一种新型红磷微胶囊及其制备方法
技术领域
本发明涉及阻燃材料技术领域，具体的涉及一种新型红磷微胶囊及其制备方法。
背景技术
随着社会的发展，工业水平的提升，各行各业对建筑材料和产品的燃烧安全的重视，市场上的阻燃剂也层出不穷。目前涉及到阻燃剂等不同元素和形态的产品，效果各不相同。
现有磷系阻燃剂的阻燃效率、吸湿率、保存性能等方面的问题，因此如何提供一种稳定的、低吸湿率的、安全且高效的磷系阻燃剂是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种稳定的、低吸湿率的、安全且高效新型红磷微胶囊阻燃剂。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种新型红磷微胶囊，包括以下重量份原料：红磷5-80g、硝酸盐1-60份、强碱5-80份、表面活性剂0.01-10份。
进一步，上述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠和十二烷基硫酸钠中的任一种。
进一步，上述硝酸盐为硝酸镁、硝酸铝、硝酸铁、硝酸镍、硝酸镉、硝酸铅和硝酸钙中的任意两种或两种以上混合。
采用上述进一步的有益效果在于：目前常见的无机包覆材料均为氢氧化铝或氢氧化镁等单一材料，本发明的层状双氢氧化合物则为两者的有机复合，采用上述原料能够使本发明阻燃等性能均优于前者。
进一步，上述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。
采用上述进一步的有益效果在于：本发明采用的兼性物质性质稳定且碱性强，易于合成控制，相比于其他碱性较弱的中强碱，本发明碱用量较少，且碱性比较强，从而使合成过程pH的控制稳定。
本发明的有益效果在于：本发明红磷微胶囊作为高分子材料的阻燃添加剂使用，具有低吸湿率、高阻燃效率等性能，并且不影响材料的色度、机械性能。
本发明还提供了上述新型红磷微胶囊的制备方法，包括以下步骤：
(1)按上述新型红磷微胶囊称取各原料；
(2)将红磷放入行星球磨机进行球磨0.5-1h，然后加入之去离子水中并进行超声震荡得到稳定的红磷悬浮液，备用；
(3)将硝酸盐和强碱分别溶于去离子水中得到硝酸盐溶液和碱溶液；
(4)将硝酸盐溶液和碱溶液添加至反应容器中，搅拌，并保持pH稳定为10-11，然后向反应容器中加入红磷悬浮液和表面活性剂，搅拌1-4小时，得到混合液；
(5)将混合液进行晶化10-30h沉淀后，过滤并用水洗1-5次，烘干，即得红磷微胶囊。
优选的，上述去离子水预先进行煮沸，去除二氧化碳。
优选的，上述步骤(2)中超声频率为30-60Hz，超声时间为10-60min。
优选的，上述步骤(3)中硝酸盐溶液浓度为5-20％，所述强碱溶液浓度为5-20％。
优选的，上述步骤(4)中保持pH稳定的操作方法为通过精细恒压漏斗控制碱液滴速并实时通过pH电极监测酸度的变化，最佳滴速为1滴/s。
优选的，上述步骤(5)中所诉烘干温度为60-100℃，烘干时间为12-48h。
与现有技术相比本发明的有益效果在于：本发明制备得到的红磷微胶囊作为高分子材料的阻燃添加剂使用时，具有低吸湿率、高阻燃效率等性能，本发明制备方法简单，具有优秀的产业化前景。
具体实施方式
下面将对本发明实施例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。
实施例1
新型红磷微胶囊的制备方法：
(1)将去离子水进行煮沸，去除二氧化碳，称取红磷10g、硝酸镁15.36g，硝酸铝7.5g，十二烷基硫酸钠0.1g，氢氧化钠6.4g；
(2)将红磷放入行星球磨机进行球磨，然后加入之去离子水中并在40Hz频率下超声震荡30min得到稳定的红磷悬浮液，备用；
(3)将硝酸盐和强碱分别溶于去离子水中得到10％的硝酸盐溶液和10％的碱溶液；
(4)将硝酸盐溶液和碱溶液添加至反应容器中，搅拌，并保持pH稳定为10-11，然后向反应容器中加入红磷悬浮液和表面活性剂，搅拌2小时，得到混合液；
(5)将混合液进行晶化沉淀后，过滤并用水洗3次，烘干24h，即得红磷微胶囊。
实施例2
新型红磷微胶囊的制备方法：
(1)将去离子水进行煮沸，去除二氧化碳，称取红磷10g、硝酸镁15.36g，硝酸铁4.84g，十二烷基硫酸钠0.1g，氢氧化钠6.4g；
(2)将红磷放入行星球磨机进行球磨，然后加入之去离子水中并在40Hz频率下超声震荡30min得到稳定的红磷悬浮液，备用；
(3)将硝酸盐和强碱分别溶于去离子水中得到10％的硝酸盐溶液和10％的碱溶液；
(4)将硝酸盐溶液和碱溶液添加至反应容器中，搅拌，并保持pH稳定为10-11，然后向反应容器中加入红磷悬浮液和表面活性剂，搅拌2小时，得到混合液；
(5)将混合液进行晶化沉淀后，过滤并用水洗3次，烘干24h，即得红磷微胶囊。
实施例3
新型红磷微胶囊的制备方法：
(1)将去离子水进行煮沸，去除二氧化碳，称取红磷10g、硝酸镁15.36g，硝酸镍3.65g，十二烷基硫酸钠0.1g，氢氧化钠6.4g；
(2)将红磷放入行星球磨机进行球磨，然后加入之去离子水中并在40Hz频率下超声震荡30min得到稳定的红磷悬浮液，备用；
(3)将硝酸盐和强碱分别溶于去离子水中得到10％的硝酸盐溶液和10％的碱溶液；
(4)将硝酸盐溶液和碱溶液添加至反应容器中，搅拌，并保持pH稳定为10-11，然后向反应容器中加入红磷悬浮液和表面活性剂，搅拌2小时，得到混合液；
(5)将混合液进行晶化沉淀后，过滤并用水洗3次，烘干24h，即得红磷微胶囊。
实施例4
新型红磷微胶囊的制备方法：
(1)将去离子水进行煮沸，去除二氧化碳，称取红磷10g、硝酸镁15.36g，硝酸镉4.73g，十二烷基硫酸钠0.1g，氢氧化钠6.4g；
(2)将红磷放入行星球磨机进行球磨，然后加入之去离子水中并在40Hz频率下超声震荡30min得到稳定的红磷悬浮液，备用；
(3)将硝酸盐和强碱分别溶于去离子水中得到10％的硝酸盐溶液和10％的碱溶液；
(4)将硝酸盐溶液和碱溶液添加至反应容器中，搅拌，并保持pH稳定为10-11，然后向反应容器中加入红磷悬浮液和表面活性剂，搅拌2小时，得到混合液；
(5)将混合液进行晶化沉淀后，过滤并用水洗3次，烘干24h，即得红磷微胶囊。
实施例5
新型红磷微胶囊的制备方法：
(1)将去离子水进行煮沸，去除二氧化碳，称取红磷10g、硝酸镁15.36g，硝酸铅6.62g，十二烷基硫酸钠0.1g，氢氧化钠6.4g；
(2)将红磷放入行星球磨机进行球磨，然后加入之去离子水中并在40Hz频率下超声震荡30min得到稳定的红磷悬浮液，备用；
(3)将硝酸盐和强碱分别溶于去离子水中得到10％的硝酸盐溶液和10％的碱溶液；
(4)将硝酸盐溶液和碱溶液添加至反应容器中，搅拌，并保持pH稳定为10-11，然后向反应容器中加入红磷悬浮液和表面活性剂，搅拌2小时，得到混合液；
(5)将混合液进行晶化沉淀后，过滤并用水洗3次，烘干24h，即得红磷微胶囊。
实施例6
新型红磷微胶囊的制备方法：
(1)将去离子水进行煮沸，去除二氧化碳，称取红磷10g、硝酸镁15.36g，硝酸钙3.28g，十二烷基硫酸钠0.1g，氢氧化钠6.4g；
(2)将红磷放入行星球磨机进行球磨，然后加入之去离子水中并在40Hz频率下超声震荡30min得到稳定的红磷悬浮液，备用；
(3)将硝酸盐和强碱分别溶于去离子水中得到10％的硝酸盐溶液和10％的碱溶液；
(4)将硝酸盐溶液和碱溶液添加至反应容器中，搅拌，并保持pH稳定为10-11，然后向反应容器中加入红磷悬浮液和表面活性剂，搅拌2小时，得到混合液；
(5)将混合液进行晶化沉淀后，过滤并用水洗3次，烘干24h，即得红磷微胶囊。
试验例
由于红磷极易与水发生反应生成H3PO4、H3PO3、H3PO2和少量的有毒气体PH3，导致红磷变质，阻燃效果变差。
氧化性指的是包覆红磷溶于水中脱去包覆层与水反应得到各种系列磷酸，使溶液变为酸性。氢氧化铝包覆红磷的远远低于水滑石包覆红磷。
基于，本发明实施例1制备的LDH新型红磷微胶囊进行如下实验，称重后的干燥粉尘，置于20-30℃条件下，相对湿度控制在80-90％的保湿器中，每24h称重一次，直到重量变化在5％以内；粉尘增重即为其在该时间内从温度和相对湿度在某范围的周围空气中吸收的水分量：吸收的水分量与干燥粉尘质量之比率，表征粉尘的吸湿性。试验结果如表1。
表1
表中：MH：氢氧化镁；AH：氢氧化铝；LDH：层状双氢氧化合物。质量分数为包覆原料质量占红磷质量的百分比。
从上述数据可见，未经包覆的红磷的吸湿率高，稳定差，容易释放出PH3。以红磷质量的50％的三种包覆，有方案1、2、3。实验结果表明：LDH吸湿率低于AH和MH包覆的红磷，且稳定性高，放出的PH3气体少。
以红磷质量的85％的三种包覆方案4、5、6对比，LDH吸湿率明显低于AH和MH包覆的红磷，且稳定性高，放出的PH3气体少。
以红磷质量的114％的三种包覆，随着质量的增加，LDH本身就有一定的吸湿率。过量的MH使其无法完整的包覆反而降低了红磷包覆效果。
未改性的LDH的吸湿率为4.82％，红磷的吸湿率为4.57％。可见本发明包覆效果显著。
