一种利用刻蚀技术制备高效镁基阻燃剂的方法

本发明涉及阻燃材料领域，尤其涉及一种利用刻蚀技术制备高效镁基阻燃剂的方法。

背景技术：

1、环氧树脂作为一类重要的热固性高分子材料，具有良好的力学、粘接性能和耐化学腐蚀性，在先进复合材料、电子封装、航空航天等领域占有不可替代的地位。然而，环氧树脂同其他高分子材料一样，其碳氢主链结构使其具有高度易燃的本征特性，燃烧时释放大量热和有毒烟气，对生命和财产安全构成严重威胁。为提升环氧树脂的阻燃性能，目前主要采用添加阻燃剂的方式。其中，添加型阻燃剂因工艺简单、适用面广，相较于合成复杂且成本高昂的本征阻燃聚合物，已成为主流方案。然而，传统含卤阻燃剂正因环境和健康风险而日益受限，因此，开发兼具绿色与高效的新型阻燃剂，已成为该领域亟待解决的核心课题。

2、镁基层状双氢氧化物（ldh）作为一类典型的二维纳米材料，受热分解时可吸收大量热并释放结构水，兼具气相稀释、降温与固相物理屏障构建的双重作用，因而被视为颇具前景的无卤阻燃剂候选。我国盐湖资源丰富，蕴藏着大量镁资源，这为开发镁基ldh阻燃剂提供了得天独厚的原料基础。然而，镁基ldh本征的物理屏障效果在低填充量下难以形成连续致密的保护层，且其催化聚合物交联成炭的能力有限，导致其单独作为阻燃剂时阻燃效率不足，往往需要较高添加量才能达到理想效果。近年来，研究者尝试通过插层改性或表面功能化修饰等手段对镁基ldh进行功能化处理，以期提升其阻燃效率。然而，上述改性策略虽能从元素协同或界面优化等方面提供一定改善，却未能有效解决镁基ldh催化成炭效率低的问题，在较低添加量（低于5 wt%）下仍难以使环氧复合材料通过ul-94垂直燃烧v-0等级测试。因此，如何通过材料结构创新显著提升镁基ldh的催化成炭效率，进而在低添加量下实现高效阻燃，是推动其应用的重要途径之一。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种方法简单、成本低的利用刻蚀技术制备高效镁基阻燃剂的方法。

2、为解决上述问题，本发明所述的一种利用刻蚀技术制备高效镁基阻燃剂的方法，包括以下步骤：

3、s1将铁氰化钾溶解于去co2水中，即得浓度为39.5 g/l的铁氰化钾溶液；随后，将盐溶液和碱液同时滴加至铁氰化钾溶液中，并将混合溶液的ph值控制在10±0.5，滴加完毕继续搅拌20～40 min，全程使用氮气保护；然后，将所得悬浊液a于65～85 ℃陈化12～36h，经抽滤、洗涤和冷冻干燥，即得铁氰酸根插层镁基ldh；

4、s2将所述铁氰酸根插层镁基ldh分散到去离子水中，即得浓度为32 g/l的溶液；随后，在持续搅拌下加入镍盐溶液，滴加完毕后继续搅拌20～40 min；然后，在室温下陈化6～18 h，经抽滤、洗涤和冷冻干燥，即得普鲁士蓝类似物（pbas）插层和表面功能化镁基ldh-pbas；

5、s3将所述镁基ldh-pbas分散到去离子水中，即得浓度为30 g/l的镁基ldh-pbas溶液；随后，在持续搅拌下加入二乙烯三胺五甲叉磷酸（dtpmp）溶液，并将混合液ph值控制在6±0.5；然后，将所得悬浊液b于55～75 ℃刻蚀12～24 h，经抽滤、洗涤和冷冻干燥，即得高效镁基阻燃剂。

6、所述步骤s1中盐溶液是指镁盐和铝盐的混合水溶液；所述镁盐为氯化镁或硝酸镁；所述铝盐为氯化铝或硝酸铝，且铝盐的物质的量浓度为0.10～0.15 mol/l，镁盐与铝盐的物质的量浓度比值为2：1；所述铁氰化钾与所述铝盐的物质的量比值为1：1。

7、所述步骤s1中碱液是指浓度为0.6～0.8 mol/l的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

8、所述步骤s2中镍盐溶液的浓度为20～32 g/l，该溶液中的镍盐为硝酸镍或氯化镍，且镍盐与铁氰酸根插层镁基ldh的质量比为1：1～2。

9、所述步骤s3中二乙烯三胺五甲叉磷酸（dtpmp）溶液的浓度为50～75 g/l，该溶液中的二乙烯三胺五甲叉磷酸（dtpmp）与镁基ldh-pbas的质量比为1：2～3。

10、本发明与现有技术相比具有以下优点：

11、1、本发明通过普鲁士蓝类似物（pbas）插层改性结合表面功能化处理镁基层状双氢氧化物（ldh），在镁基ldh的层间和表面同时引入过渡金属离子，从而在燃烧过程中有效促进聚合物基体的催化交联成炭反应。该策略充分利用了pbas中丰富的过渡金属催化活性中心，显著提升了镁基ldh的催化成炭能力，使得复合材料在热解和燃烧初期能够快速构建起具有良好热稳定性和结构完整性的保护性炭层，为后续阻燃效果的发挥奠定了基础。

12、2、本发明利用二乙烯三胺五甲叉磷酸（dtpmp）对插层和表面功能化后的镁基ldh-pbas复合阻燃剂进行刻蚀处理。dtpmp作为一种多齿配体，能够选择性去除pbas结构中部分不稳定的金属-配体配位键，在保持其框架结构完整性的同时，有效增加催化活性位点的暴露程度。刻蚀后的阻燃剂在燃烧过程中能够提供更多的催化活性中心，进一步加速聚合物基体的交联成炭反应，从而在较低添加量下即可使环氧复合材料通过ul-94垂直燃烧v-0等级。

13、3、本发明方法简单、成本低、易于实施。

1.一种利用刻蚀技术制备高效镁基阻燃剂的方法，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种利用刻蚀技术制备高效镁基阻燃剂的方法，其特征在于：所述步骤s1中盐溶液是指镁盐和铝盐的混合水溶液；所述镁盐为氯化镁或硝酸镁；所述铝盐为氯化铝或硝酸铝，且铝盐的物质的量浓度为0.10～0.15 mol/l，镁盐与铝盐的物质的量浓度比值为2：1；所述铁氰化钾与所述铝盐的物质的量比值为1：1。

3.如权利要求1所述的一种利用刻蚀技术制备高效镁基阻燃剂的方法，其特征在于：所述步骤s1中碱液是指浓度为0.6～0.8 mol/l的氢氧化钠溶液或氢氧化钾溶液。

4.如权利要求1所述的一种利用刻蚀技术制备高效镁基阻燃剂的方法，其特征在于：所述步骤s2中镍盐溶液的浓度为20～32 g/l，该溶液中的镍盐为硝酸镍或氯化镍，且镍盐与铁氰酸根插层镁基ldh的质量比为1：1～2。

5.如权利要求1所述的一种利用刻蚀技术制备高效镁基阻燃剂的方法，其特征在于：所述步骤s3中二乙烯三胺五甲叉磷酸溶液的浓度为50～75 g/l，该溶液中的二乙烯三胺五甲叉磷酸与镁基ldh-pbas的质量比为1：2～3。