專利名稱：鋁土礦選礦尾礦制備Al－P－N系復合阻燃劑的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種阻燃劑的制備工藝及原料，屬于磷-氮系阻燃劑技術領域。
背景技術：
鋁土礦選尾礦具有產出量大，化學成分復雜，難以堆存等特點。主要化學成分為氧化鋁、氧化硅，主要礦物成分是一水硬鋁石和粘土礦物，含量在80％以上。脫水溫度在400～600℃的范圍內，脫水后的尾礦主要成分為氧化鋁和偏高嶺石，他們具有較強的吸附性和催化性以及表面性質可調控等特征，這些特征使鋁土礦選尾礦具有阻燃性和抑煙性。然而尾礦失水時吸收的熱量不多，失水量大約15％，所以少量的添加量不足以起到阻燃作用，添加量大時，又會使材料的力學性能大大降低。
為了提高阻燃性，人們常常利用不同阻燃劑之間的協(xié)效作用，將幾種具有不同阻燃作用的阻燃劑并用，例如鹵系/銻系之間的協(xié)效作用；磷系/氮系之間的協(xié)效作用；磷-氮系/金屬氫氧化物、金屬氧化物之間的協(xié)效使用；作為高聚物添加劑的粘土類礦物也不斷地作為其他阻燃劑的協(xié)效劑而使用。在這些阻燃體系中，鹵系、銻系、鹵-銻系阻燃劑由于毒性大，腐蝕性強，已有法規(guī)禁止它們的使用。磷-氮系阻燃劑和無機阻燃劑以其低煙、低毒等優(yōu)點而備受人們的青睞。然而，到目前為止，這些工業(yè)化的阻燃體系都是以混合物的形式使用，這種混合阻燃體系最大的缺陷是阻燃劑之間分配不均，不能最大限度的發(fā)揮阻燃協(xié)效性，特別是膨脹型(磷-氮系)阻燃劑與金屬氫氧化物、金屬氧化物的混合使用，所形成的膨脹碳層不均勻，而碳層的均勻程度在很大程度上決定了阻燃效率的高低。
為了克服阻燃體系混合不均問題，人們通過物理化學的方法將不同阻燃劑之間以化學鍵結合起來，形成兼具各個單一阻燃劑的阻燃特性和阻燃協(xié)效特性的化合物，這樣不但克服了分布不均問題，又能使阻燃協(xié)效作用發(fā)揮到最大，而且還可消除單個阻燃劑的某些缺陷。目前已報道的有金屬氫氧化物與聚磷酸銨或磷酸三聚氰胺的結合。例如，李斌在其專利(200510010255.7)中，將金屬氫氧化物與磷酸、三聚氰胺反應制備了陽離子改性的磷酸三聚氰胺鹽；Braterman在其專利(20060219991)中，制備了雙金屬氫氧化物與多磷酸鹽的結合物。這種結合克服了磷-氮系阻燃劑穩(wěn)定性差，在水中的酸性偏高，阻燃性能低的問題。

發(fā)明內容
為了實現(xiàn)高效大規(guī)模利用鋁土礦選礦尾礦的目的，實現(xiàn)工業(yè)廢棄物再利用，本發(fā)明依據(jù)鋁土礦工藝礦物學特征，提供一種將鋁土礦選礦尾礦制備成Al-P-N系復合阻燃劑的方法。
鋁土礦選礦尾礦制備Al-P-N系復合阻燃劑的方法，包括(4)將磷酸、焦磷酸、五氧化二磷與三聚氰胺反應，得到磷酸(焦磷酸)三聚氰胺鹽，三聚氰胺與磷原子的摩爾數(shù)比為0.29～0.68。
(5)將尾礦放入球磨罐中，加水，以200r/m濕法球磨6～8小時，得磨細尾礦。
(6)將泥狀磨細尾礦加入磷酸(焦磷酸)三聚氰胺鹽中，攪拌或研磨混均后，放入干燥箱干燥。尾礦的加入量為磷酸三聚氰胺鹽質量的30％～50％。
(7)干燥產物在反應釜或坩堝中于267℃～310℃聚合4～6小時，得粉末或塊狀復合阻燃劑，將塊狀復合阻燃劑研磨，得復合阻燃劑粉末。
本發(fā)明依據(jù)鋁土礦選礦尾礦工藝礦物學特征，將鋁土礦選礦尾礦與含磷、含氮的物質反應、聚合，制備出兼具阻燃和消煙雙重作用的復合阻燃劑。本發(fā)明實現(xiàn)了工業(yè)廢棄物的利用，制備工藝簡單，環(huán)境友好，易于實現(xiàn)工業(yè)化。制備的復合阻燃劑結構特征為含鋁-磷-氮化學鍵，復合阻燃劑的熱穩(wěn)定性≥260℃。


圖1復合阻燃劑的制備工藝流程圖。
具體實施例方式
實施例1(1)將50g選尾礦放入瓷質球磨罐中，以表1中的工藝參數(shù)進行球磨，得泥狀磨細尾礦；(2)在500ml燒杯中，加入40g磷酸溶液(≥85％)和20g三聚氰胺，用水稀釋至刻度后，邊攪拌邊加熱，直至燒杯中的乳濁液變成透明均一的溶液a；(3)將泥狀磨細尾礦加入溶液a中，加熱攪拌蒸發(fā)溶液，直至變?yōu)槌砗隣睿?4)將蒸發(fā)后的稠糊狀物質攤開在玻璃板上，110℃干燥5h，得干燥物b；(5)將干燥物b移入氧化鋁坩堝中，壓實，蓋蓋，270℃聚合4h，自然冷卻，研磨，得復合阻燃劑粉末。
表1 球磨工藝參數(shù)

實施例2(1)將尾礦放入瓷質球磨罐中，以表1中的工藝參數(shù)進行球磨，得泥狀磨細尾礦；(2)將30g五氧化二磷和20g三聚氰胺球磨1h后加入磨細尾礦中，再以表1的工藝參數(shù)球磨6h，得到的泥狀物質記為a；(3)將泥狀物質a在110℃干燥5h，得干燥物b；(4)將干燥物b移入氧化鋁坩堝中，壓實，蓋蓋，290℃聚合4h，自然冷卻，得復合阻燃劑粉末。
將實施例所獲復合阻燃劑(I)分別加入聚乙烯、聚丙烯體系中，并和未含尾礦的三聚氰胺磷酸鹽(II)比較。采用JF-3型氧指數(shù)測定儀和JCY-1型煙密度測定儀，依據(jù)GB2406-80標準和GB/T8627-1999標準測試的氧指數(shù)和煙密度如表2所示。
表2 復合阻燃劑(I)與阻燃劑三聚氰胺磷酸鹽(II)阻燃性能比較

聚合物中阻燃劑的加入量均為以質量計的26％。
權利要求
1.鋁土礦選礦尾礦制備Al-P-N系復合阻燃劑的方法，其特征在于包括(1)將磷酸、焦磷酸、五氧化二磷與三聚氰胺反應，得到磷酸三聚氰胺鹽，三聚氰胺與磷原子的摩爾數(shù)比為0.29～0.68；(2)將泥狀磨細尾礦加入磷酸三聚氰胺鹽中，攪拌或研磨混均后，干燥；尾礦的加入量為磷酸三聚氰胺鹽質量的30％～50％；(3)干燥產物在反應釜或坩堝中于267℃～310℃聚合4～6小時，得復合阻燃劑。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于所述泥狀磨細尾礦的加工過程為將尾礦放入球磨罐中，加水，以200r/m濕法球磨6～8小時。
全文摘要
鋁土礦選礦尾礦制備Al－P－N系復合阻燃劑的方法。包括采用將磷酸、焦磷酸、五氧化二磷與三聚氰胺反應，得到磷酸三聚氰胺鹽，將磨細后的尾礦加入磷酸三聚氰胺鹽中，攪拌或研磨混均后，干燥，干燥產物在反應釜或坩堝中于267℃～310℃聚合4～6小時，得復合阻燃劑。本發(fā)明依據(jù)鋁土礦選礦尾礦工藝礦物學特征，將鋁土礦選礦尾礦與含磷、含氮的物質反應、聚合，制備出兼具阻燃和消煙雙重作用的復合阻燃劑。本發(fā)明實現(xiàn)了工業(yè)廢棄物的利用，制備工藝簡單，環(huán)境友好，易于實現(xiàn)工業(yè)化。制備的復合阻燃劑結構特征為含鋁—磷—氮化學鍵，復合阻燃劑的熱穩(wěn)定性≥260℃。
文檔編號C09K21/00GK101050369SQ20071003494
公開日2007年10月10日 申請日期2007年5月18日 優(yōu)先權日2007年5月18日
發(fā)明者胡岳華, 盧清華, 楊華明 申請人:中南大學