[發明專利]一步原位合成法制備有機阻燃透明復合材料

無效

• 申請號: 200910074574.2
• 申請日: 2009-06-26
• 公開（公告）號: CN101597350A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 晏泓;張猛;魏麗喬;戴晉明;劉旭光;賈虎生;許并社
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: C08F120/14
• 分類號: C08F120/14;C08F2/44;C08K3/22;C08K3/34
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司
• 代理人: 江淑蘭

1.一步原位合成法制備有機阻燃透明復合材料，其特征在于：使用的化學物質材料為：十八烷基三甲基氯化銨、環己烷、正己醇、氯化鎂、無水乙醇、甲基丙烯酸甲酯、N，N-二甲基甲酰胺、偶氮二異丁腈，鈉基蒙脫土、氨氣、去離子水、氮氣，其配比用量如下：以克、毫升、厘米³為計量單位

十八烷基三甲基氯化銨：??C₁₈H₃₇N(CH₃)₃Cl????????????????????150ml±1ml

環己烷：????????????????C₆H₁₂??????????????????????????????386ml±1ml

正己醇：????????????????C₆H₁₄O?????????????????????????????55ml±1ml

氯化鎂：????????????????MgCl₂·6H₂O????????????????????????17.4327g±0.0005g

無水乙醇：??????????????CH₃CH₂OH???????????????????????????500ml±1ml

甲基丙烯酸甲酯：????????CH₂＝C(CH₃)COOCH₃??????????????????42ml±1ml

N，N-二甲基甲酰胺：?????C₃H₇NO?????????????????????????????53ml±1ml

偶氮二異丁腈：??????????NCC(CH₃)₂NNC(CH₃)₂CN???????????????0.4g±0.0001g

鈉基蒙脫土：????????????Na_0.33(Al_1.67Mg_0.33)(Si₄O₁₀)(OH)₂??5g±0.0002g

去離子水：??????????????H₂O????????????????????????????????10000ml±50ml

氨氣：??????????????????NH₃????????????????????????????????10000cm³±50cm³

氮氣：??????????????????N₂?????????????????????????????????10000cm³±50cm³

一步原位合成法制備阻燃透明復合材料工藝流程如下：

(1)精選化學物質材料

對制備所需的化學物質材料要進行精選，并進行純度控制：質量百分率

十八烷基三甲基氯化銨：??液態液體????????????????????≥40％

環己烷：????????????????液態液體????????????????????≥99.5％

正己醇：????????????????液態液體????????????????????≥99.5％

氯化鎂：????????????????固態固體????????????????????≥99.0％

無水乙醇：??????????????液態液體????????????????????≥99.7％

甲基丙烯酸甲酯：????????液態液體????????????????????≥99.5％

N，N-二甲基甲酰胺：?????液態液體????????????????????≥99.5％

偶氮二異丁腈：??????????固態固體????????????????????≥99.89％?

鈉基蒙脫土：????固態固體????????????≥90％

去離子水：??????液態液體????????????99.9％

氨氣：??????????氣態氣體????????????99.9％

氮氣：??????????氣態氣體????????????99.9％

(2)提純鈉基蒙脫土

①將鈉基蒙脫土5g±0.0002g，置于燒杯中，加入去離子水50ml±1ml，鈉基蒙脫土∶去離子水＝1∶10；用攪拌器勻速攪拌60min±5min；靜置1440min±20min；雜質沉淀；將燒杯上部的鈉基蒙脫土漿液倒入離心試管中，棄掉沉淀物；

②離心分離鈉基蒙脫土漿液

將盛有鈉基蒙脫土漿液的離心管置于離心機上，開啟離心機使其轉動，離心分離轉數為3000r/min，時間10min，進一步去除沙石；

③真空抽濾

將離心液置于燒杯中，加入絮凝劑聚丙烯酰胺10mg±1mg，傾倒上層清液，將燒杯中的絮凝物倒入真空抽濾瓶的布氏漏斗中，用中性雙層定性濾紙進行真空抽濾5min±1min，濾紙上的留存產物為鈉基蒙脫土濾餅，廢液抽至濾瓶中；

④無水乙醇洗滌

將產物濾餅置于三口燒瓶中，加入無水乙醇50ml，用攪拌器劇烈攪拌30min，使其充分分散為懸浮乳液；

⑤真空抽濾

將洗滌的懸浮乳液置于真空抽濾瓶的布氏漏斗中，用中性雙層定性濾紙進行真空抽濾5min，濾紙上留下的產物即為鈉基蒙脫土濾餅，廢液抽至濾瓶中；

⑥將產物濾餅收集于燒杯中，然后置于真空干燥箱中進行干燥處理，干燥溫度60℃±2℃，真空度15Pa，干燥時間360min，干燥后得到高純度灰色疏松狀鈉基蒙脫土粉體；

(3)制備氫氧化鎂微Mg(OH)₂乳液

①配制氯化鎂水溶液

將氯化鎂17.4327g±0.0005g置于燒杯中，加入去離子水25ml±1ml，在常溫下，在磁力攪拌機上進行攪拌15min，成氯化鎂水溶液；

②配制十八烷基三甲基氯化銨+正己醇溶液

將十八烷基三甲基氯化銨150ml±1ml置于燒杯中，加入正己醇55ml±1ml，在?常溫下、在磁力攪拌機上攪拌30min，成十八烷基三甲基氯化銨+正己醇混合液；

③配制氫氧化鎂微乳液

在四口燒瓶中，依次加入十八烷基三甲基氯化銨+正己醇混合液205ml±2ml、環己烷386ml±1ml、氯化鎂水溶液25ml±1ml；

在四口燒瓶上依次安裝氨氣管、攪拌器、出氣管，氨氣管連接氨氣瓶，開啟攪拌器，攪拌速度300r/min，攪拌時間30min±1min；開啟氨氣瓶，向四口燒瓶中輸入氨氣，輸入速度為5cm³/min，在輸入過程中，連續攪拌，用試紙進行酸堿度pH值檢測，當pH≥10、呈堿性時，停止輸入氨氣，得到泛青色氫氧化鎂微乳液；

(4)配制引發劑偶氮二異丁腈+無水乙醇溶液劑

將偶氮二異丁腈0.4g±0.0001g置于燒杯中，加入無水乙醇10ml±1ml，用攪拌器攪拌5min，成偶氮二異丁腈+無水乙醇混合溶液；

(5)四口燒瓶中一步法原位合成三相復合粒子產物

①將四口燒瓶置于電加熱器上；

②在四口燒瓶上依次插入氮氣管、滴液漏斗、攪拌器、水循環冷凝管；

③將氫氧化鎂微乳液加入到四口燒瓶中；

將提純的鈉基蒙脫土粉體加入到四口燒瓶中；

將甲基丙烯酸甲酯單體加入到四口燒瓶中；

④將引發劑偶氮二異丁腈+無水乙醇溶液置于滴液漏斗中；

⑤開啟電加熱器，溫度由20℃升至60℃±2℃；

開啟攪拌器，進行攪拌，攪拌時間180min；

開啟氮氣管，向四口燒瓶輸入氮氣，輸入速度5cm³/min；

開啟水循環冷凝管，出氣口開啟；

⑥開啟滴液漏斗，滴加引發劑偶氮二異丁腈+無水乙醇溶液，滴加速度1ml/min；

⑦化學反應在80℃±2℃恒溫狀態下，繼續反應480min±20min；

⑧在四口燒瓶中、在加熱狀態下、在氮氣保護下、在水循環冷凝狀態下、在持續攪拌中、在滴加引發劑過程中，四口燒瓶內的氫氧化鎂微乳液、鈉基蒙脫土、甲基丙烯酸甲酯單體將發生聚合化學反應，聚合反應式如下：

式中：?

CH₂＝C(CH₃)COOCH₃：甲基丙烯酸甲酯

NCC(CH₃)₂NNC(CH₃)₂CN：偶氮二異丁腈引發劑

聚甲基丙烯酸甲酯

⑨關閉加熱器，關閉氮氣瓶，關閉水循環冷凝管，關閉攪拌器，四口燒瓶及其內的混合反應溶液隨瓶冷卻至20℃±3℃；

(6)真空抽濾

將混合反應溶液置于真空抽濾瓶的布氏漏斗中，用中性雙層定性濾紙進行真空抽濾10min，濾紙上留下產物濾餅，廢液抽至抽濾瓶中；

(7)去離子水洗滌+真空抽濾10次

將產物濾餅置于燒杯中，加入去離子水100ml，用攪拌器攪拌洗滌5min，成混合液；

洗滌后將混合液置于布氏漏斗中，用雙層定性濾紙進行真空抽濾，濾紙上留下產物濾餅；

去離子水洗滌+真空抽濾重復進行十次，并收集產物濾餅；

(8)真空干燥

將產物濾餅置于燒杯中，然后置于真空干燥箱中，進行干燥處理，干燥溫度60℃±2℃，真空度15Pa，干燥時間1440min，干燥后得最終產物：白色復合粒子粉體，即：聚甲基丙烯酸甲酯+氫氧化鎂+鈉基蒙脫土三相阻燃納米復合材料，其成分如下：

聚甲基丙烯酸甲酯????80％

氫氧化鎂????????????10％

鈉基蒙脫土??????????10％

(9)檢測、化驗、分析、表征、對比

對制備的白色松散狀的復合粒子粉體的形貌、色澤、成分、性能、熱穩定性進行檢測、化驗、分析、表征、對比：

用場發射掃描電鏡進行形貌分析；

用X射線衍射分析儀進行產物晶型結構分析；

用紅外光譜儀進行紅外光譜分析；

用熱重分析儀對產物粉體進行熱重分析；

用紫外-可見分光光度計對復合材料成膜后的紫外-可見光的透過率進行分析；

(10)儲存?

將制備的白色松散狀的復合粒子粉體置于無色透明的玻璃容器中，儲存于陰涼、干燥、潔凈環境，要防水、防潮、防酸堿鹽侵蝕，儲存溫度20℃±3℃，相對濕度≤10％。