本發(fā)明屬于阻燃技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種阻燃性能優(yōu)良的2cao·b2o3·h2o/mg(oh)2納米復合阻燃材料。

背景技術(shù)：

隨著重大火災次數(shù)的增多以及塑料焚燒造成的二次污染等問題的出現(xiàn)，阻燃劑的應(yīng)用受到了廣泛的關(guān)注。硼酸鈣是一種新型高效無機阻燃劑，它具有熱穩(wěn)定性高、粒度細、體積質(zhì)量小、易分散、無毒等顯著特點，既能阻燃又能抑煙，并能消滅電弧，因此有著良好的市場前景，被廣泛應(yīng)用于各種纖維、樹脂、橡膠制品、電器絕緣材料、電線、電纜、防銹漆等方面的阻燃。

然而，硼酸鈣相對大的粒徑在基質(zhì)中很難分散，限制了其在工業(yè)上的應(yīng)用；由于納米材料的形貌和尺寸對其阻燃性能有很大影響，對于等量的阻燃劑，其粒徑愈小比表面積愈大，超細化、納米化以后，增強了界面的相互作用，可以更均勻的分散于基質(zhì)中，更有效地改善共混料的力學性能，阻燃效果就愈好。單一阻燃劑在使用過程中總有一定的缺陷，例如經(jīng)常使用的無機阻燃劑氫氧化鋁、氫氧化鎂，在使用的過程中，其對填充量的需求較大。如果將納米硼酸鹽與其他阻燃劑復配并用，既可以發(fā)揮阻燃協(xié)效作用和硼酸鹽的抑煙功能，還可降低阻燃劑的用量。所以，開展硼酸鈣納米材料及其復合阻燃劑的制備和阻燃性能研究具有重要現(xiàn)實意義。

發(fā)明人在研發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)有關(guān)水合硼酸鈣納米結(jié)構(gòu)的制備報道極少，雖然lihongbao等人提出采用水熱法制備硼酸鈣2cao·b2o3·h2o納米帶，而且發(fā)明人課題組也曾報道了橢球狀、蠶蛹狀4cao·5b2o3·7h2o納米結(jié)構(gòu)的制備，相轉(zhuǎn)化法制備片狀、橢球狀、菜花狀cao·3b2o3·4h2o納米結(jié)構(gòu)，但未有人提出過關(guān)于組成為2cao·b2o3·h2o的納米級復合型產(chǎn)品制備的相關(guān)報道。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種粒徑小、分散性好、阻燃性能優(yōu)良的2cao·b2o3·h2o/mg(oh)2納米復合阻燃劑。

解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該2cao·b2o3·h2o/mg(oh)2納米復合阻燃劑由下述方法制備得到：

將cacl2、h3bo3、naoh和mg(oh)2納米片按摩爾比為1:1～6:7～10:0.1～0.3加入去離子水中，室溫超聲分散均勻，在160～200℃下水熱反應(yīng)6～10小時，自然冷卻至室溫，所得產(chǎn)物經(jīng)抽濾、洗滌、干燥，得到2cao·b2o3·h2o/mg(oh)2納米復合阻燃劑。

上述制備方法中，優(yōu)選cacl2、h3bo3、naoh和mg(oh)2的摩爾比為1:3:7.5:0.2。

上述制備方法中，進一步優(yōu)選在180℃下水熱反應(yīng)8小時。

上述mg(oh)2納米片的長為100～200nm、厚度為20～30nm。

本發(fā)明方法簡單，成本低廉，低溫水熱反應(yīng)，通過原位反應(yīng)制備出了2cao·b2o3·h2o負載mg(oh)2的納米復合阻燃劑，且所制備的2cao·b2o3·h2o/mg(oh)2納米復合阻燃材料分散性好、粒徑小，且具有較好的阻燃效果和抑煙作用。

附圖說明

圖1是實施例1制備的樣品的x射線粉末衍射譜。

圖2是實施例1制備的樣品的eds能譜圖。

圖3是實施例1制備的樣品的sem圖。

圖4是實施例1制備的樣品的tem圖。

圖5是mg(oh)2納米片(曲線a)、2cao·b2o3·h2o納米帶(曲線b)及2cao·b2o3·h2o/mg(oh)2納米復合阻燃劑(曲線c)的熱重分析圖。

圖6是實施例2制備的樣品的x射線粉末衍射譜。

圖7是實施例2制備的樣品的sem圖。

圖8是實施例3制備的樣品的x射線粉末衍射譜。

圖9是實施例3制備的樣品的sem圖。

圖10是聚丙烯(a)以及聚丙烯中分別添加10％mg(oh)2納米片(b)、2cao·b2o3·h2o納米帶(c)、2cao·b2o3·h2o和mg(oh)2混合物(d)、2cao·b2o3·h2o/mg(oh)2納米復合阻燃劑(e)的氧指數(shù)值圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步詳細說明，但本發(fā)明的保護范圍不僅限于這些實施例。

下面實施例中所用mg(oh)2納米片根據(jù)下述方法制備而成：在三頸燒瓶中加入10ml濃氨水、22ml1.7mol·l^-1mgcl2水溶液和0.02g十六烷基三甲基溴化銨，60℃反應(yīng)75分鐘，常溫陳化3小時，將所得產(chǎn)物抽濾，依次用二次蒸餾水及無水乙醇洗滌，所得產(chǎn)品在60℃下干燥12小時，得到白色粉末狀mg(oh)2納米片。

實施例1

將0.92g(8mmol)cacl2、1.48g(24mmol)h3bo3、2.47g(60mmol)naoh和0.1g(1.6mmol)mg(oh)2納米片加入60ml去離子水中，攪拌混合均勻，將所得混合溶液置于超聲清洗器中在功率為500w、頻率為60khz下，室溫超聲分散30分鐘，然后轉(zhuǎn)入容積為100ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，將反應(yīng)釜置于烘箱中180℃保溫8小時，將反應(yīng)釜取出，在空氣中自然冷卻至室溫，所得產(chǎn)物經(jīng)抽濾、80℃的二次蒸餾水及無水乙醇洗滌、60℃干燥12小時，得到2cao·b2o3·h2o/mg(oh)2納米復合阻燃劑。

發(fā)明人采用x射線衍射儀、掃描電鏡及透射電鏡分別對實施例1、所得樣品進行結(jié)構(gòu)和形貌表征，結(jié)果見圖1～4。由圖1可見，樣品的xrd圖譜含有2cao·b2o3·h2o和mg(oh)2的衍射峰，從圖2的eds能譜可以看出，樣品中含有ca、b、o、mg四種元素，所以合成的樣品可以被指認為2cao·b2o3·h2o與mg(oh)2復合物。從圖3、4中可以看出，mg(oh)2六邊形納米片(長100～200nm、厚度約25nm)因具有吸附作用而沉積在原位形成的2cao·b2o3·h2o納米帶表面。

對比例1

在實施例1中，不添加mg(oh)2納米片，其他步驟與實施例1相同，得到2cao·b2o3·h2o納米帶。

發(fā)明人采用熱重分析儀對mg(oh)2納米片、對比例1制備的2cao·b2o3·h2o納米帶、實施例1制備的2cao·b2o3·h2o/mg(oh)2納米復合阻燃劑進行熱重分析，結(jié)果見圖5，三個樣品在200℃至600℃的失重量見表1所示。

表1

由圖5和表1的結(jié)果可以計算出mg(oh)2在實施例1制備的2cao·b2o3·h2o/mg(oh)2納米復合阻燃劑中的質(zhì)量分數(shù)約為19.0％，2cao·b2o3·h2o所占質(zhì)量分數(shù)約為81.0％。

實施例2

將0.92g(8mmol)cacl2、0.49g(8mmol)h3bo3、2.24g(56mmol)naoh和0.1g(1.6mmol)mg(oh)2加入60ml去離子水中，攪拌混合均勻，將所得混合溶液置于超聲清洗器中在功率為500w、頻率為60khz下，室溫超聲分散30分鐘，然后轉(zhuǎn)入容積為100ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，將反應(yīng)釜置于烘箱中160℃保溫10小時，將反應(yīng)釜取出，在空氣中自然冷卻至室溫，所得產(chǎn)物經(jīng)抽濾、80℃的二次蒸餾水及無水乙醇洗滌、60℃干燥12小時，得到2cao·b2o3·h2o/mg(oh)2納米復合阻燃劑。由圖6和圖7可見，所合成的樣品可以被指認為2cao·b2o3·h2o與mg(oh)2的復合物。

實施例3

將0.92g(8mmol)cacl2、2.97g(48mmol)h3bo3、3.20g(80mmol)naoh和0.1g(1.6mmol)mg(oh)2加入60ml去離子水中，攪拌混合均勻，將所得混合溶液置于超聲清洗器中在功率為500w、頻率為60khz下，室溫超聲分散30分鐘，然后轉(zhuǎn)入容積為100ml聚四氟乙烯內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)，將反應(yīng)釜置于烘箱中200℃保溫6小時，將反應(yīng)釜取出，在空氣中自然冷卻至室溫，所得產(chǎn)物經(jīng)抽濾、80℃的二次蒸餾水及無水乙醇洗滌、60℃干燥12小時，得到2cao·b2o3·h2o/mg(oh)2納米復合阻燃劑。由圖8和圖9可見，所合成的樣品可以被指認為2cao·b2o3·h2o與mg(oh)2的復合物。

為了證明本發(fā)明的有益效果，發(fā)明人以聚丙烯為研究對象，分別向聚丙烯中添加10％(聚丙烯的質(zhì)量分數(shù)為90％)實施例1制備的2cao·b2o3·h2o/mg(oh)2納米復合阻燃劑、mg(oh)2納米片、2cao·b2o3·h2o納米帶以及mg(oh)2和2cao·b2o3·h2o以物理混合方式混合所得混合物(混合物中2cao·b2o3·h2o的質(zhì)量百分含量為81.0％、mg(oh)2的質(zhì)量百分含量為19.0％)，然后采用jf-3氧指數(shù)測定儀(南京炯雷儀器設(shè)備有限公司提供)進行了阻燃性能測試，結(jié)果見圖10。結(jié)果表明：本發(fā)明實施例1制備的2cao·b2o3·h2o/mg(oh)2納米復合阻燃劑的阻燃性能比單一樣品以及2cao·b2o3·h2o和mg(oh)2物理混合的阻燃性能好。由于mg(oh)2具有吸附作用而沉積在原位形成的2cao·b2o3·h2o納米帶表面，二者協(xié)同作用，最終提高了樣品的阻燃性能。