CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂及其制备方法，先将正硅酸乙酯水解得到二氧化硅胶体，然后向二氧化硅胶体中加入CaCl2、H3BO3，在密闭条件下140～240℃进行溶剂热反应，即得到CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂。本发明专利技术复合阻燃剂中球形纳米SiO2均匀地负载在CaO·4B2O3·2H2O纳米片的表面，CaO·4B2O3·2H2O纳米片和球形纳米SiO2均可增大阻燃剂与材料的接触面以提高相容性，加之二者热稳定性良好，两者复合具有协同阻燃作用，使阻燃剂的阻燃效果更好，同时降低了阻燃剂的用量。本发明专利技术CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂制备方法简单，对聚丙烯和木粉具有良好的阻燃性，具有广阔的发展前景。

【技术实现步骤摘要】
CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂及其制备方法
本专利技术属于阻燃材料
，具体涉及一种CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂及其制备方法。
技术介绍
硼酸钙是一种有效且价廉的无机阻燃剂，具有热稳定性好、无毒、抑烟、燃烧产物毒性小等优点，广泛应用于各种纤维、树脂、橡胶制品、电器绝缘材料、电线、电缆、木材及防锈漆等方面的阻燃。然而，通常制备的硼酸盐粒径较大，在聚合物中不易分散，还降低了高分子聚合物的机械性能，限制了其应用。如果将硼酸盐阻燃剂制备成纳米级，则有可能既可增大阻燃剂与基质材料的接触面和提高相容性，又可降低阻燃剂的用量。并且，如果将纳米硼酸盐阻燃剂与其他阻燃剂制备成纳米复合材料，这样既可以发挥硼酸盐阻燃剂的优势也可以发挥其他阻燃剂的优势。硅系阻燃剂分为有机和无机硅系阻燃剂。有机硅系阻燃剂如聚硅氧烷、硅树脂、硅橡胶及多种硅烷共聚物等，目前关于有机珪系阻燃剂的研究主要集中在塑料阻燃方面。无机硅系阻燃剂如二氧化硅、硅酸盐(如蒙脱土)、硅胶、滑石粉等，在木塑材料中均有阻燃应用。其中，无机硅系化合物在复合材料中具有良好的分散性和高效的阻燃性。专利技术人在研发过程中发现不少有关水合硼酸钙纳米结构的制备报道，如LihongBao等人提出采用水热法制备硼酸钙2CaO·B2O3·H2O纳米带，本课题组也曾报道了椭球状、蚕蛹状4CaO·5B2O3·7H2O纳米结构的制备，相转化法制备片状、椭球状、菜花状CaO·3B2O3·4H2O纳米结构。但未有人提出过关于组成为CaO·4B2O3·2H2O的纳米材料及其纳米复合型产品制备的相关报道。所以，开展硼酸钙纳米材料及其与SiO2纳米复合阻燃剂的制备和阻燃性能研究具有重要现实意义。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种制备方法简单，具有良好的阻燃性能和抑烟性能的CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂，以及该复合阻燃剂的制备方法。解决上述技术问题所采用的CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂由下述方法制备得到：将去离子水、无水乙醇混合，用氨水调节pH至8～9，然后加热至60～80℃，逐滴加入正硅酸乙酯，恒温搅拌3～6小时，得到白色胶体；向白色胶体中加入CaCl2、H3BO3，混合均匀后，在密闭条件下140～240℃反应8～20小时，自然冷却至室温，抽滤、洗涤、干燥，得到CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂；上述的正硅酸乙酯与去离子水、无水乙醇的体积比为1:(0.5～1.2):(5～20)，优选正硅酸乙酯与去离子水、无水乙醇的体积比为1:(0.8～1):(10～15)。上述的正硅酸乙酯与CaCl2H3BO3的摩尔比为1:7:(45～55)，优选正硅酸乙酯与CaCl2、H3BO3的摩尔比为1:7:(46～53)。4、根据权利要求1～3任意一项所述的CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂的制备方法，其特征在于：在密闭条件下150～200℃反应8～12小时。5、权利要求1的方法制备的。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术通过溶剂热法原位合成CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂，在该复合阻燃剂中，球形纳米SiO2均匀地负载在CaO·4B2O3·2H2O纳米片的表面。其中CaO·4B2O3·2H2O纳米片和球形纳米SiO2均可增大阻燃剂与材料的接触面以提高相容性，加之二者热稳定性良好，两者复合具有协同阻燃作用，还能更有效地改善共混料的力学性能，使阻燃剂的阻燃效果更好，降低了阻燃剂的用量。2、本专利技术CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂对聚丙烯和木粉具有良好的阻燃性，其能抑制聚丙烯的裂解，降低聚丙烯的热释放速率，减小聚丙烯在火灾中的危险性，而且能提高聚丙烯碳层的牢固程度，形成的膨胀碳层能有效隔热、隔氧；能有效地减慢木粉的燃烧速度，提高木粉的阻燃性能。3、本专利技术CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂具有阻燃效率高、便于加工、低毒、污染小等优点，具有广阔的发展前景。附图说明图1是实施例1制备的CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂的XRD图。图2是实施例1制备的CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂的SEM图。图3是图2的放大图。图4是实施例1制备的CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂的EDS图谱。图5是实施例2制备的CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂的XRD图。图6是实施例2制备的CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂的SEM图。图7是聚丙烯(曲线a)、聚丙烯中分别添加5％对比例1的CaO·4B2O3·2H2O阻燃剂(曲线b)和实施例1的CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂(曲线c)的TG曲线。图8是纯木粉(曲线a)、木粉中分别添加20％对比例1的CaO·4B2O3·2H2O阻燃剂(曲线b)和实施例1的CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂(曲线c)的TG曲线。图9是聚丙烯(a)以及聚丙烯中分别添加5％对比例1的CaO·4B2O3·2H2O阻燃剂(曲线b)和实施例1的CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂(曲线c)的氧指数值图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不仅限于这些实施例。实施例1将10mL无水乙醇、0.8mL去离子水加入三口烧瓶中，并加入1mL4.2mol/L的氨水调节pH至8，然后加热至70℃，向三口烧瓶中逐滴加入1mL(4.3mmol)正硅酸乙酯，在70℃下恒温搅拌4小时，得到白色胶体；向白色胶体加入3.3294g(30mmol)CaCl2、12.3592g(200mmol)H3BO3，室温搅拌均匀，然后转入容积为100mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜内，将反应釜置于烘箱中150℃保持10小时，将反应釜取出，在空气中自然冷却至室温，所得产物经抽滤、80℃的二次蒸馏水洗涤、无水乙醇洗涤、60℃干燥12小时，得到CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂。对比例1将2.7745g(25mmol)CaCl2、10.2985g(166.6mmol)H3BO3室温搅拌均匀，然后转入容积为100mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜内，将反应釜置于烘箱中200℃保持10小时，将反应釜取出，在空气中自然冷却至室温，所得产物经抽滤、80℃的二次蒸馏水洗涤、无水乙醇洗涤、60℃干燥12小时，得到CaO·4B2O3·2H2O阻燃剂。实施例2将5mL无水乙醇、0.4mL去离子水加入三口烧瓶中，并加入0.5mL4.2mol/L的氨水调节pH至8，然后加热至70℃，向三口烧瓶中逐滴加入0.5mL(2.15mmol)正硅酸乙酯，在70℃下恒温搅拌4小时，得到白色胶体；向白色胶体加入1.6647g(15mmol)CaCl2、6.1796g(100mmol)H3BO3，室温搅拌均匀，然后转入容积为100mL聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应釜内，将反应釜置于烘箱中200℃保持10小时，将反应釜取出，在空气中自然冷却至室温，所得产物经抽滤、80℃的二次蒸馏水洗涤、无水乙醇洗涤、60℃干燥12小时，得到CaO·4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂的制备方法，其特征在于：将去离子水、无水乙醇混合，用氨水调节pH至8～9，然后加热至60～80℃，逐滴加入正硅酸乙酯，恒温搅拌3～6小时，得到白色胶体；向白色胶体中加入CaCl2、H3BO3，混合均匀后，在密闭条件下140～240℃反应8～20小时，自然冷却至室温，抽滤、洗涤、干燥，得到CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂；上述的正硅酸乙酯与去离子水、无水乙醇的体积比为1:(0.5～1.2):(5～20)，正硅酸乙酯与CaCl2、H3BO3的摩尔比为1:7:(45～55)。

【技术特征摘要】
1.一种CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂的制备方法，其特征在于：将去离子水、无水乙醇混合，用氨水调节pH至8～9，然后加热至60～80℃，逐滴加入正硅酸乙酯，恒温搅拌3～6小时，得到白色胶体；向白色胶体中加入CaCl2、H3BO3，混合均匀后，在密闭条件下140～240℃反应8～20小时，自然冷却至室温，抽滤、洗涤、干燥，得到CaO·4B2O3·2H2O/SiO2纳米复合阻燃剂；上述的正硅酸乙酯与去离子水、无水乙醇的体积比为1:(0.5～1.2):(5～20)，正硅酸乙酯与CaCl2、H3BO3的摩尔比为1:7:(45～55)。2.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘志宏，闫红红，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61