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一种滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料及其制备方法

2021-03-10 07:07:23

一种滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料及其制备方法

  技术领域

  本发明涉及精细化工技术领域,尤其涉及一种滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料及其制备方法。

  背景技术

  氢氧化镁呈六角形或无定形片状结构,是一种集阻燃、抑烟、防滴、填充四大功能于一体的绿色环保无机阻燃剂,其分解温度为340~490℃,氢氧化镁作为一种无公害无机阻燃剂被广泛应用于低烟无卤阻燃领域。但氢氧化镁作为无机阻燃剂,存在燃烧成炭性差、阻燃效率低以及与高分子材料相容性差,添加量大会导致高分子材料的物理力学性能极大降低等问题,限制了其应用前景。

  发明内容

  本发明的目的在于提供一种滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料及其制备方法,所制备的复合无机阻燃填料具有燃烧成炭性好、阻燃效率高以及与高分子材料相容性好的特点。

  为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:

  本发明提供了一种滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料的制备方法,包括以下步骤:

  将滑石粉、氯化镁和水混合,得到一级浆料;

  将所述一级浆料与复合分散剂混合,进行湿法研磨,得到二级浆料;

  将所述二级浆料与氢氧化钙混合,进行液相沉积包覆,得到复合粉体;

  将所述复合粉体进行表面改性,得到滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料。

  优选的,所述滑石粉由滑石原矿依次经过一次破碎、二次破碎和干法研磨制备而成;所述滑石粉的粒径为400~600目。

  优选的,所述滑石粉与氯化镁的质量比为(3~5):1。

  优选的,所述复合分散剂为十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钠和乙酸乙烯酯-马来酸酐共聚物钠盐;所述十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钠和乙酸乙烯酯-马来酸酐共聚物钠盐的质量比为(3~5):(4~6):(2~4)。

  优选的,所述复合分散剂与滑石粉的质量比为(0.009~0.015):1。

  优选的,所述一级浆料的固含量为70~80%。

  优选的,所述氢氧化钙与氯化镁的摩尔比为(1~1.3):1;所述湿法研磨的转速为2500~3000r/min,时间为2~2.5h,温度为75~85℃;所述二级浆料中物料的粒径为6000目。

  优选的,所述液相沉积包覆的温度为110~120℃,所述液相沉积包覆在搅拌条件下进行,所述搅拌的速度为250~300r/min,时间为0.8~1h。

  优选的,所述表面改性所用复合改性剂包括硅烷偶联剂、硬脂酸钠和十六烷基三甲基氯化铵;所述硅烷偶联剂、硬脂酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的质量比为(6~8):(1~3):(1~3);所述复合改性剂与复合粉体的质量比为(0.008~0.014):1。

  本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料,包括滑石粉以及包覆于所述滑石粉表面的纳米氢氧化镁,所述滑石粉的粒径为2~3μm,所述纳米氢氧化镁的粒径为30~50nm。

  本发明提供了一种滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料的制备方法,包括以下步骤:将滑石粉、氯化镁和水混合,得到一级浆料;将所述一级浆料与复合分散剂混合,进行湿法研磨,得到二级浆料;将所述二级浆料与氢氧化钙混合,进行液相沉积包覆,得到复合粉体;将所述复合粉体进行表面改性,得到滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料。本发明以滑石粉为原材料,采用液相沉积法在滑石粉表面包覆一层纳米氢氧化镁,表面的纳米氢氧化镁作为阻燃材料,同时利用滑石粉的片状结构,能在燃烧过程中促进高分子聚合物表面形成炭层,燃烧成炭性好,能够很好的隔绝保护层(炭层)内高分子聚合物产生的热量和可燃性气体向外层传播,使材料自熄,从而达到优良的阻燃效果,且阻燃效率高。此外,本发明对复合粉体进行改性,能够提高复合粉体与高分子材料之间的界面相容性,进而提高复合无机阻燃填料与高分子材料的相容性。

  附图说明

  图1为本发明制备滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料的方法流程图。

  具体实施方式

  本发明提供了一种滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料的制备方法,包括以下步骤:

  将滑石粉、氯化镁和水混合,得到一级浆料;

  将所述一级浆料与复合分散剂混合,进行湿法研磨,得到二级浆料;

  将所述二级浆料与氢氧化钙混合,进行液相沉积包覆,得到复合粉体;

  将所述复合粉体进行表面改性,得到滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料。

  在本发明中,若无特殊说明,所需制备原料均为本领域技术人员熟知的市售商品。

  本发明将滑石粉、氯化镁和水混合,得到一级浆料。在本发明中,所述滑石粉优选由滑石原矿依次经过一次破碎、二次破碎和干法研磨制备而成。本发明对所述滑石原矿的来源没有特殊的限定,按照本领域熟知的手段获取即可,在本发明的实施例中,所述滑石原矿具体来自于辽宁海城。在本发明中,进行所述一次破碎之前,优选将所述滑石原矿依次进行粗破碎和清洗;本发明对所述粗破碎和清洗没有特殊的限定,按照本领域熟知的过程进行即可。完成所述一次破碎后,所得物料的直径为5~10cm;本发明对所述一次破碎的过程没有特殊的限定,能够达到上述直径要求即可。本发明对所述二次破碎的过程没有特殊的限定,能够使得二次破碎后所得物料的直径为5~10mm即可。完成所述二次破碎后,本发明优选将所得物料输送至198型环辊磨,在环辊磨进口处加入研磨助剂进行干法研磨,得到滑石粉。在本发明中,所述研磨助剂优选为三乙醇胺;本发明对所述干法研磨的过程没有特殊的限定,按照本领域熟知的过程进行能够达到所述滑石粉的粒径即可。在本发明中,所述滑石粉的粒径优选为400~600目。本发明控制滑石粉的粒径能够方便配制一级浆料且能提高后续湿法研磨的效率。

  在本发明中,所述滑石粉与氯化镁的质量比优选为(3~5):1,更优选为(3.5~4.5):1。本发明对所述滑石粉、氯化镁和水的混合过程没有特殊的限定,按照本领域熟知的过程能够将原料混合均匀即可。在本发明中,所述一级浆料的固含量优选为70~80%;本发明对所述水的用量没有特殊的限定,能够达到上述一级浆料的固含量即可。

  得到一级浆料后,本发明将所述一级浆料与复合分散剂混合,进行湿法研磨,得到二级浆料。本发明对所述一级浆料与复合分散剂混合的过程没有特殊的限定,按照本领域熟知的过程能够将物料混合均匀即可。在本发明中,所述复合分散剂优选为十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钠和乙酸乙烯酯-马来酸酐共聚物钠盐;所述十二烷基苯磺酸钠、木质素磺酸钠和乙酸乙烯酯-马来酸酐共聚物钠盐的质量比优选为(3~5):(4~6):(2~4),更优选为(3.5~4.5):(4.5~5.5):(2.5~3.5);所述复合分散剂与滑石粉的质量比优选为(0.009~0.015):1,更优选为(0.010~0.014):1,进一步优选为(0.012~0.013):1。本发明所用复合分散剂稳定性好、耐硬水性强,能防止滑石粉颗粒团聚,且能在一定时间内保持滑石粉颗粒表面的活性,进而保证滑石粉的片状结构在燃烧过程中促进高分子聚合物形成炭层,起到隔热并降低可挥发性产物向外扩散,从而使高聚物具有优良的阻燃性能。

  在本发明中,所述湿法研磨的转速优选为2500~3000r/min,更优选为2600~2800r/min,时间优选为2~2.5h,更优选为2.2~2.3h,温度优选为75~85℃,更优选为80℃;所述温度具体是指所研磨的浆料的温度。本发明优选在立式搅拌机中进行所述湿法研磨,本发明对所述立式搅拌机的型号没有特殊的限定,本领域熟知的立式搅拌机即可。在本发明中,所述二级浆料中物料的粒径优选为6000目,主要指滑石粉颗粒粒径达到6000目(粒径达2~3μm),该细度的滑石粉的力学补强效果好,能够增强复合无机阻燃填料的强度。

  得到二级浆料后,本发明将所述二级浆料与氢氧化钙混合,进行液相沉积包覆,得到复合粉体。在本发明中,所述氢氧化钙与氯化镁的摩尔比优选为(1~1.3):1,更优选为(1.1~1.2):1;本发明对所述二级浆料与氢氧化钙混合的过程没有特殊的限定,按照本领域熟知的过程能够将物料混合均匀即可。在本发明中,所述液相沉积包覆的温度优选为110~120℃(具体是指液相沉积过程中浆料的温度),所述液相沉积包覆优选在搅拌条件下进行,所述搅拌的速度优选为250~300r/min,更优选为260~280r/min,时间优选为0.8~1h。本发明所述液相沉积包覆优选在储浆桶中进行;本发明对所述储浆桶没有特殊的限定,本领域熟知的储浆桶即可。

  在所述液相沉积包覆过程中,氯化镁和氢氧化钙进行化学沉淀,在滑石粉颗粒表面进行包覆,形成纳米级氢氧化镁。

  完成所述液相沉积包覆后,本发明优选还包括将所得物料泵入快速闪蒸干燥机,采用热空气进行闪蒸干燥;然后将干燥后的粉体经布袋收集,再将收集后所得粉体经螺旋铰刀喂料器送入解聚打散机,进行解聚打散,得到复合粉体。本发明对所述闪蒸干燥、布袋收集和解聚打散的过程及所用仪器的型号没有特殊的限定,按照本领域熟知的过程进行即可。本发明通过解聚打散机使收集所得团聚的粉体得到解散,保持原生粒子的粒径。在本发明中,所述复合粉体的粒径优选为6000目。

  得到复合粉体后,本发明将所述复合粉体进行表面改性,得到滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料。在本发明中,所述表面改性所用复合改性剂优选包括硅烷偶联剂、硬脂酸钠和十六烷基三甲基氯化铵;所述硅烷偶联剂、硬脂酸钠和十六烷基三甲基氯化铵的质量比优选为(6~8):(1~3):(1~3),更优选为(6.5~7.5):(1.5~2.5):(1.5~2.5);所述复合改性剂与复合粉体的质量比优选为(0.008~0.014):1,更优选为(0.009~0.013):1,进一步优选为(0.01~0.012):1。本发明对所述表面改性的过程没有特殊的限定,直接将所述复合粉体与复合改性剂混合即可。本发明利用复合改性剂在复合粉体表面链接有机基团,提高复合粉体填料与高分子材料之间的界面相容性,从而改善高分子材料的力学性能,同时提高复合粉体填料的流动性、降低吸水率和吸油值。

  完成所述表面改性后,无需进行任何其他处理,即得到滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料。

  图1为本发明制备滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料的方法流程图,如图1所示,将滑石原矿进行破碎和干法研磨后,将所得600目滑石粉与氯化镁和水混合,将所得一级浆料与复合分散剂混合后进行湿法研磨得到6000目浆料,将所述6000目浆料与氢氧化钙混合后依次进行液相沉积包覆、闪蒸干燥、布袋收集和解聚打散,将所得粉体与复合改性剂混合进行表面改性,得到成品。

  本发明提供了上述技术方案所述制备方法制备得到的滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料,包括滑石粉以及包覆于所述滑石粉表面的纳米氢氧化镁,所述滑石粉的粒径为2~3μm,所述纳米氢氧化镁的粒径为30~50nm。

  下面将结合本发明中的实施例,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。

  以下实施例中,所用滑石原矿均为辽宁海城优质滑石;

  由所述滑石原矿制备滑石粉的制备过程为:将滑石原矿依次进行粗破碎、清洗和一次破碎,将所得直径为5~10cm的物料进行二次破碎,将所得直径为5~10mm的物料输送至198型环辊磨,在环辊磨进口处加入研磨助剂(三乙醇胺)进行干法研磨,得到600目的滑石粉。

  实施例1

  将滑石粉5吨与氯化镁按3:1的质量比加水混合,得到固含量为70%的一级浆料;

  将所述一级浆料送入立式搅拌机中,加入复合分散剂(十二烷基苯磺酸钠的质量为滑石粉质量的3‰、木质素磺酸钠的质量为滑石粉质量的4‰、乙酸乙烯酯-马来酸酐共聚物钠的质量为滑石粉质量的2‰)进行湿法研磨,湿法研磨的参数为:立式搅拌机转速为2500r/min,搅拌2h,控制浆料温度为75℃,得到二级浆料(二级浆料中的物料粒径为6000目);

  将所述二级浆料转入储浆桶中,加入氢氧化钙(与氯化镁的摩尔数比为1.1:1),在搅拌速度为250r/min条件下搅拌1h,搅拌过程中控制浆料温度为120℃,进行液相沉积包覆,然后将所得浆料泵入快速闪蒸干燥机中,采用干净热空气进行闪蒸干燥,将干燥所得物料经布袋收集后送入解聚打散机进行解聚打散后,得到6000目的复合粉体;

  向所述复合粉体(1吨)中加入复合改性剂进行表面改性,所述复合改性剂及添加量为硅烷偶联剂(R903)的质量为复合粉体质量的6‰、硬脂酸钠的质量为复合粉体质量的1‰、十六烷基三甲基氯化铵的质量为复合粉体质量的1‰,得到滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料(滑石粉粒径为2~3μm,纳米氢氧化镁粒径为30~50nm)。

  实施例2

  将滑石粉5吨与氯化镁按4:1的质量比加水混合,得到固含量为70%的一级浆料;

  将所述一级浆料送入立式搅拌机中,加入复合分散剂(十二烷基苯磺酸钠的质量为滑石粉质量的4‰、木质素磺酸钠的质量为滑石粉质量的5‰、乙酸乙烯酯-马来酸酐共聚物钠的质量为滑石粉质量的3‰)进行湿法研磨,湿法研磨的参数为:立式搅拌机转速为2500r/min,搅拌2h,控制浆料温度为75℃,得到二级浆料(二级浆料中的物料粒径为6000目);

  将所述二级浆料转入储浆桶中,加入氢氧化钙(与氯化镁的摩尔数比为1.2:1),在搅拌速度为250r/min条件下搅拌1h,搅拌过程中控制浆料温度为120℃,进行液相沉积包覆,然后将所得浆料泵入快速闪蒸干燥机中,采用干净热空气进行闪蒸干燥,将干燥所得物料经布袋收集后送入解聚打散机进行解聚打散后,得到6000目的复合粉体;

  向所述复合粉体(1吨)中加入复合改性剂进行表面改性,所述复合改性剂及添加量为硅烷偶联剂(R903)的质量为复合粉体质量的7‰、硬脂酸钠的质量为复合粉体质量的2‰、十六烷基三甲基氯化铵的质量为复合粉体质量的2‰,得到滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料(滑石粉粒径为2~3μm,纳米氢氧化镁粒径为30~50nm)。

  实施例3

  将滑石粉5吨与氯化镁按3:1的质量比加水混合,得到固含量为70%的一级浆料;

  将所述一级浆料送入立式搅拌机中,加入复合分散剂(十二烷基苯磺酸钠的质量为滑石粉质量的4‰、木质素磺酸钠的质量为滑石粉质量的5‰、乙酸乙烯酯-马来酸酐共聚物钠的质量为滑石粉质量的3‰)进行湿法研磨,湿法研磨的参数为:立式搅拌机转速为2500r/min,搅拌2h,控制浆料温度为75℃,得到二级浆料(二级浆料中的物料粒径为6000目);

  将所述二级浆料转入储浆桶中,加入氢氧化钙(与氯化镁的摩尔数比为1.3:1),在搅拌速度为250r/min条件下搅拌1h,搅拌过程中控制浆料温度为120℃,进行液相沉积包覆,然后将所得浆料泵入快速闪蒸干燥机中,采用干净热空气进行闪蒸干燥,将干燥所得物料经布袋收集后送入解聚打散机进行解聚打散后,得到6000目的复合粉体;

  向所述复合粉体(1吨)中加入复合改性剂进行表面改性,所述复合改性剂及添加量为硅烷偶联剂(R903)的质量为复合粉体质量的8‰、硬脂酸钠的质量为复合粉体质量的3‰、十六烷基三甲基氯化铵的质量为复合粉体质量的3‰,得到滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料(滑石粉粒径为2~3μm,纳米氢氧化镁粒径为30~50nm)。

  性能测试

  1)根据GB/T19281-2014对实施例1~3制备的滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料的各性能指标进行检测,结果见表1:

  表1实施例1~3制备的滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料的技术指标

  

  

  由表1可知,本发明实施例1~3制备的复合粉体中复合分散剂添加量越大,颗粒细度越好,复合改性剂添加量越大,颗粒活化度越高。

  2)将实施例1~3制备的滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料填充在EVA电缆料中,电缆料的配方为:EVA(乙烯-乙酸乙烯酯共聚物,型号为巴斯夫6110M)20份,LLDPE(线型低密度聚乙烯,型号为沙比克218WJ)10份,实施例1~3制备的滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料60份,相容剂(型号为能之光MC218)5份。

  电缆料制备过程:按上述配方称取原料,将原料混合搅拌均匀,将所得混合物料在开炼机进行塑化混炼,开炼温度为170℃,开炼时间为15min,然后将开炼好的物料通过压片机压成所需厚度的片材,再将压好的片材切成标准样条,按照常规方法对样条进行氧指数和力学性能的测试,结果见表2。

  表2实施例1~3制备的滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料填充于电缆料后所得电缆料的阻燃性和力学性能数据

  

  根据表2可知,本发明制备的滑石粉-氢氧化镁复合无机阻燃填料用于电缆料中,所得电缆料的氧指数高,说明复合无机阻燃填料的燃烧成炭性好、阻燃效率高,而且所得电缆料的拉伸强度和断裂伸长率高,说明电缆料具有优异的力学性能,说明本发明的复合无机阻燃填料与高分子的相容性好。

  以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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