[发明专利]一种阻燃纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于阻燃纳米复合材料技术领域，具体涉及一种阻燃纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

纳米复合材料是近年来材料科学中发展十分迅速的新领域。一般来说，它是指分散相尺寸至少有一维小于100nm的复合材料。纳米复合材料的特殊功能主要来源于粒子的小尺寸效应和众多的界面复合效应，只要用少量的纳米颗粒通过熔融混合或原位聚合的方式加到聚合物中，它就可以极大改善该聚合物的机械性能、阻隔性能以及阻燃性能，并且可以获得比常规填料增强的聚合物材料高得多的耐热性、尺寸稳定性和导电性。

聚丙烯因其具有良好的加工性能和物理、化学性能而广泛应用于汽车内外饰件和电子、家电产品的外壳等，是目前增长速度最快的通用热塑性塑料。但聚丙烯属于碳氢类材料，其氧指数仅在17.4-18.5％，易燃且燃烧速度快，并在燃烧中产生大量熔滴，极易传播火焰，给人们的生产生活带来诸多隐患。为了克服这一缺点，人们往往在聚丙烯中添加各种阻燃剂。目前市场上的阻燃聚丙烯复合材料仍大量采用卤/锑阻燃体系，此类材料燃烧时会产生大量有毒烟雾，不仅造成仪器设备的腐蚀，还会阻碍救援人员及受灾人员的转移。除此之外，无机阻燃剂如氢氧化铝、氢氧化镁等也被大量应用，尽管此类阻燃剂无毒环保，但其添加量过大，影响了材料的力学性能。因此，急需研究一种阻燃纳米复合材料，其在不破坏聚丙烯力学性能的前提下可有效解决聚丙烯的阻燃效果。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种阻燃纳米复合材料及其制备方法，可有效解决现有技术中所用的阻燃添加剂添加量大，会影响复合材料的力学性能，同时制成的复合材料燃烧后会产生大量有毒烟雾，阻燃效果差，环境不友好的问题。

为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种阻燃纳米复合材料，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂80-100份、复配型纳米阻燃剂1-4份、纳米滑石粉5-15份、阻燃协效剂0.5-1.5份、抗滴落剂0.1-0.5份、相容剂1-4份、抗氧剂0.1-0.5份和增强剂0.5-1.5份；

复配型纳米阻燃剂包括以下重量份的组分：改性纳米蒙脱土10-20份、纳米氢氧化铝8-15份、纳米三聚磷酸铝2-6份和纳米氢氧化镁1-5份。

进一步地，一种阻燃纳米复合材料，包括以下重量份的组分：聚丙烯树脂100份、复配型纳米阻燃剂3份、纳米滑石粉12份、阻燃协效剂1.0份、抗滴落剂0.3份、相容剂3份、抗氧剂0.3份和增强剂1.2份。

进一步地，复配型纳米阻燃剂包括以下重量份的组分：改性纳米蒙脱土15份、纳米氢氧化铝10份、纳米三聚磷酸铝4份和纳米氢氧化镁2份。

进一步地，改性纳米蒙脱土通过以下方法制备得到：将蒙脱土加入80-90℃水中，超声分散0.5-1h，制得浓度为5-10wt％的蒙脱土分散液，然后加入插层剂和质子化剂，控制温度为80-90℃，继续超声分散0.5-1h，然后过滤，得第一沉淀，将第一沉淀置于烧杯中，加入80-90℃水，搅拌0.5-1h，过滤，得第二沉淀，将第二沉淀置于烧杯中，加入80-90℃水，搅拌0.5-1h，过滤，得第三沉淀，将第三沉淀置于烧杯中，加入80-90℃水，搅拌0.5-1h，过滤，过滤后的物料经真空干燥后粉碎至物料粒径为300-400目，制得；其中，插层剂为十六烷基溴化铵、十六烷基三甲基溴化铵、十八烷基溴化铵、二甲基十八烷基溴化铵、二甲基苯乙基十二烷基氯化铵和甲基丙烯酰氧乙基-苄基-二甲基氯化铵中的一种或几种混合；质子化剂为硫酸、盐酸、磷酸、间苯二酸和邻苯二酸中的一种或几种混合；蒙脱土、插层剂和质子化剂的重量比为10-30:10-30:0.4-0.6。

进一步地，纳米氢氧化铝粒径为20-50nm，纳米三聚磷酸铝粒径为20-40nm。

进一步地，阻燃协效剂为氧化钼、氧化锌、对甲基磺酸钠、新戊二醇磷酸酯三聚氰胺、三(新戊二醇磷酸酯-磷-亚甲基)胺和聚磷酸铵中的一种或几种混合。

进一步地，纳米滑石粉的粒径为60-80nm；抗滴落剂为粒径在20-40nm之间的聚四氟乙烯粒子。

进一步地，相容剂为马来酸酐接枝聚丙烯；抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂1024和抗氧剂300中的一种或几种混合。

进一步地，增强剂为改性碳纳米管，改性碳纳米管通过以下方法制备得到：将碳纳米管经浓硫酸和浓硝酸羧基化处理后得到羧基化碳纳米管，将羧基化碳纳米管和十二烷基苯磺酸钠混合，研磨，然后加入去离子水，超声分散2-3h，离心，将离心产物用去离子水清洗3-5次，然后真空干燥24-48h，制得。