的日益重視和阻燃劑無氯化、無煙化趨勢的要求，對環(huán)境和生物造成危害的氯-銻系阻燃劑將會逐漸淡出市場。研發(fā)無鹵、抑煙、環(huán)保等多重效能兼?zhèn)淝覂r廉的阻燃劑成為近年來阻燃領(lǐng)域中的重點研究課題之一。

鋁土礦選礦尾礦具有產(chǎn)出量大，化學(xué)成分復(fù)雜，有用成分含量高，難以堆存等特點。隨著礦產(chǎn)資源的大量開發(fā)和利用，礦石資源日益貧乏，尾礦作為二次資源的再利用問題也已受到世界各國的重視。目前，鋁土礦選礦尾礦主要作為耐火材料的原料和高聚物的填料來使用。作為填料使用時，人們只注意了尾礦的增量作用，卻忽視了其阻燃功能。尾礦中80％以上為含水的粘土礦物和一水硬鋁石，他們受熱后在300℃～600℃吸熱失水，失水時吸收的熱量對基材具有冷卻作用；脫去的水分對高聚物燃燒時產(chǎn)生的各種氣體具有稀釋作用；另外，一水硬鋁石和粘土礦物失水后的物質(zhì)具有催化性能和較大的吸附性能，能夠吸附一些有毒氣體及碳化物顆粒，起到消煙和成碳作用。因而尾礦具有理論上的阻燃性和抑煙性。然而尾礦失水時吸收的熱量不多，失水量約15％，阻燃作用不明顯，為了在不惡化基材力學(xué)性能的前提下起到阻燃作用，鋁土礦選礦尾礦必須與與其具有阻燃協(xié)效作用的阻燃劑聯(lián)合使用。

鋁土礦選礦尾礦中主要礦物成分為含水氧化鋁和粘土礦物，文獻報道的與氧化鋁和粘土礦物(比如高嶺土、蒙脫土)具有阻燃協(xié)效作用的阻燃劑或阻燃體系有氯/銻系、磷/氮系等。氯/銻系由于對人體健康和環(huán)境有害，國際上已有法規(guī)禁止使用。磷/氮系被認為是一種環(huán)保、高效的膨脹型阻燃劑，其與粘土礦物、氧化鋁、水合氧化鋁聯(lián)合使用一方面可以改善膨脹碳層的質(zhì)量，增加成碳量；另一方面還具有消煙作用。

文獻報道的這類磷/氮系有聚磷酸銨、磷酸三聚氰胺等，如專利CN1733778中將含水氧化鋁與磷酸、三聚氰胺反應(yīng)制備了陽離子改性的磷酸三聚氰胺鹽；A.Cdst-Rovinci、F.Ldoutid等研究了聚磷酸銨、紅磷與水合氧化鋁的阻燃協(xié)效機理，認為磷酸根與金屬離子之間形成的玻璃質(zhì)磷酸鋁具有穩(wěn)定膨脹碳層的作用，從而可以更加有效地阻隔氧。鋁土礦選礦尾礦中主要礦物顆粒表面全部或部分被鋁等金屬離子包圍，具有與磷酸、磷酸銨、聚磷酸等含磷物質(zhì)產(chǎn)生表面化學(xué)鍵合的條件，通過化學(xué)調(diào)控，可在一水硬鋁石和粘土礦物表面形成鋁的酸式磷酸鹽，這些酸式磷酸鹽可與氨水、三聚氰胺等堿性或弱堿性物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，最終在一水硬鋁石和粘土礦物表面生成Al-P-N復(fù)合物包覆膜。當Al-P-N復(fù)合物和高聚物受熱時，可生成更加穩(wěn)定的Al-P-O-C鍵，從而起到穩(wěn)定碳層和阻隔氧的作用。但Al-P-N復(fù)合阻燃劑中參與成碳的磷很少，受熱時不能形成有效的膨脹碳層，阻燃效率不高；另外尾礦顆粒表面罩蓋的Al-P-N復(fù)合物為極性物質(zhì)，存在與高聚物相容性差的問題，若大量添加，必然損壞基材的力學(xué)性能。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于高效大規(guī)模利用鋁土礦選礦尾礦制備膨脹型阻燃劑，并進一步解決用鋁土礦選礦尾礦制備Al-P-N復(fù)合阻燃劑時，Al-P-N復(fù)合阻燃劑阻燃效率不高，與高聚物相容性差的問題，制備出一種阻燃性高、與高聚物相容性好的膨脹型阻燃劑。

本發(fā)明鋁土礦選礦尾礦制備膨脹型阻燃劑由下述方法制備而成：首先將選礦尾礦與含磷、含氮物質(zhì)在球磨細化過程中反應(yīng)，在選礦尾礦顆粒表面罩蓋一層Al-P-N復(fù)合物，實現(xiàn)第一層包覆；然后將包覆尾礦依次用樹脂預(yù)聚物，磷酸鹽包覆，得到樹脂包覆的鋁土礦選礦尾礦。為了增加包膜厚度，可重復(fù)進行包覆，多層包覆后，得到具有膨脹性的樹脂包覆尾礦。

具體說，本發(fā)明樹脂包覆鋁土礦選礦尾礦制備膨脹型阻燃劑的方法，包括：

(1)將選礦尾礦、磷酸或磷酸銨或聚磷酸混合細磨，然后加入三聚氰胺，球磨、干燥、煅燒，得到Al-P-N復(fù)合物包覆的鋁土礦選礦尾礦；