[發(fā)明專利]α-ZrP /GO阻燃劑的制備及其在聚乙烯醇中的應(yīng)用

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• 申請日: 2020-07-20
• 公開（公告）號: CN111808392A
• 公開（公告）日: 2020-10-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳秋榮;王育華;冷倩;吳聰
• 申請（專利權(quán)）人: 上海榮富新型材料有限公司
• 主分類號: C08L29/04
• 分類號: C08L29/04;C08K9/02;C08K3/32;C08K3/04;C08J5/18
• 代理公司: 蘭州智和專利代理事務(wù)所(普通合伙) 62201
• 代理人: 周立新

本發(fā)明公開了一種α?ZrP/GO阻燃劑的制備及其在聚乙烯醇中的應(yīng)用。由水熱法制得多組不同粒度的α?磷酸鋯與氧化石墨烯按一定質(zhì)量比混合而成的阻燃劑，再分別與聚乙烯醇混合干燥制成聚乙烯醇復(fù)合膜。該制備方法制得的阻燃劑可作為新型無鹵阻燃劑對PVA進(jìn)行阻燃性能的提升，克服了傳統(tǒng)阻燃劑阻燃效率低而含量高的缺點(diǎn)，成本低，制備工藝簡單且制備周期短，環(huán)保無毒。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于阻燃技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種無鹵阻燃劑的制備方法，具體涉及一種可提升聚乙烯醇阻燃性能的α-ZrP/GO阻燃劑的制備方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)

聚乙烯醇（PVA）是重要的化工原料，例如用于制造乳化劑、膠水、紙張涂層、粘合劑等。它具有水溶性及優(yōu)秀的成膜能力，但其可燃性限制了其在許多領(lǐng)域的應(yīng)用，因此有必要提升其阻燃性能。含鹵阻燃劑雖有良好的阻燃效果，卻對環(huán)境和人體存在巨大毒性，已被限制應(yīng)用，因此，無鹵環(huán)境友好型阻燃劑有待開發(fā)。現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用于聚乙烯醇的無鹵阻燃劑大多制備過程復(fù)雜且產(chǎn)率低，成本較高。例如聚氨基環(huán)磷腈需在高溫下合成，具較高成本；另外，因其阻燃效率低而需較大添加量，因而影響了聚合物本身的性質(zhì)，例如高嶺土等礦物和PVA的添加質(zhì)量比為1︰1，僅能將PVA氣凝膠的LOI由22%提升至25%，而氣凝膠的壓縮性能變差。針對這些劣勢，我們致力于研究制備過程簡單且性能高效的阻燃劑。過去的研究表明，大多數(shù)磷衍生物可作為固相阻燃劑，在暴露于火焰中時形成大量的酸，這些酸迅速脫水，使得聚合物表面形成一層絕緣炭層，從而隔絕熱量及可燃?xì)怏w。這些磷衍生物中存在一些層狀納米材料，它們可分散在聚合物內(nèi)部，它們的片狀結(jié)構(gòu)可提供物理屏障作用，增加氣體逸出或進(jìn)入聚合物基體的路徑，從而延緩燃燒。磷酸鋯（ZrP）具有片層結(jié)構(gòu)和良好的阻燃特性，但是需要其高負(fù)載量，這影響了聚合物的機(jī)械性能。因此需要研究出改性磷酸鋯以達(dá)到低負(fù)載量高阻燃性能及優(yōu)秀的機(jī)械性能。在磷酸鋯的層狀結(jié)構(gòu)中，Zr原子和磷酸基團(tuán)的氧原子相連，其結(jié)構(gòu)可以根據(jù)反應(yīng)條件變化而變化，例如改變磷酸濃度或者反應(yīng)環(huán)境。氧化石墨烯（GO）與聚合物具有好的相容性及強(qiáng)相互作用，應(yīng)用于PVA阻燃時對聚合物的機(jī)械性能的負(fù)面影響較小。另外，氧化石墨烯含有氧基，低溫下也可發(fā)生脫水，從而降低環(huán)境溫度。但是由于p-p相互作用和范德華力的存在，氧化石墨烯在聚合物中難以均勻分散，故對其進(jìn)行表面改性很有必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可提升聚乙烯醇阻燃性能的新型無鹵環(huán)保型阻燃劑α-ZrP/GO的制備方法，使用氧化石墨烯對磷酸鋯進(jìn)行表面改性，使形成的復(fù)合阻燃劑能在聚乙烯醇基體中均勻分散，實(shí)現(xiàn)低負(fù)載量，高阻燃性能。

本發(fā)明的第二個目的是提供一種上述阻燃劑在聚乙烯醇中應(yīng)用方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種α-ZrP/GO阻燃劑的制備方法，具體按以下步驟進(jìn)行：

1）分別取磷酸和去離子水，將磷酸完全溶解于去離子水中，制得摩爾體積濃度為3～12mol/mL的磷酸溶液；

2）按60mL質(zhì)量體積濃度為2mg/mL的氧化石墨烯溶液中分散4g 的ZrOCl₂﹒8H₂O粉末的比例，分別取ZrOCl₂·8H₂O粉末和氧化石墨烯溶液，將ZrOCl₂·8H₂O粉末加入氧化石墨烯溶液中，超聲處理，得分散液；

3）按體積比1～2.5︰1，分別取磷酸溶液和分散液，在高速磁力攪拌的條件下，將磷酸溶液逐滴滴入分散液中，滴加完成后，轉(zhuǎn)移到高壓水熱反應(yīng)釜中，在200～240℃的溫度下保溫5～8h，進(jìn)行水熱反應(yīng)；

4）水熱反應(yīng)完成后，自然冷卻至室溫，離心收集產(chǎn)物，用去離子水多次洗滌產(chǎn)物并離心，至濾液呈中性，得半成品，用乙醇洗滌半成品，離心，在60℃烘箱中干燥24～28h，冷卻至室溫，制得α-ZrP/GO阻燃劑。

該阻燃劑由磷酸鋯和氧化石墨烯構(gòu)成，可提升聚乙烯醇的阻燃性能。