[发明专利]一种复合磷烯阻燃剂、阻燃高分子复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种复合磷烯阻燃剂、阻燃高分子复合材料及其制备方法。所述复合磷烯阻燃剂是在惰性气体保护下，将黑磷粉末和六方氮化硼分别制成混合液，再以外场作用力处理后经离心分离制得的纳米黑磷和纳米氮化硼组成。所述阻燃高分子复合材料是在在高分子基体材料中加入上述复合磷烯阻燃剂制得。本发明的有益效果是：复合磷烯阻燃剂中的纳米黑磷和纳米氮化硼尺寸小，可均匀分散于高分子基体材料中；所得阻燃高分子复合材料无毒、无卤，阻燃效果好，性能稳定，便于实际应用，符合当前阻燃剂绿色环保的发展要求与趋势。

技术领域

本发明属于阻燃材料领域，具体是一种复合磷烯阻燃剂、阻燃高分子复合材料及其制备方法。

背景技术

高分子材料阻燃是高分子材料应用加工的重要组成部分。经过添加阻燃剂加工后的高分子材料，在受到外界火源攻击时，能够有效地阻止、延缓或终止火焰的传播。磷系阻燃剂阻燃性能优良，是最具发展前景的一类阻燃剂。磷系阻燃剂在燃烧过程中可通过凝聚相和气相阻燃，一方面通过凝聚相生成的难燃物阻隔火焰的延续，另一方面通过产生的自由基抑制剂，使燃烧链式反应中断，达到阻燃的目的。

黑磷是一种新型的磷系阻燃剂，具有层状结构，层与层之间通过范德华力相连接。采用外加作用力可将黑磷的层与层剥离开来，形成纳米尺寸结构，即纳米黑磷。纳米黑磷具有独特的物理化学特性和较小的尺寸，能够均匀分散于高分子材料中，可以较少的添加量达到较好的阻燃效果。然而，单一上述阻燃剂往往不能达到最佳的阻燃效果，使得复合阻燃剂成为阻燃材料的发展趋势。复合材料阻燃剂通常能降低单一阻燃剂的添加量，提高材料的阻燃效率。但现有复合材料阻燃剂一般为各种阻燃剂简单的叠加，无法发挥各组分组成协同增效的效果。

发明内容

本发明目的是针对以上现有技术的不足，提供一种阻燃效果好、性能稳定的复合磷烯阻燃剂。

本发明第二目的是提供所述复合磷烯阻燃剂的制备方法。

本发明的第三目的是提供一种阻燃效果好、性能稳定的磷烯阻燃高分子复合材料。

本发明的第四目的是提供所述磷烯阻燃高分子复合材料的制备方法。

本发明所述目的是通过以下技术方案实现的：一种复合磷烯阻燃剂，由纳米黑磷和纳米氮化硼组成，所述纳米黑磷与所述纳米氮化硼的质量比为0.1-10:1。

所述纳米黑磷和纳米氮化硼为单层或少层片状结构，厚度为0.2-100nm，横向尺寸为0.5-500nm，优选的，厚度为1-50nm，横向尺寸为10-100nm。

一种复合磷烯阻燃剂的制备方法，其包括的步骤如下：

(1)将黑磷粉末置于容器中，加入分散剂，以惰性气体(氩气或氮气)排走空气，外加作用力剥离黑磷与分散剂的混合液得到分散液，离心分离分散液，收集上层分散液得到纳米黑磷分散液；

(2)将六方氮化硼(h-BN)粉末置于容器中，加入分散剂，以惰性气体(氩气或氮气)排走空气，以外加作用力剥离六方氮化硼与分散剂的混合液得到分散液，离心分离分散液，收集上层分散液得到纳米氮化硼分散液。

所述分散剂可以是水或者乙醇等，黑磷粉末或者六方氮化硼与分散剂的质量体积比为1-20mg:1mL。

所述纳米黑磷分散液和纳米氮化硼分散液可经过干燥，制成粉末使用。

所述外加作用力为超声波、高压均质或其他二维材料剥离方法的一种或几种。其中，超声波处理的震荡频率为20-100kHz，功率为50-1000W，温度控制在10-35℃，震荡时间为1-24h；高压均质处理是在压力为1-100MPa下循环处理10-50次。

优选的，超声波震荡处理的震荡频率为40-60kHz，功率为100-800W，温度控制在15-25℃，震荡时间为5-18h；高压均质处理是在压力为10-60MPa下循环处理20-40次，具有更高的二维材料剥离效率。