本發(fā)明屬于抑煙材料制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種插層水滑石抑煙劑及其制備方法，該抑煙劑材料可以顯著降低橡塑制品燃燒時(shí)的煙密度。

背景技術(shù)：
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橡塑制品在人們生活中發(fā)揮著重要作用，其制品應(yīng)用于人們生活中的方方面面，為人類的生產(chǎn)、生活提供了重要保障。橡塑制品具有優(yōu)異的性能，但多數(shù)制品易于燃燒，在發(fā)生火災(zāi)事故時(shí)給人們的生命以及財(cái)產(chǎn)安全帶來的巨大危害。目前大部分橡塑制品中通過添加阻燃劑來提高阻燃性能，但多數(shù)阻燃劑抑煙性能較差甚至部分阻燃劑會(huì)降低抑煙性能。而據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在火災(zāi)的死亡事故中，80％是由于煙和有毒氣體造成的窒息引起的。因此，降低橡塑材料制品燃燒時(shí)煙霧以及有害氣體的產(chǎn)生對(duì)保護(hù)人身安全十分重要，開發(fā)新型抑煙材料具有重大意義。

層狀雙金屬氫氧化物(Layered Double Hydroxides，簡稱LDHs)，又稱水滑石，是一類新型層狀功能材料。由于獨(dú)特的超分子結(jié)構(gòu)，其主體層板組成、層間客體分子種類及數(shù)量等具有可調(diào)控性，而廣泛應(yīng)用于催化、電學(xué)、光學(xué)等領(lǐng)域。歐洲專利02100800中發(fā)明者研究了一種LDHs阻燃材料，LDHs由于層間具有豐富的CO₃^2-和結(jié)構(gòu)H₂O，在受熱時(shí)阻燃性氣體CO₂和H₂O釋放起到隔絕氧氣和降低材料表面溫度的作用，同時(shí)其能在表面形成凝聚相，阻止燃燒面擴(kuò)展，具有良好的阻燃作用，但抑煙性能一般。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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為提高橡塑制品的抑煙性能，進(jìn)一步發(fā)展抑煙材料，本發(fā)明提供了一種插層水滑石抑煙劑及其制備方法。該類插層水滑石不但保持了水滑石自身的阻燃抑煙性能，并利用層間抑煙基團(tuán)如鉬酸根、八鉬酸根、銅酸根、錫酸根等以及可引入主體層板中的銅、鐵等抑煙元素具有良好的成炭作用，協(xié)同發(fā)揮抑煙作用有效提高該類材料的抑煙性能。

所述的插層水滑石抑煙劑是由金屬陽離子構(gòu)成的層板與層間陰離子組裝成層狀結(jié)構(gòu)材料，其具體組成通式為M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂(A^n-)_n/2·mH₂O，其中M²⁺代表二價(jià)金屬陽離子Mg²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Cu²⁺中的一種或兩種，較佳的是Mg²⁺、Zn²⁺中的一種或兩種；M³⁺代表三價(jià)金屬陽離子Al³⁺、Ni³⁺、Co³⁺、Fe³⁺中的一種，較佳的是Al³⁺；層間陰離子A^n-為鉬酸根，八鉬酸根、銅酸根或錫酸根中的一種，n為陰離子化合價(jià)數(shù)；x為M³⁺的摩爾分?jǐn)?shù)，其取值范圍是0.2≤x≤0.4；m代表結(jié)晶水的數(shù)量，0≤m≤6。

所述的插層水滑石抑煙劑的制備方法一：將可溶性二價(jià)金屬鹽和可溶性三價(jià)金屬鹽按摩爾比為M²⁺/M³⁺＝1-10的比例溶于去離子水中配成混合鹽溶液，其中[M²⁺]＝0.1-2mol/L；配制鉬酸鹽、八鉬酸鹽、銅酸鹽或錫酸鹽中的一種或幾種與NaOH的混合堿溶液，其中NaOH的摩爾數(shù)與M²⁺和M³⁺摩爾數(shù)之和的比例為1.5-2.5，添加的鉬酸鹽、八鉬酸鹽、銅酸鹽或錫酸鹽中的一種或幾種的摩爾總數(shù)與M³⁺摩爾比為1-5；配制的混和堿溶液的體積為混合鹽溶液體積的0.5-2倍；將混合鹽溶液和混和堿溶液同時(shí)加入旋轉(zhuǎn)液膜反應(yīng)器中快速成核，得到的漿液在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，80-140℃晶化0.1-72h，洗滌、干燥后得到插層水滑石抑煙劑。

所述的插層水滑石抑煙劑的制備方法二：將M²⁺的氫氧化物和M³⁺的氫氧化物按照M²⁺/M³⁺摩爾比為1-4的比例進(jìn)行混合，按照層間陰離子A^n-/M³⁺摩爾比為1-5的比例將H₂MoO₄、MoO₃或錫酸加入到上述混合物中，再加入固體總質(zhì)量0.25-999倍的去離子水；經(jīng)過研磨預(yù)處理，然后轉(zhuǎn)入高壓晶化釜中，100-300℃下，開啟攪拌，設(shè)置攪拌轉(zhuǎn)速為50-500rpm，反應(yīng)0.1-3天后取出固體產(chǎn)物，直接過濾后干燥，得到插層水滑石抑煙劑。

上述插層水滑石抑煙劑作為橡塑制品的抑煙劑的應(yīng)用。

所述的橡塑制品包括橡膠、PVC、EVA、PE、PP、PS、PC、PA、PA66、PET、PBT、PS、PVA、ABS。

所述插層水滑石抑煙劑的添加量為1-100wt％，優(yōu)選1-98wt％，更優(yōu)選1-10wt％。

有益結(jié)果：本發(fā)明采用一步共沉淀法或清潔水熱反應(yīng)一步制成插層水滑石抑煙劑，該制備方法簡單實(shí)用，得到的插層水滑石抑煙劑由于層間具有抑煙基團(tuán)如鉬酸根離子、八鉬酸根、銅酸根和錫酸根以及引入層板中的鐵、銅等抑煙元素具有良好的成炭作用，可減少生煙量，協(xié)同強(qiáng)化抑煙效果，同時(shí)水滑石層板在高溫下形成堿性多孔性物質(zhì)，具有較大比表面大可有效吸附煙霧。將制得的插層水滑石抑煙劑應(yīng)用于普通橡塑制品以及高溫橡塑制品中，在低添加量下(1phr)最大煙密度D_s,max可降低87.3％，抑煙效果顯著，是一類性能優(yōu)異的抑煙劑材料。

附圖說明：

圖1是實(shí)施例1制備的鉬酸根插層水滑石的XRD譜圖；

圖2是實(shí)施例1制備的鉬酸根插層水滑石/EVA復(fù)合材料的煙密度測(cè)試圖；

圖3是實(shí)施例2制備的錫酸根插層水滑石SEM譜圖。

具體實(shí)施方式：

為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步闡明本發(fā)明的內(nèi)容，但本發(fā)明的內(nèi)容不僅僅局限于下面的實(shí)施例。

實(shí)施例1：

步驟：將總質(zhì)量為30kg，摩爾比為2:1:3的Mg(OH)₂、Al(OH)₃和H₂MoO₄分別加入到60kg去離子水中，經(jīng)過研磨機(jī)預(yù)處理，制成Mg(OH)₂、Al(OH)₃和H₂MoO₄漿液，取10kg該漿液加入到高壓反應(yīng)釜中；升溫至反應(yīng)溫度215℃，攪拌條件(350rpm)下反應(yīng)6h，得到的產(chǎn)物于70℃干燥8小時(shí)，得到分子式為Mg₄Al₂(OH)₁₂MoO₄·4H₂O的鉬酸根插層水滑石抑煙劑。

采用日本島津公司的XRD-6000型X-射線粉末衍射儀對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)表征，圖1為XRD譜圖。從圖中可以看出，在2θ＝11.58°、23.47°、34.87°和60.8°左右處出現(xiàn)了Mg₂Al-MoO₄-LDHs的特征衍射峰，且峰形尖聳，基線低平，說明產(chǎn)品晶體結(jié)構(gòu)完整，晶相單一。

取1g上述制得的鉬酸根插層水滑石抑煙劑加入100g EVA中，在雙輥開煉機(jī)上分別于150℃開煉40min混合均勻，將煉制后的混合材料在平板硫化儀上于150℃，100公斤壓力下壓制成1mm樣片用于煙密度測(cè)試。未添加層狀雙金屬氫氧化物抑煙劑的EVA樣片D_s,max(最大煙密度)為239.15，添加鉬酸根插層水滑石抑煙劑的EVA樣片D_s,max為30.25，下降了87.35％，具體最大煙密度測(cè)試圖見圖2。鉬酸根插層水滑石抑煙劑有效提高了復(fù)合材料的抑煙性能。

表1不同抑煙材料與EVA復(fù)合材料的最大煙密度測(cè)試數(shù)據(jù)

由表1可以看出，未插層水滑石在10phr添加量下具有一定的抑煙效果，最大煙密度下降了43.51％，鉬酸根插層水滑石在1phr的添加量下即表現(xiàn)出了優(yōu)異的抑煙性能，最大煙密度下降了87.35％，其抑煙性能大大優(yōu)異于未插層水滑石，同時(shí)其添加量低(1phr)，在橡塑制品使用中對(duì)其力學(xué)性能以及其他性能影響較小，便于使用。

實(shí)施例2：

將Mg(NO₃)₂、Zn(NO₃)₂和Al(NO₃)₃按Mg/Zn/Al＝3:1:2的比例配成混合鹽溶液，使[Mg²⁺]＝1.2mol/L，將NaOH和Na₂SnO₃按n(Na₂SnO₃)/n(Al³⁺)＝2、n(NaOH)/[n(Mg²⁺)+n(Zn²⁺)+n(Al³⁺)]＝1.5的比例配成混合堿溶液，混合鹽溶液和混合堿溶液體積相同，將兩種溶液同時(shí)加入旋轉(zhuǎn)液膜反應(yīng)器，得到的漿液在氮?dú)獗Ｗo(hù)環(huán)境下于燒瓶中攪拌加熱至80℃，反應(yīng)24h后經(jīng)洗滌得到錫酸根插層水滑石抑煙劑。

采用德國ZEISS公司的supra55型掃描電鏡觀察晶粒尺寸和形貌。圖3是SEM照片，由圖可見，制得的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)組成均勻，粒徑均一。

取3g上述制得的錫酸根插層水滑石抑煙劑加入100g PVC中，在雙輥開煉機(jī)上分別于140℃開煉50min混合均勻，將煉制后的混合材料在平板硫化儀上于145℃，100公斤壓力下壓制成1.5mm樣片用于煙密度測(cè)試。未添加層狀雙金屬氫氧化物抑煙劑的PVC樣片D_s,max(最大煙密度)為450，添加錫酸根插層水滑石抑煙劑的PVC樣片D_s,max為143，下降了68.2％，錫酸根插層水滑石抑煙劑有效提高了PVC復(fù)合材料的抑煙性能。