一种Ni@Mg增强型海泡石复合成炭剂及其制备方法和在EVA的应用

技术领域

本发明涉及成炭剂领域，具体涉及一种Ni@Mg增强型海泡石复合成炭剂及其制备方法和在EVA的应用。

背景技术

乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)是一种应用领域十分广泛的热塑性树脂，广泛地应用于泡沫塑料制品、电线电缆、制鞋工业、玩具、光伏材料、太阳能电池粘合剂等领域。与聚乙烯(PE)相比，由于醋酸乙烯的引入，EVA的高结晶度降低，韧性、抗冲击性、填料相溶性和热密封性能得到提高。但是EVA的极限氧指数仅有17％～19％，极易燃烧，且燃烧时往往会伴有熔滴现象。EVA的较大的火灾危害性极大地限制了其应用，因此阻燃EVA复合材料一直是人们研究的热点。

聚烯烃材料的阻燃原理可以分为终止自由基链反应、形成保护层和冷却燃烧体系。终止自由基链反应：聚烯烃热分解时会发生脱氢反应，产生大量高活性自由基，通过引入能够淬灭自由基的阻燃剂来达到阻燃效果，如溴系阻燃剂、磷系阻燃剂等。形成保护层：这类阻燃剂可以在燃烧时形成隔离层，形成的隔离层可以隔绝热量和氧气的传递，同时阻止可燃气体的逸出，从而阻止了基体的分解，如膨胀性阻燃剂、可膨胀性石墨等。冷却燃烧体系：这类阻燃剂在一定温度下会发生脱水、相变等吸热反应，可以大量降低燃烧区域的温度，抵消燃烧进一步进行需要的热量，从而达到阻燃的目的，如氢氧化镁、氢氧化铝、水菱镁等。其中冷却燃烧体系所采用的矿物阻燃剂由于其价格低廉、来源广泛备受研究者的青睐。但是这类阻燃剂单独作用时，阻燃效率不高。因此本发明制备了一种Ni@Mg增强型海泡石复合成炭剂，该成炭剂在与矿物阻燃剂共同作用时可以形成一层致密的保护炭层，达到良好的阻燃效果。

发明内容

本发明通过一步水热法制备了Ni@Mg，并将其与改性海泡石复配，制备了一种Ni@Mg增强型海泡石复合成炭剂，该复合成炭剂在与矿物阻燃剂共同作用阻燃EVA时可以迅速形成一层致密的保护性炭层，隔绝了热量和可燃气体的传递，保护了基体，从而达到良好的阻燃效果。

本发明提供一种Ni@Mg增强型海泡石复合成炭剂，包括Ni@Mg和改性海泡石；以质量计，Ni@Mg和改性海泡石比例为1～10:1～10；所述Ni@Mg为纳米氢氧化物杂化颗粒；所述改性海泡石采用表面处理剂进行改性。

进一步地，在上述技术方案中，所述Ni@Mg中的Ni与Mg的质量比1～3:1。

本发明提供一种Ni@Mg增强型海泡石复合成炭剂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，Ni@Mg的制备：

(1)将氧化镁原料和镍源和溶剂按比例进行研磨，得浆料；

(2)将反应物浆料转移至静态水热釜中，在150℃～220℃下反应8～12h；

(3)反应结束后，后处理得到烘干的Ni@Mg进行粉碎；

步骤2，改性海泡石的制备：

S1将海泡石颗粒、溶剂按比例进行搅拌均匀；

S2之后将表面处理剂按一定比例加入到混合浆料中，在25℃～30℃下搅拌处理2～5h时间；

S3在不断搅拌下，通过70～90℃循环水浴干燥，最后粉碎制得改性海泡石；

其中，S2中所述表面处理剂为十六烷基三甲基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基三甲基溴化铵中的一种或两种及两种以上。

进一步地，在上述技术方案中，步骤1中，所述(1)中研磨采用球磨，将氧化镁原料和镍源和溶剂按比例放入球磨罐中，加入刚玉球，球磨2～4h制得浆料。所述氧化镁原料和镍源的物质的量之比为100:30～50；所述镍源为硝酸镍、乙酸镍、氯化镍、硫酸镍中的一种或两种及两种以上；所述(1)中溶剂为去离子水；氧化镁原料和镍源与溶剂的质量比为1～3:2～10。

进一步地，在上述技术方案中，步骤1中，所述(3)后处理为抽滤、洗涤、干燥；所述洗涤采用乙醇冲洗滤饼2～4遍，所述烘干温度为70～120℃，烘干时间8～12h；所述(3)中粉碎采用粉碎机，得到Ni@Mg的粒径为＜1μm。

进一步地，在上述技术方案中，步骤2中，所述S1搅拌采用高速分散机，高速分散机转速为800～1500r/min，分散时间为10～30min；所述S1中溶剂为水，海泡石颗粒与水的质量比为1～3:4～10。

进一步地，在上述技术方案中，步骤2中，所述S2表面处理剂的添加量质量占比为10％～15％；所述S3中粉碎采用粉碎机，得到改性海泡石的粒径为＜20μm。

本发明又提供一种Ni@Mg增强型海泡石复合成炭剂的应用，所述复合成炭剂与矿物阻燃剂复配应用于EVA上。

进一步地，在上述技术方案中，所述复合成炭剂与矿物阻燃剂的质量比为1:3～10。

进一步地，在上述技术方案中，所述矿物阻燃剂包括水菱镁矿物阻燃剂、水镁石矿物阻燃剂中的一种。

附图说明

图1为实施例1的Ni@Mg的扫描电镜图。

图2为实施例1的改性海泡石扫描电镜图。

图3为对比例1、对比例2、对比例3和实施例1、实施例2、实施例3的热释放速率对比图。

图4分别为对比例1图(a)、对比例2图(b)、对比例3图(c)、实施例1图(d)、实施例2图(e)、实施例3图(f)和实施例图4(g)的烧完残炭的照片。

本发明有益效果

本发明通过一步水热法制备了Ni@Mg，并将其与改性海泡石复配，制备了一种Ni@Mg增强型海泡石复合成炭剂，该复合成炭剂在与矿物阻燃剂共同作用阻燃EVA时可以迅速形成一层致密的保护性炭层，隔绝了热量和可燃气体的传递，保护了基体，从而达到良好的阻燃效果。本发明解决了矿物阻燃剂在单独阻燃EVA时阻燃效率低的问题。

具体实施方式

下述非限定性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本发明，但不以任何方式限制本发明，该领域的技术熟练人员根据上述本发明内容对本发明做出一些非本质的改进和调整，仍属于本发明保护范围。

对比例1

只添加水菱镁矿物阻燃剂，阻燃剂填充量共51.5％，应用于48.5％EVA中。复合材料的热释放速率峰值450.9KW/m

对比例2

将10g氧化镁原料和22g乙酸镍和90ml去离子水放入球磨罐中，加入150g刚玉球，球磨2h制得浆料；将反应物浆料转移至静态水热釜中，在170℃下反应12h；反应结束后抽滤，用乙醇洗涤滤饼2～4遍，放入80℃烘箱烘干12h，最后通过粉碎机粉碎得到Ni@Mg；

Ni@Mg添加量8％，添加水菱镁矿物阻燃剂43.5％，Ni@Mg添加量+阻燃剂填充量共计51.5％，应用于48.5％EVA中。与填充51.5％的水菱镁矿物阻燃剂单独作用时相比，复合材料的热释放速率峰值为356.4KW/m

对比例3

取50g海泡石、200ml水于搅拌罐中，使用高速分散机，将转速调至800r/min，分散30min。之后，将2.25g十八烷基三甲基溴化铵和5.25g十八烷基三甲基氯化铵溶于80ml工业乙醇中。然后将表面处理剂乙醇溶液加入高速分散机中，调整转速至1500r/min，在25℃～30℃下将混合浆液搅拌3h。在不断搅拌下，通过85℃循环水浴进行干燥。干燥后使用粉碎机进行粉碎可得改性海泡石；

海泡石添加量8％，添加水菱镁矿物阻燃剂43.5％，Ni@Mg添加量+阻燃剂填充量共计51.5％，应用于48.5％EVA中。与填充51.5％的水菱镁矿物阻燃剂单独作用时相比，复合材料的热释放速率峰值为330.9KW/m

实施例1

将10g氧化镁原料和22g乙酸镍和90ml去离子水放入球磨罐中，加入150g刚玉球，球磨2h制得浆料；将反应物浆料转移至静态水热釜中，在170℃下反应12h；反应结束后抽滤，用乙醇洗涤滤饼2～4遍，放入80℃烘箱烘干12h，最后通过粉碎机粉碎得到Ni@Mg，得到Ni@Mg的粒径为＜1μm；Ni@Mg扫描电镜图如图1所示。

取50g海泡石、200ml水于搅拌罐中，使用高速分散机，将转速调至800r/min，分散30min。之后，将2.25g十八烷基三甲基溴化和5.25g十八烷基三甲基氯化铵铵溶于80ml工业乙醇中。然后将表面处理剂乙醇溶液加入高速分散机中，调整转速至1500r/min，在25℃～30℃下将混合浆液搅拌3h。在不断搅拌下，通过85℃循环水浴进行干燥。干燥后使用粉碎机进行粉碎可得改性海泡石，得到改性海泡石粒径为＜20μm；改性海泡石扫描电镜图如图2所示。

将Ni@Mg和改性海泡石以2:3的质量比复配，添加量8％，水菱镁矿物阻燃剂添加量43.5％，成炭剂+阻燃剂填充量共计51.5％，应用于48.5％EVA中。与填充51.5％的水菱镁矿物阻燃剂单独作用时相比，复合材料的热释放速率峰值为267.1KW/m

实施例2

将10g氧化镁原料和36.3六水合硝酸镍和90ml去离子水放入球磨罐中，加入150g刚玉球，球磨2h制得浆料；将反应物浆料转移至静态水热釜中，在170℃下反应12h；反应结束后抽滤，用乙醇洗涤滤饼2～4遍，放入80℃烘箱烘干12h，最后通过粉碎机粉碎得到Ni@Mg，得到Ni@Mg的粒径为＜1μm；

取50g海泡石、200ml水于搅拌罐中，使用高速分散机，将转速调至800r/min，分散30min。之后，将3g十八烷基三甲基溴化和4.5g十八烷基三甲基氯化铵铵溶于80ml工业乙醇中。然后将表面处理剂乙醇溶液加入高速分散机中，调整转速至1500r/min，在25℃～30℃下将混合浆液搅拌3h。在不断搅拌下，通过85℃循环水浴进行干燥。干燥后使用粉碎机进行粉碎可得改性海泡石，得到改性海泡石粒径为＜20μm；

将Ni@Mg和改性海泡石以1:1的质量比复配，添加量8％，水菱镁矿物阻燃剂添加量43.5％，成炭剂+阻燃剂填充量共计51.5％，应用于48.5％EVA中。与填充51.5％的水菱镁矿物阻燃剂单独作用时相比，复合材料的热释放速率峰值为302.1KW/m

实施例3

将10g氧化镁原料和36.3六水合硝酸镍和90ml去离子水放入球磨罐中，加入150g刚玉球，球磨2h制得浆料；将反应物浆料转移至静态水热釜中，在170℃下反应12h；反应结束后抽滤，用乙醇洗涤滤饼2～4遍，放入80℃烘箱烘干12h，最后通过粉碎机粉碎得到Ni@Mg，得到Ni@Mg的粒径为＜1μm；

取50g海泡石、200ml水于搅拌罐中，使用高速分散机，将转速调至800r/min，分散30min。之后，将3g十八烷基三甲基溴化和4.5g十八烷基三甲基氯化铵铵溶于80ml工业乙醇中。然后将表面处理剂乙醇溶液加入高速分散机中，调整转速至1500r/min，在25℃～30℃下将混合浆液搅拌3h。在不断搅拌下，通过85℃循环水浴进行干燥。干燥后使用粉碎机进行粉碎可得改性海泡石，得到改性海泡石粒径为＜20μm；

将Ni@Mg和改性海泡石以5:3的质量比复配，添加量8％，水菱镁矿物阻燃剂添加量43.5％，成炭剂+阻燃剂填充量共计51.5％，应用于48.5％EVA中。与填充51.5％的水菱镁矿物阻燃剂单独作用时相比，复合材料的热释放速率峰值为293.1KW/m

实施例4

将10g氧化镁原料和36.3六水合硝酸镍和90ml去离子水放入球磨罐中，加入150g刚玉球，球磨2h制得浆料；将反应物浆料转移至静态水热釜中，在170℃下反应12h；反应结束后抽滤，用乙醇洗涤滤饼2～4遍，放入80℃烘箱烘干12h，最后通过粉碎机粉碎得到Ni@Mg，得到Ni@Mg的粒径为＜1μm；

取50g海泡石、200ml水于搅拌罐中，使用高速分散机，将转速调至800r/min，分散30min。之后，将3g十八烷基三甲基溴化和4.5g十八烷基三甲基氯化铵铵溶于80ml工业乙醇中。然后将表面处理剂乙醇溶液加入高速分散机中，调整转速至1500r/min，在25℃～30℃下将混合浆液搅拌3h。在不断搅拌下，通过85℃循环水浴进行干燥。干燥后使用粉碎机进行粉碎可得改性海泡石，得到改性海泡石粒径为＜20μm；

将Ni@Mg和改性海泡石以5:3的质量比复配，添加量8％，水镁石矿物阻燃剂添加量43.5％，成炭剂+阻燃剂填充量共计51.5％，应用于48.5％EVA中。与填充51.5％的水镁石矿物阻燃剂单独作用时相比，复合材料的热释放速率峰值为275.1KW/m