一种改性鸟粪石及制备方法技术

本发明专利技术公开一种改性鸟粪石及制备方法，所述鸟粪石表面由木质素磺酸盐改性，粒径分布至少85％在1～10μm之间。本发明专利技术的改性鸟粪石与水形成的浆液具有优异的成膜性能，可以更容易地粘附在各种基材和油性树叶的表面以形成一层致密且均匀的防火涂层，最大程度增加与附着物的接触面积，提高了鸟粪石的阻燃效果。提高了鸟粪石的阻燃效果。

【技术实现步骤摘要】
一种改性鸟粪石及制备方法


[0001]本专利技术属于阻燃材料领域，具体涉及一种改性鸟粪石阻燃材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]受全球变暖的影响，全球森林野火发生频率正在急速增长。森林野火对生态环境和自然资源造成严重破坏，威胁野生动物的生命，甚至危及人类的生命财产。因此，森林防火阻燃的研究对于森林安全有着重大意义。
[0003]一直以来，水都是主要的灭火物质。除此以外，化学阻燃剂也是一种效果优良的灭火物质，它能够降低火的强度及蔓延速度。一些国家已开始广泛使用阻燃剂来对抗森林火灾。阻燃剂可分为短效型和长效型两类，泡沫阻燃剂是短效阻燃剂的一种，价格低廉，能使水以更高的效率灭火，但是泡沐型阻燃剂的有效性远低于长效型阻燃剂。对于长效型阻燃剂而言，水只是作为载体起着次要作用，活性物质主要是阻燃剂，即使水分蒸发阻燃剂仍具有活性。目前，常用的森林防火长效阻燃剂主要有低聚合度的聚磷酸铵(APP)、磷酸二铵、磷酸一铵以及硫酸铵等。虽然这些阻燃剂具有良好的阻燃性能，但是这些阻燃剂的水溶性极好，极易污染河流和地下水，造成水体的富营养化，还会使土壤酸化板结，威胁植物和土壤微生物的生长和繁殖。因此，仍需开发具有生态兼容性的高效阻燃剂。
[0004]鸟粪石(MgNH4PO4·
6H2O)不仅是一种高效的氮磷缓释肥，也是一种新型高效、环境友好的绿色无机阻燃剂，因此更适合用于户外或者森林消防。Seyed等人通过多次浴法将合成的鸟粪石沉积在棉织物上，鸟粪石表现出理想的阻燃和防火性能[POLYM
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PLAST TECHNOL，2008，47(3)：307
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312]。郭等人通过真空浸渍等方法将鸟粪石矿化在天然多孔木结构中，被鸟粪石矿化的木材具有优异的防火性能[ACS Applied Materials&Interfaces，2019，11(5)：5427
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5434.]。虽然鸟粪石具有优异的阻燃特性，但是鸟粪石的粒径对阻燃性能具有重要影响。梁等人将鸟粪石球磨成平均粒径达到5μm的超细粉体，证实超细鸟粪石的灭火速度要比聚磷酸铵快[Materials，2022，15：8021.]。虽然球磨能使鸟粪石达到超细粉体状态，但是球磨不利于超细鸟粪石粉体的工业化生产。第一，球磨工作效率低，能量消耗大；第二，球磨产生的热量会使鸟粪石发生分解(鸟粪石在80℃以上会发生分解行为)；第三，超细鸟粪石在水中溶解量极度增加，产生的N、P元素仍会污染河流及地下水。因此，仍很有必要开发出具有良好阻燃性能的超细的不易溶解的鸟粪石及相关制备方法。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种改性鸟粪石及制备方法。
[0006]本专利技术提供一种改性鸟粪石，所述鸟粪石表面由木质素磺酸盐改性，粒径分布至少85％在1～10μm之间。
[0007]本技术专利技术方案中：所述木质素磺酸盐可以为木质素磺酸钠、木质素磺酸镁或碱木质素的一种或多种；优选为木质素磺酸钠。
[0008]本专利技术还提供所述改性鸟粪石在制备阻燃剂中的应用。
[0009]本专利技术还提供所述改性鸟粪石的制备方法，包括：
[0010](1)将醇溶液与镁盐混合，获得混合溶液A；
[0011](2)将磷酸盐和铵盐混合，再加入木质素磺酸盐水溶液，混合均匀后用无机碱调节pH至8.5～9.0，获得混合溶液B；
[0012](3)将混合液A缓慢加入混合液B中，搅拌并维持溶液pH不变，熟化、过滤、清洗、低温干燥，得到目标产品。
[0013]本技术专利技术方案中：所述醇溶液为醇的水溶液，所述的醇可以为甲醇、乙醇或丙醇的一种或多种。
[0014]在一些实施例中，本专利技术所述的醇溶液为5～160g/L的醇溶液，优选为8～142g/L的醇溶液，专利技术人发现合适浓度的醇的加入可以获得粒径更加均一的超细鸟粪石产品，若醇溶液浓度过高或过低，均会影响鸟粪石产品的粒径分布。
[0015]本技术专利技术方案中：所述镁盐可以为氯化镁、碳酸氢镁或醋酸镁的一种或多种。
[0016]本技术专利技术方案中：步骤(1)形成的混合液A中Mg
2+
的摩尔浓度为0.01～0.15mol/L，优选为0.016～0.12mol/L。
[0017]本技术专利技术方案中：所述木质素磺酸盐可以为木质素磺酸钠、木质素磺酸镁或碱木质素的一种或多种；优选为木质素磺酸钠。
[0018]在一些实施例中，所述木质素磺酸盐水溶液的浓度为1～20g/L。
[0019]本技术专利技术方案中：所述磷酸盐可以为二水合磷酸二氢钠、十二水合磷酸氢二钠、磷酸钠、磷酸氢钾、三水合磷酸二氢钾或磷酸钾的一种或多种。
[0020]本技术专利技术方案中：所述铵盐可以为硫酸氢铵、氯化铵、碳酸氢铵的一种或多种。
[0021]本技术专利技术方案中：步骤(2)形成的混合液B中PO
43
‑
的摩尔浓度为0.02～0.2mol/L。
[0022]本技术专利技术方案中：步骤(3)混合液A缓慢加入混合液B中，Mg
2+
、PO
43
与NH
4+
的摩尔比为(0.5～1.5)：(1～2)：1，优选为(0.8～1.2)：(1～2)：1。本技术专利技术方案中：用于调节pH的无机碱可以为本领域常规的无机碱，例如为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾溶液，摩尔浓度通常为0.2～0.5mol/L，优选为氢氧化钠。
[0023]本技术专利技术方案中：步骤(3)中的熟化、过滤、清洗、低温干燥可以按照本领域的常规方法，熟化时间通常为10～20min，干燥温度通常为40～80℃，干燥时间为8～12h，优选的干燥温度为45～60℃，干燥时间为10h。专利技术人发现超过80℃的干燥温度会导致鸟粪石晶体中氨逸出或晶型发生改变，从而降低鸟粪石的阻燃活性(如图8鸟粪石在室温～800℃下的热重损失所示)。
[0024]本专利技术提供的鸟粪石阻燃性高、绿色无污染、制备工艺简单。相对于现有技术，具有如下有益效果：
[0025](1)本专利技术通过简单的一步法加入木质素磺酸盐，可以实现原位改性，获得的木质素磺酸盐改性鸟粪石，即可得到粒径分布85％在1～10μm之间的改性鸟粪石，不仅可以极大减缓超细鸟粪石的溶解，也极大提升产品的阻燃性和热稳定性。
[0026](2)改性的鸟粪石与水形成的浆液具有优异的成膜性能，可以更容易地粘附在各种基材和油性树叶的表面以形成一层致密且均匀的防火涂层，最大程度增加与附着物的接触面积，提高了鸟粪石的阻燃效果。
[0027](3)本专利技术的木质素磺酸盐改性的鸟粪石不仅能作为防火阻燃剂，在使用过后缓慢释放的氮、磷、镁离子还能够被植物的根系及时吸收，充当植物的肥料，不会对环境造成污染。
附图说明
[0028]图1为本专利技术实施例1和对比例1中得到的产品的XRD图；
[0029]图2为本专利技术实施例1和对比例1中得到的产品的Raman图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性鸟粪石，其特征在于，所述鸟粪石表面由木质素磺酸盐改性，粒径分布至少85％在1～10μm之间；优选的，所述木质素磺酸盐为木质素磺酸钠、木质素磺酸镁或碱木质素的一种或多种；更优选为木质素磺酸钠。2.权利要求1所述的改性鸟粪石在制备阻燃剂中的应用。3.权利要求1所述的改性鸟粪石的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将醇溶液与镁盐混合，获得混合溶液A；(2)将磷酸盐和铵盐混合，再加入木质素磺酸盐水溶液，混合均匀后用无机碱调节pH至8.5～9.0，获得混合溶液B；(3)将混合液A缓慢加入混合液B中，搅拌并维持溶液pH不变，熟化、过滤、清洗、低温干燥，得到目标产品。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述醇溶液为醇的水溶液，优选的，所述的醇为甲醇、乙醇或丙醇的一种或多种；更优选的，所述的醇溶液为5～160g/L的醇溶液，优选为8～142g/L的醇溶液。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述镁盐为氯化镁、碳酸氢镁或醋酸镁的一种或多种；优选的，步骤(1)形成的混合液A中Mg
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的摩尔浓度为0.01～0.15mol/L，优选为0.016～0.12mol/L。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：王昌松，张檬，陈广源，周通，刘涛涛，宋薇，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：