專利名稱：用天然白云巖制備的類水滑石-納米碳酸鈣梯度阻燃材料及方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用天然白云巖制備的類水滑石-納米碳酸鈣梯度阻燃材料及方法。
現(xiàn)有技術
具備良好阻燃效果的礦物材料開發(fā)一直備受關注。類水滑石具有層狀結構，層板間存在大量陰離子，并具有可交換性，受熱分解吸熱明顯，具有顯著的阻燃效果；同時，這類材料呈薄片狀形態(tài)，對聚合物材料具有明顯的增強和填充作用，是用作阻燃材料的的優(yōu)良原料。目前，人工合成類水滑石大多以化工產(chǎn)品或天然礦物的煅燒產(chǎn)物為原料，例如CN1922108A中公開了將含有鋁離子和鎂離子的酸性溶液與含有堿的堿性溶液混合以合成類水滑石的方法，其提供鎂離子的鎂源原料為水鎂石、氯化鎂、氫氧化鎂、菱鎂礦的煅燒產(chǎn)物中的任意一種或多種。但這種方法制成的產(chǎn)品成本較高，且產(chǎn)生的CO2廢氣造成溫室效應，不利于環(huán)保。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種成本較低，且不會造成溫室效應的用白云巖制備的類水滑石-納米碳酸鈣梯度阻燃材料，該材料經(jīng)改性后與聚合物材料具有良好分散性與結合性，并對聚合物材料具有優(yōu)良的阻燃效果。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種用白云巖制備的類水滑石-納米碳酸鈣梯度阻燃材料的方法。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案
用天然白云巖制備的類水滑石-納米碳酸鈣梯度阻燃材料，該阻燃材料是將研磨過篩后的天然白云巖、硝酸鋁、硝酸按白云巖硝酸鋁硝酸=(2. 5-3. 5) I (3.75-8.75)摩爾配比的比例混合，經(jīng)加熱攪拌制成混合溶液，再向該混合溶液中加入2mol/L的NaOH溶液，其中NaOH與白云巖摩爾比為(2-4) 1，再經(jīng)靜態(tài)高溫高壓結晶反應制得的。其中所米用的天然白云巖為天然產(chǎn)出的白云巖礦石，CaMg〔C03〕2彡95%,雜質含量彡5%，其中的SiO2 ( 2%，研磨過篩后的白云巖礦石粉體的粒度為-200目彡95% ；+200目彡5%。所述的用天然白云巖制備類水滑石-納米碳酸鈣梯度阻燃材料的方法，該方法包括以下步驟
(1)將天然白云巖礦石破碎、磨細和篩分，使其粒度達到-200g ^ 95%, +200目彡5%;
(2)將研磨過篩后的天然白云巖與硝酸鋁以及硝酸按如下摩爾配比混合制成溶液I: 白云巖硝酸鋁硝酸=(2. 5-3. 5) I (3. 75-8. 75)
(3)將溶液I移至密閉容器中，在60°C-80°C溫度下持續(xù)攪拌4-6h，控制攪拌轉速在15-30r/min,獲得溶液 II ；(4)按白云巖NaOH=I (2-4)的摩爾配比稱取NaOH，并用蒸餾水配成2mol/L的溶液 III ；
(5)將溶液III加入到溶液II中，攪拌5-15min，制成溶液IV；
(6)將溶液IV移至耐壓反應釜中，密封后在140-160°C溫度下靜態(tài)反應12-18h，獲得產(chǎn)物V ；
(7)對產(chǎn)物V進行過濾，并用去離子水對過濾后固體產(chǎn)物進行多次洗滌至洗滌液pH值達到8-9為止，獲得固體產(chǎn)物VI ；
(8)將所獲得的固體產(chǎn)物VI在空氣環(huán)境、溫度100-120°C下干燥12-24h，即得。本發(fā)明中天然白云巖的摩爾質量是按CaMg (CO3) 2的分子量來進行計算的。
本發(fā)明的優(yōu)點在于充分利用了天然白云巖富鎂、鈣和二氧化碳的成分特點，通過合理的工藝設計和優(yōu)化原料配比以及工藝制度，制備了粒度小于500nm、在聚合物材料中具有良好分散性與結合性，并對聚合物材料具有優(yōu)良阻燃效果的梯度阻燃材料。本發(fā)明將天然的白云巖直接與硝酸混合，在封閉的環(huán)境下使白云巖分解為鎂離子、鈣離子和二氧化碳氣體，它們再與其他配料反應生成類水滑石和納米碳酸鈣，分解的二氧化碳氣又直接參與了類水滑石和碳酸鈣的合成，天然白云巖不需煅燒，不排放溫室氣體，制備方法簡單，易于實現(xiàn)，成本低且環(huán)保。
具體實施例方式實施例I
本實施例中所用天然產(chǎn)出的白云巖礦石，經(jīng)檢測，CaMg〔C03〕2含量為97. 30%，雜質含量為2. 70%，其中的SiO2為I. 22%。制備具體步驟為
I)準備粉體原料將上述檢測后符合要求的天然白云巖礦石利用粉磨設備磨細，過200目的篩子，得到的粉體粒度為-200目顆粒的質量占總質量98. 5% ；+200目顆粒的質量占總質量I. 5%ο2)將研磨過篩后的天然白云巖與硝酸鋁、硝酸按如下比例混合制成溶液I :白云巖硝酸鋁硝酸=3:1:6 (摩爾比)。3)將溶液I移至密閉容器中，在75°C溫度下使用磁力攪拌器持續(xù)攪拌5. 5h，控制轉速在25-30r/min，獲得溶液II。4)按白云巖Na0H=l:2. 5的摩爾比比例稱取NaOH，并用蒸餾水配成2mol/L的溶液 III。5)將溶液III加入到溶液II中，攪拌7min，制成溶液IV。6)將溶液IV移至耐壓反應釜中，密封后在150°C溫度下靜態(tài)反應15h，獲得產(chǎn)物V。7)對產(chǎn)物V進行過濾，并用去離子水對過濾后固體產(chǎn)物進行多次洗滌至洗滌液pH值達到8為止，獲得固體產(chǎn)物VI。(8)在105°C對固體產(chǎn)物VI干燥16h (空氣環(huán)境)即得到類水滑石-納米碳酸鈣粉體。所制得的類水滑石晶體呈片狀，片徑約為500nm;碳酸鈣晶體呈粒狀，粒徑約為400 nm。將其改性后分散在聚乙烯中(粉體/聚乙烯=0. 4/0. 6 (質量比)，復合材料的極限氧指數(shù)(LOI)為24. 5，最大煙密度為O. 25。實施例2
本實施例中所用天然產(chǎn)出的白云巖礦石，經(jīng)檢測，CaMg〔C03〕2含量為98. 10%，雜質含量為I. 90%，其中的SiO2為=0. 86%。制備具體步驟為
I)準備粉體原料將上述檢測后符合要求的天然白云巖礦石利用粉磨設備磨細，過200目的篩子，得到的粉體粒度為-200目顆粒的質量占總質量98. 7% ；+200目顆粒的質量占總質量I. 3%ο 2)將研磨過篩后的天然白云巖與硝酸鋁、硝酸按如下比例混合制成溶液I :白云巖硝酸鋁硝酸=3. 5 I 8. 75 (摩爾比)。3)將溶液I移至密閉容器中，在80°C溫度下使用磁力攪拌器持續(xù)攪拌4h，控制轉速在15-30r/min，獲得溶液II。4)按白云巖似0!1=1:2的摩爾比比例稱取似0!1，并用蒸餾水配成211101/1的溶液
III。5)將溶液III加入到溶液II中，攪拌5min，制成溶液IV。6)將溶液IV移至耐壓反應釜中，密封后在140°C溫度下靜態(tài)反應18h，獲得產(chǎn)物V。7)對產(chǎn)物V進行過濾，并用去離子水對過濾后固體產(chǎn)物進行多次洗滌至洗滌液pH值達到8為止，獲得固體產(chǎn)物VI。8)在100°C對固體產(chǎn)物VI干燥24h (空氣環(huán)境)即得到類水滑石-納米碳酸鈣粉體。所制得的類水滑石晶體呈片狀，片徑約為500nm;碳酸鈣晶體呈粒狀，粒徑約為400 nm。將其改性后分散在聚乙烯中(粉體/聚乙烯=0. 4/0. 6 (質量比)，復合材料的極限氧指數(shù)(LOI)為24. 7，最大煙密度為O. 24。實施例3
本實施例中所用天然產(chǎn)出的白云巖礦石，經(jīng)檢測，CaMg〔0)3〕2含量為96.82%，雜質含量為3. 18%，其中的SiO2為O. 98%ο制備具體步驟為
I)準備粉體原料將上述檢測后符合要求的天然白云巖礦石利用粉磨設備磨細，過200目的篩子，得到的粉體粒度為-200目顆粒的質量占總質量98. 2% ；+200目顆粒的質量占總質量I. 8%。2)將研磨過篩后的天然白云巖與硝酸鋁、硝酸按如下比例混合制成溶液I :白云巖硝酸鋁硝酸=2. 5 I 3. 75 (摩爾比)。3)將溶液I移至密閉容器中，在60°C溫度下使用磁力攪拌器持續(xù)攪拌6h，控制轉速在20-30r/min，獲得溶液II。4)按白云巖似0!1=1:4的摩爾比比例稱取似0!1，并用蒸餾水配成211101/1的溶液
III。5)將溶液III加入到溶液II中，攪拌15min，制成溶液IV。
6)將溶液IV移至耐壓反應釜中，密封后在160°C溫度下靜態(tài)反應12h，獲得產(chǎn)物V。7)對產(chǎn)物V進行過濾，并用去離子水對過濾后固體產(chǎn)物進行多次洗滌至洗滌液pH值達到8為止，獲得固體產(chǎn)物VI。8)在120°C對固體產(chǎn)物VI干燥12h (空氣環(huán)境)即得到類水滑石-納米碳酸鈣粉體。所制得的類水滑石晶體呈片狀，片徑約為500nm;碳酸鈣晶體呈粒狀，粒徑約為400 nm。將其改性后分散在聚乙烯中(粉體/聚乙烯=0. 4/0. 6 (質量比)，復合材料的極限氧指數(shù)(LOI)為24. 2，最大煙密度為O. 22。上述實施例中天然白云巖的摩爾質量均按CaMg (CO3) 2的分子量來進行計算的。
權利要求
1.用天然白云巖制備的類水滑石-納米碳酸鈣梯度阻燃材料，其特征在于該阻燃材料是將研磨過篩后的天然白云巖、硝酸鋁、硝酸按白云巖硝酸鋁硝酸=(2. 5-3.5) I (3. 75-8. 75)摩爾比的比例混合，經(jīng)加熱攪拌制成混合溶液，再向該混合溶液中加入2mol/L的NaOH溶液，其中NaOH與白云巖摩爾比為(2-4) I，再經(jīng)靜態(tài)高溫高壓結晶反應制得的。
2.根據(jù)權利要求I所述的用天然白云巖制備的類水滑石-納米碳酸鈣梯度阻燃材料，其特征在于其中所采用的天然白云巖為天然產(chǎn)出的白云巖礦石，CaMg (CO3) 2彡95%，雜質含量彡5%，其中的SiO2 ( 2%，研磨過篩后的白云巖礦石粉體的粒度為-200目彡95% ；+200 目(5%。
3.如權利要求I所述的用天然白云巖制備的類水滑石-納米碳酸鈣梯度阻燃材料的方法，其特征在于包括以下步驟 (1)將天然白云巖礦石破碎、磨細和篩分，使其粒度達到-200g ^ 95%, +200目彡5%; (2)將研磨過篩后的天然白云巖與硝酸鋁以及硝酸按如下摩爾配比混合制成溶液I: 白云巖硝酸鋁:硝酸=(2. 5-3. 5) I (3. 75-8. 75) (3)將溶液I移至密閉容器中，在60°C-80°C溫度下持續(xù)攪拌4-6h，控制攪拌轉速在15-30r/min,獲得溶液 II ； (4)按白云巖NaOH=I (2-4)的摩爾配比稱取NaOH，并用蒸餾水配成2mol/L的溶液 III ； (5)將溶液III加入到溶液II中，攪拌5-15min，制成溶液IV； (6)將溶液IV移至耐壓反應釜中，密封后在140-160°C溫度下靜態(tài)反應12-18h，獲得產(chǎn)物V ； (7)對產(chǎn)物V進行過濾，并用去離子水對過濾后固體產(chǎn)物進行多次洗滌至洗滌液pH值達到8-9為止，獲得固體產(chǎn)物VI ； (8)將所獲得的固體產(chǎn)物VI在空氣環(huán)境、溫度100-120°C下干燥12-24h，即得。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用天然白云巖制備的類水滑石-納米碳酸鈣梯度阻燃材料及方法；該材料是由研磨過篩后的天然白云巖、硝酸鋁、硝酸按白云巖∶硝酸鋁∶硝酸＝(2.5-3.5)∶1∶(3.75-8.75)摩爾比的比例混合，經(jīng)加熱攪拌后制成混合溶液，再向該混合溶液中加入2mol/L的NaOH溶液，其中NaOH與白云巖摩爾配比為(2-4)∶1，經(jīng)靜態(tài)高溫高壓結晶反應制得的；本發(fā)明充分利用了天然白云巖富鎂、鈣和二氧化碳的成分特點，通過合理的工藝設計和優(yōu)化原料配比以及工藝制度，制備了粒度小于500nm、在聚合物材料中具有良好分散性與結合性，并對聚合物材料具有優(yōu)良阻燃效果的梯度阻燃材料；本發(fā)明中使用的天然白云巖不需煅燒，不排放溫室氣體，制備方法簡單，易于實現(xiàn)，成本低且環(huán)保。
文檔編號C08K7/00GK102702572SQ201210181250
公開日2012年10月3日 申請日期2012年6月5日 優(yōu)先權日2012年6月5日
發(fā)明者汪溢汀, 白志民 申請人:湖北鑫海新材料科技有限公司