专利摘要

专利摘要

本发明属于杂化材料制备技术领域，具体公开一种冰糖葫芦型羟基锡酸锌‑钛酸纳米管纳米杂化材料及其制备方法和应用。钛酸纳米管为轴，羟基锡酸锌纳米颗粒为球。S1、将钛酸钠纳米管超声分散到1#水中，然后加酸调节体系pH至1~3，并超声反应0.1~5h；S2、超声反应结束后过滤、洗涤，将洗涤后所得产物重新分散到2#水中，得到分散液1；S3、将锡酸盐和锌盐加到3#水中，并在0~10℃下超声分散0.1~2h，得到分散液2；S4、将分散液1和分散液2混合，并在0~10℃下反应0.1~5h；S5、将S4所得的溶液过滤，得到滤饼，洗涤、干燥后，即得。本发明所述冰糖葫芦型羟基锡酸锌‑钛酸纳米管纳米杂化材料作为阻燃剂的应用，其具有良好的阻燃性能。

权利要求

1.一种冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料，其特征在于：钛酸纳米管为轴，羟基锡酸锌纳米颗粒为球。

2.一种制备如权利要求1所述冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将钛酸钠纳米管超声分散到1#水中，然后加酸调节体系pH至1~3，并超声反应0.1~5h；

S2、超声反应结束后过滤、洗涤，将所得钛酸纳米管分散到2#水中，得到分散液1；

S3、将锡酸盐和锌盐加到3#水中，并在0~10℃下超声分散0.1~2h，得到分散液2；

S4、将分散液1和分散液2混合，并在0~10℃下反应0.1~5h；

S5、将S4所得的溶液过滤，得到滤饼，洗涤、干燥后，即得冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：按质量-体积-摩尔比计，各原料的用量配比为钛酸钠纳米管∶1#水∶2#水∶锡酸盐：锌盐∶3#水=0.75~3g∶100~200mL∶10~30mL∶0.009~0.011moL∶0.009~0.011moL∶100~200mL。

4.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：酸为盐酸、硝酸或硫酸。

5.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于：锡酸盐为锡酸钠、锡酸钾或其组合；锌盐为硫酸锌、硝酸锌、氯化锌或其组合。

6.如权利要求1所述的冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料作为阻燃剂的应用。

说明书

技术领域

本发明属于杂化材料制备技术领域，具体涉及一种冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料及其制备方法和应用。

背景技术

高分子材料具有制备简单、原料丰富、性能优良等优点，已被大规模地运用到了人们日常的生产和生活中。但由于一般的高分子材料都以C、H元素为主，所以大多数的高分子材料都有可燃性的缺点，这会严重威胁人们的财产、生命安全。向高分子材料中加入阻燃剂，提高其火灾安全性能，是一种有效的方法。但是，传统的有机卤阻燃剂燃烧后释放有毒有害气体，危害环境和人体健康，其应用受到限制，已经逐渐退出市场。绿色环保型阻燃剂受到人们广泛关注。近年来，研究发现，羟基锡酸锌在含氯聚合物中可以迅速脱氯化氢使聚合物成碳，并吸附氢氧自由基，显示出良好的阻燃和抑烟性能。钛酸纳米管利用其对聚合物的催化成碳作用也显示出了良好的阻燃性能。但是，单独使用羟基锡酸锌或者钛酸纳米管仍需要较大的添加量才能到达良好的阻燃性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料及其制备方法和应用。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料，钛酸纳米管为轴，羟基锡酸锌纳米颗粒为球。

制备方法，包括以下步骤：

S1、将钛酸钠纳米管超声分散到1#水中，然后加酸调节体系pH至1~3，并超声反应0.1~5h；

S2、超声反应结束后过滤、洗涤，将洗涤后所得产物重新分散到2#水中，得到分散液1；

S3、将锡酸盐和锌盐加到3#水中，并在0~10℃下超声分散0.1~2h，得到分散液2；

S4、将分散液1和分散液2混合，并在0~10℃下反应0.1~5h；

S5、将S4所得的溶液过滤，得到滤饼，洗涤、干燥后，即得冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料。

较好地，按质量-体积-摩尔比计，各原料的用量配比为钛酸钠纳米管∶1#水∶2#水∶锡酸盐：锌盐∶3#水=0.75~3g∶100~200mL∶10~30mL∶0.009~0.011moL∶0.009~0.011moL∶100~200mL。

较好地，酸为盐酸、硝酸或硫酸。

较好地，锡酸盐为锡酸钠、锡酸钾或其组合；锌盐为硫酸锌、硝酸锌、氯化锌或其组合。

所述冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料作为阻燃剂的应用。

有益效果：本发明利用纳米技术，将羟基锡酸锌和钛酸纳米管相结合，形成一种冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料，利用二者的优势可以获得良好的阻燃性能。除此之外，本发明提供的制备方法具有步骤简单、原料廉价易得、反应条件温和等特点，其产率高、生产成本低，适合大规模工业化生产。

附图说明

图1：实施例1所得ZHS-TNT的X射线粉末衍射图（a）、x射线光电子能谱图（b）、拉曼光谱图（c）、透射电子显微镜照片（d）和结构形成机理示意图（e）。

图2：极限氧指数LOI数据柱状图：a--不同添加量条件下，实施例1所得ZHS-TNT加入聚氯乙烯（PVC）后的极限氧指数数据柱状图；b--相同添加量（2.5 wt.%）条件下，ZHS、TNT、ZHS+TNT（相同条件下制得的ZHS和TNT的混合物）以及ZHS-TNT加入聚氯乙烯（PVC）后的极限氧指数数据柱状图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

S1、将1.5 g钛酸钠纳米管分散到150 mL水中并超声，然后加入0.5mol/L的盐酸调节体系pH=1.6，并超声反应3 h；

S2、超声反应结束后过滤、洗涤，得到钛酸纳米管，将其全部重新分散到20 mL水中，得到分散液1；

S3、将0.01 mol锡酸钠和0.01 mol硫酸锌分散到150 mL水中，并在5℃条件下反应0.5 h，得到分散液2；

S4、将上述所得分散液1和分散液2混合，并在5℃条件下反应3 h；

S5、将S4所得的溶液过滤后得到滤饼，洗涤、干燥后，即得冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料（ZHS-TNT）。

图1是实施例1所得ZHS-TNT的X射线粉末衍射图（a）、x射线光电子能谱图（b）、拉曼光谱图（c）、透射电子显微镜照片（d）和结构形成机理示意图（e）。从X射线粉末衍射图1a可以看出，在所选择的制备条件下，所制备的纳米杂化材料同时具有羟基锡酸锌（ZHS）和钛酸纳米管（TNT）的衍射峰，说明二者形成了复合结构；从x射线光电子能谱图1b可以看出，在所选择的制备条件下，所制备的纳米杂化材料除了TNT的峰，还出现了ZHS的峰，进一步说明二者形成了复合结构；从拉曼光谱图1c可以看出，在所选择的制备条件下，所制备的纳米杂化材料同时具有羟基锡酸锌（ZHS）和钛酸纳米管（TNT）的衍射峰，也证实二者形成了复合结构；从透射电子显微镜照片1d可以看出，在所选择的制备条件下，所制备的纳米杂化材料形成了冰糖葫芦型纳米杂化材料；图1e是其结构形成机理图，钛酸钠纳米管（NaTA）在低pH值条件下，通过离子交换形成钛酸纳米管（TNT），并且形成一定的缺陷，在缺陷位置逐渐形成羟基锡酸锌（ZHS），最后形成冰糖葫芦型结构。

以PVC、填料、阻燃剂为原料，制备样板：将PVC、填料和阻燃剂均匀混合，在双辊开炼机上100 ℃混炼10 min，转移至橡胶平板硫化仪，温度控制170 ℃，先常压预热1 min，随后加压至23 MPa，硫化5 min，冷却，待温度冷却至室温，从硫化仪中取出，即得样板；其中以重量百分比总和为100wt.%计，称取原料：阻燃剂为0~2.5%、余量为PVC和填料的混合物；所述填料为邻苯二甲酸二辛酯、硬脂酸、硬脂酸钙和硬脂酸铅；PVC和填料的混合物中，以重量比计，PVC∶邻苯二甲酸二辛酯∶硬脂酸∶硬脂酸钙∶硬脂酸铅=68.8∶27.5∶0.6∶0.3∶0.3。参照GB/T 2406-1993，将所得样板制样（自撑材料，型式IV，样品尺寸100 mm× 6.5mm × 3 mm）并测试极限氧指数LOI。

图2是极限氧指数LOI数据柱状图：a--不同添加量条件下，阻燃剂实施例1所得ZHS-TNT加入聚氯乙烯（PVC）后的极限氧指数数据柱状图；b--相同添加量（2.5 wt.%）条件下，阻燃剂ZHS、TNT、ZHS+TNT以及ZHS-TNT加入聚氯乙烯（PVC）后的极限氧指数数据柱状图；其中的“Pure PVC”代表纯的PVC，即阻燃剂的添加量为0 wt.%；PVC-0.5”代表ZHS-TNT的添加量为0.5 wt.%，其它类推；ZHS+TNT为与实施例1相同条件下制得的ZHS和TNT的混合物，即将S2所得分散液1过滤、干燥，得TNT，将S3所得分散液2过滤、干燥，得ZHS，最后再将两者经简单混合即可。从图上可以看出，纯的PVC的氧指数为25.8，随着纳米杂化材料添加量的增加氧指数随之增大，添加量为2.5 wt.%时，氧指数达到29.6，表明所制备的纳米杂化材料具有良好的阻燃性能。同时，在相同添加量（2.5 wt.%）条件下，所制备的纳米杂化材料的氧指数比ZHS、TNT、ZHS+TNT高，说明这种特殊的结构对其阻燃性能提高具有重要作用。

将依据上述样板制备方法所得的“纯的PVC、ZHS/PVC、ZHS-TNT/PVC ZHS”样板，依据标准ISO 5660 测试锥形量热，数据见表1，其中“Pure PVC”代表纯的PVC，即阻燃剂的添加量为0 wt.%，“ZHS/PVC”代表添加的阻燃剂是ZHS，“ZHS-TNT/PVC” 代表添加的阻燃剂是ZHS-TNT，且阻燃剂ZHS或ZHS-TNT的添加量均为2.5 wt.%。从表1中数据可以看出：所制备的冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料，相对于纯的PVC和添加ZHS的PVC，其热释放速率峰值（pHRR）、总热释放量（THR）、总烟释放量（TSR）等值均是最低，表明其对PVC有明显的阻燃和抑烟性能。

实施例2

S1、将1.5 g钛酸钠纳米管分散到100 mL水中并超声，然后加入0.5mol/L的硝酸调节体系pH=1.0，并超声反应1 h；

S2、超声反应结束后过滤、洗涤，得到钛酸纳米管，将其全部重新分散到10 mL水中，得到分散液1；

S3、将0.01 mol锡酸钾和0.009mol硝酸锌分散到200 mL水中，并在0℃条件下反应2 h，得到分散液2；

S4、将上述所得分散液1和分散液2混合，并在0℃条件下反应5 h；

S5、将S4所得的溶液过滤后得到滤饼，洗涤、干燥后，即得冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料。

实施例3

S1、将3 g钛酸钠纳米管分散到200 mL水中并超声，然后加入0.5mol/L的硫酸调节体系pH=3，并超声反应0.1 h；

S2、超声反应结束后过滤、洗涤，得到钛酸纳米管，将其全部重新分散到30 mL水中，得到分散液1；

S3、将0.01 mol锡酸钠和0.011 mol硫酸锌分散到100 mL水中，并在10℃条件下反应0.1 h，得到分散液2；

S4、将上述所得分散液1和分散液2混合，并在10℃条件下反应0.1 h；

S5、将S4所得的溶液过滤后得到滤饼，洗涤、干燥后，即得冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料。

实施例4

S1、将0.75 g钛酸钠纳米管分散到150 mL水中并超声，然后加入0.5mol/L的盐酸调节体系pH=1.5，并超声反应3 h；

S2、超声反应结束后过滤、洗涤，得到钛酸纳米管，将其全部重新分散到20 mL水中，得到分散液1；

S3、将0.01 mol锡酸钠和0.01 mol氯化锌锌分散到150 mL水中，并在5℃条件下反应1 h，得到分散液2；

S4、将上述所得分散液1和分散液2混合，并在5℃条件下反应2 h；

S5、将S4所得的溶液过滤后得到滤饼，洗涤、干燥后，即得冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料。

一种冰糖葫芦型羟基锡酸锌-钛酸纳米管纳米杂化材料及其制备方法和应用专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。