一種超細硼酸三聚氰胺的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于阻燃劑制備領(lǐng)域，具體涉及一種利用新型水熱法制備超細硼酸三聚氰胺的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]高分子材料因其具有生產(chǎn)成本低、機械性能好、無毒、質(zhì)輕、耐腐蝕、電性能好、易加工、易回收等諸多優(yōu)點，目前被廣泛用于包裝、紡織品、建材、汽車、電子電氣、辦公用品及日用品等很多行業(yè)。但大多數(shù)高分子材料屬易燃材料，一般高分子材料的極限氧指數(shù)(L0I)只有17?20，且有的高分子材料燃燒時會產(chǎn)生大量的熔滴，極易傳播火焰，這就使其應(yīng)用受到了很大程度的限制。
[0003]氮系阻燃劑主要以分解過程中形成氨等不燃性氣體，稀釋和沖淡可氮系阻燃劑主要以分解過程中形成氨等不燃性氣體，稀釋和沖淡可或覆蓋于材料表面的作用而起到阻燃。硼系阻燃劑的阻燃機理主要是由于其在燃燒過程中可以產(chǎn)生硼酸酐或硼酸，硼酸在熱裂解時形成類似的玻璃狀的熔融物覆蓋在聚合物上，促使聚合物直接氧化成二氧化碳.減少可燃氣體一氧化碳的生成，且阻燃玻璃體的產(chǎn)生可阻止可燃性氣體向外擴散，從而達到阻燃的目的。硼系阻燃劑具有熱穩(wěn)定性好、毒性低、消煙、毒性低、原料易得等優(yōu)點。目前有報道指出硼系阻燃劑與氮系阻燃劑復(fù)配可以起到協(xié)效阻燃的效果，并且添加后可以明顯減少材料燃燒煙濃度。
[0004]硼酸三聚氰胺是一種三聚氰胺和硼酸通過氫鍵結(jié)合形成的超分子結(jié)構(gòu)化合物。它集合了氮系阻燃劑和硼系阻燃劑的特點，并利用硼類和氮類阻燃劑的阻燃協(xié)效效應(yīng)，提高了阻燃效率，減少燃燒煙濃度并降低了阻燃成本。硼氮一體也避免了簡單混合氮系阻燃劑和硼系阻燃劑帶來的組分分布不均等問題，避免了這造成的聚合物機械性能大大下降、阻燃協(xié)同作用不能最大限度發(fā)揮等缺陷。目前市面上常見的硼酸三聚氰胺阻燃劑一般均為微米級粒子，為了達到較好的阻燃效果需要加入阻燃劑的量偏大，對工程塑料的機械性能仍會造成較大的影響，因此降低硼酸三聚氰胺的粒徑成為了一個亟需解決的問題。
[0005]水熱法是指在特制的密閉反應(yīng)器(高壓釜)中，采用水作為溶劑的反應(yīng)體系，通過將反應(yīng)體系加熱至臨界溫度(或接近臨界溫度)，在反應(yīng)體系中產(chǎn)生高壓環(huán)境而進行無機合成與材料制備的一種有效方法。水熱法目前已經(jīng)成為一種比較常用的無機顆粒制備方法，已成功制備了許多無機材料，如沸石、石英、金屬碳酸鹽、磷酸鹽、氧化物和鹵化物等。有文獻報道，采用水熱法可以制備硼酸三聚氰胺，但是由于水熱反應(yīng)冷卻以及壓力釋放過程過于緩慢，粒子有充分的生長時間，導(dǎo)致了制備出的硼酸三聚氰胺粒徑過大，粒度分布不均勻等問題。
[0006]超臨界溶液快速膨脹法是一種新型的納米超細微粒制備方法，它利用了超臨界CO2的密度對溫度和壓力變化十分敏感的特點，通過噴嘴快速釋放壓力，在瞬間形成大量的晶核，從而生成大量微小的顆粒的方法。本發(fā)明創(chuàng)造性的借鑒了超臨界溶液快速膨脹法的工藝特點，將超臨界快速膨脹法的噴嘴使用到水熱法制備硼酸三聚氰胺的工藝流程中，利用噴嘴瞬間釋放壓力并降低溫度，瞬間形成大量晶核，達到制備超細硼酸三聚氰胺的目的。采用本方法制備的超細硼酸三聚氰胺，粒徑小，粒徑分布均勻，阻燃效率高，對機械性能影響小。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有硼酸三聚氰胺粒徑大，阻燃效率低，對高分子基體機械性能影響大等缺陷，提供一種新型水熱法制備粒徑小，粒徑分布均勻，阻燃效率高，對機械性能影響小的超細硼酸三聚氰胺的方法。
[0008]—種超細硼酸三聚氰胺的制備方法，其特征在于，該方法的具體步驟為:
(a)按照配方精確稱取硼酸、三聚氰胺和去離子水，首先將硼酸溶入去離子水中并攪拌均勻，然后加入三聚氰胺，并攪拌0.5小時；其中硼酸:三聚氰胺:去離子水的摩爾比為(1-3):1:(50-200)；
(b)將上述步驟(a)的混合溶液加入反應(yīng)釜中，打開加熱裝置升溫，并在100-200°C的溫度內(nèi)保持18-36小時；
(c)將上述步驟(b)的混合溶液通過噴嘴快速噴射至溫度為20°C的去離子水中，經(jīng)離心并烘干，最終得到超細硼酸三聚氰胺。
[0009]所述的反應(yīng)釜為超臨界二氧化碳快速膨脹實驗所用的反應(yīng)釜。
[0010]所述的噴嘴為超臨界二氧化碳快速膨脹實驗用的噴嘴，其直徑為100-500 μπι。
[0011]本發(fā)明所述硼酸和三聚氰胺的摩爾比為13:1之間；
本發(fā)明所述加入反應(yīng)釜的去離子水與三聚氰胺摩爾比為50~200:1之間；
本發(fā)明所述溫度為100~200°C之間；
本發(fā)明所述時間為18~36小時之間；
采用本發(fā)明所述方法制備的硼酸三聚氰胺，粒徑在300nm~500nm之間，粒徑分布窄，單分散性很好，阻燃效率更高，對高分子基體的機械性能影響更小。
【具體實施方式】
[0012]下面通過實施例進一步說明本發(fā)明，而不是限制本發(fā)明的范圍。
[0013]實施例一:
按照配方精確稱取一定量的硼酸、三聚氰胺和去離子水(硼酸與三聚氰胺的摩爾比為1.5:1，三聚氰胺與去離子水的摩爾比為1:100)，首先將硼酸溶入水中并攪拌均勻，然后將稱量好的三聚氰胺加入溶了硼酸的水中，并攪拌半個小時。將溶解好的溶液加入反應(yīng)釜中，控制一定的溫度(180°C )，并保壓一定時間(24h)。通過噴嘴將上述溶液快速噴射至溫度為20°C的去離子水中，經(jīng)離心并烘干，最終得到粒徑約為400nm的超細硼酸三聚氰胺。
[0014]實施例二:
按照配方精確稱取一定量的硼酸、三聚氰胺和去離子水(硼酸與三聚氰胺的摩爾比為2:1，三聚氰胺與去離子水的摩爾比為1:150)，首先將硼酸溶入水中并攪拌均勻，然后將稱量好的三聚氰胺加入溶了硼酸的水中，并攪拌半個小時。將溶解好的溶液加入反應(yīng)釜中，控制一定的溫度(1500C )，并保壓一定時間(36h)。通過噴嘴將上述溶液快速噴射至溫度為20°C的去離子水中，經(jīng)離心并烘干，最終得到粒徑約為450nm的超細硼酸三聚氰胺。
[0015]實施例三:
按照配方精確稱取一定量的硼酸、三聚氰胺和去離子水(硼酸與三聚氰胺的摩爾比為3:1，三聚氰胺與去離子水的摩爾比為1:200)，首先將硼酸溶入水中并攪拌均勻，然后將稱量好的三聚氰胺加入溶了硼酸的水中，并攪拌半個小時。將溶解好的溶液加入反應(yīng)釜中，控制一定的溫度(200°C )，并保壓一定時間(18h)。通過噴嘴將上述溶液快速噴射至溫度為20°C的去離子水中，經(jīng)離心并烘干，最終得到粒徑約為330nm的超細硼酸三聚氰胺。
[0016]實施例四:
按照配方精確稱取一定量的硼酸、三聚氰胺和去離子水(硼酸與三聚氰胺的摩爾比為1:1，三聚氰胺與去離子水的摩爾比為1:100)，首先將硼酸溶入水中并攪拌均勻，然后將稱量好的三聚氰胺加入溶了硼酸的水中，并攪拌半個小時。將溶解好的溶液加入反應(yīng)釜中，控制一定的溫度(1300C )，并保壓一定時間(36h)。通過噴嘴將上述溶液快速噴射至溫度為20°C的去離子水中，經(jīng)離心并烘干，最終得到粒徑約為380nm的超細硼酸三聚氰胺。
【主權(quán)項】
1.一種超細硼酸三聚氰胺的制備方法，其特征在于，該方法的具體步驟為: (a)按照配方精確稱取硼酸、三聚氰胺和去離子水，首先將硼酸溶入去離子水中并攪拌均勻，然后加入三聚氰胺，并攪拌0.5小時；其中硼酸:三聚氰胺:去離子水的摩爾比為(1-3):1:(50-200)； (b)將上述步驟(a)的混合溶液加入反應(yīng)釜中，打開加熱裝置升溫，并在100~200°C的溫度內(nèi)保持18-36小時； (c)將上述步驟(b)的混合溶液通過噴嘴快速噴射至溫度為20°C的去離子水中，經(jīng)離心并烘干，最終得到超細硼酸三聚氰胺。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超細硼酸三聚氰胺的制備方法，其特征在于，所述的反應(yīng)釜為超臨界二氧化碳快速膨脹實驗所用的反應(yīng)釜。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超細硼酸三聚氰胺的制備方法，其征在于，所述的噴嘴為超臨界二氧化碳快速膨脹實驗用的噴嘴，其直徑為100-500 μπι。
【專利摘要】本發(fā)明是一種超細硼酸三聚氰胺的制備方法，該方法具體操作步驟如下：首先按照配方精確稱取硼酸、三聚氰胺和去離子水，將硼酸與三聚氰胺溶入去離子水中并攪拌均勻；然后將上述溶液加入反應(yīng)釜中，打開加熱裝置升溫并控制在100~200℃的溫度保持18~36小時；最后將上述溶液通過噴嘴快速噴射至溫度為20℃的去離子水中，經(jīng)離心并烘干，最終得到超細硼酸三聚氰胺。本制備方法制備得到的硼酸三聚氰胺粒徑小，分布均勻；對高分子基體機械性能影響小，阻燃效率高。
【IPC分類】C07D251/56
【公開號】CN105218468
【申請?zhí)枴緾N201510667721
【發(fā)明人】何丹農(nóng), 徐少洪, 冉偉, 張春明, 陳超, 王艷麗, 金彩虹
【申請人】上海納米技術(shù)及應(yīng)用國家工程研究中心有限公司
【公開日】2016年1月6日
【申請日】2015年10月16日