[发明专利]海泡石纳米阻燃纤维及其制备方法和用其增强增韧的阻燃复合材料

说明书

技术领域

本发明属于海泡石纳米纤维和无卤阻燃复合材料技术领域，具体涉及到一种无机矿物海泡石纳米阻燃纤维及其制备方法和用其增强增韧的阻燃复合材料。

背景技术

目前，聚合物材料虽已广泛应用于各种工业材料、电子电气、电线电缆、汽车部件、包装材料等领域中，但由于大多数聚合物材料都具有易燃性，这就使得其不能应用于对材料有阻燃性要求的场合。

针对这一问题，人们开始对聚合物材料进行了各种阻燃改性，其中最常见的是在其中添加阻燃剂，如添加卤系阻燃剂或大量金属氢氧化物等。但含卤素的添加型阻燃剂，特别是含氯、溴的阻燃剂，虽然应用广泛且阻燃效果好，但是在燃烧时会释放大量烟雾和有毒、带腐蚀性的卤化氢气体，如高浓度的溴化二噁英和其他溴系有毒物质，造成“二次灾害”。现随着人类对环境安全意识的提高，特别是欧盟“绿色指令”(RoHS、WEEE和REACH)的全面实施，已被逐渐摒弃。氢氧化铝、氢氧化镁等虽是一类较为安全的无机阻燃剂，但因添加量需达到组分的50％左右才能起到有效的阻燃作用，而添加量大又要带来许多生产加工上的困难，并导致材料的强度大大降低。即便是近年来在阻燃聚合物中应用越来越广泛的膨胀型阻燃剂，也存在添加量较高，进而也要引起阻燃聚合物力学性能的一定下降而成本大为提高的问题。

作为无机材料之一的海泡石的理论结构式为Si₁₂Mg₈O₃₀(OH)₄(OH₂)₄·8H₂O，在其结构单元中，硅氧四面体和镁氧八面体相互交替，具有链状和层状的过渡型特征，即在链状结构中又含有层状结构，如图1所示。而且海泡石单位晶层中既有类似于碳纳米管的一维纳米纤维结构，又有类似蒙脱土2∶1的层状结构，还具有截面积为0.36nm～1.06nm的管状贯穿通道及高达900m²/g的理论表面积。

如将海泡石用粉碎、超声分散、吸附改性、酸化等物理及化学方法可制备直径为纳米级，长度为微米级的海泡石一维纳米微纤。该纳米海泡石纤维独特的一维结构和化学组成使其不但可对聚合物进行增强改性，而且在高聚物阻燃化的研究中也成为一种潜在的阻燃剂或阻燃协效剂，可促进聚合物材料的燃烧成炭，使炭层的结构更加致 密、稳定，从而在基体树脂表面形成非常有效的隔离保护层，可阻止燃烧进一步进行，减少产烟量，这对火灾过程中的人员逃生和救援有着重要的现实意义。虽然海泡石微纤的密度比传统玻璃纤维的密度低得多，但强度仍然很高，因而采用海泡石微纤对聚合物进行增强改性，在提高力学性能的同时，还可以大大减轻材料的重量。

目前，有关聚合物/海泡石复合材料及其制备方法的报道，如JP昭63-251461，JP平2-86828，JP平2-208357上公开了以海泡石为增强剂的尼龙6复合材料的制备方法，US2006/0205856A1公开了一种原位聚合法制备热塑性聚酯/海泡石纳米复合材料的方法，这些方法虽获得了各种物理性能较好的复合材料，但均未涉及聚合物的阻燃改性。又如US2009/0142585A1公开了一种聚酰胺/海泡石纳米复合材料及制备方法，该方法是利用熔融法将热塑性聚酰胺、未改性海泡石及金属铜化合物等组分进行共混，得到了拉伸强度和断裂伸长率都有一定提高的纳米复合材料。CN1786071A公开的一种含有机海泡石纳米复合材料及其制备方法，则是先将粗海泡石进行有机化处理，然后采用熔融插层聚合物法制备含有机海泡石环氧树脂纳米复合材料，该复合材料的弯曲强度和冲击强度都大幅度提高，从而使该复合材料的玻璃化温度也获得了大幅度提高。

另外，有关聚合物/海泡石阻燃复合材料，CN101368000A公开了一种海泡石基聚合物阻燃材料，该材料是由海泡石、聚磷酸铵、季戊四醇和三聚氰胺等与树脂直接共混获得，其虽然阻燃效果好、产烟量小，但强度和韧性较差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的首要目的是提供一种用双螺环基膨胀型阻燃聚合物进行表面接枝改性的海泡石纳米阻燃纤维，以为阻燃领域提供一种新型的同时具有阻燃和增强作用的海泡石纳米纤维/膨胀阻燃协效体系。

本发明的次要目的是提供一种制备上述的海泡石纳米阻燃纤维的方法。

本发明再一目的是提供一种用上述海泡石纳米阻燃纤维来增强增韧的阻燃复合材料。