本发明专利技术涉及水凝胶材料技术领域，且公开了一种阻燃性β‑环糊精改性聚丙烯基‑纤维素水凝胶，包括以下配方原料及组分：纤维素纳米晶、甲基丙烯酸、丙烯酸、β‑环糊精基阻燃剂、改性碳纳米管、丙烯酰胺、交联剂、引发剂。该一种阻燃性β‑环糊精改性聚丙烯基‑纤维素水凝胶，β‑环糊精、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺与马来酸酐接枝碳纳米管，形成聚合物，与纤维素纳米晶交联形成水凝胶材料，β‑环糊精包覆苯二酚双(二苯基)磷酸酯，当水凝胶材料高温燃烧时，分解产生的磷化物具有很强的脱水性，β‑环糊精在在惰性气氛下很容易成炭化，碳纳米管在高温下会形成致密的碳层，增强了水凝胶材料的成炭率，抑制热量的传导和氧气的渗透。
【技术实现步骤摘要】
一种阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶及其制法
本专利技术涉及水凝胶材料
，具体为一种阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶及其制法。
技术介绍
水凝胶是可以在水中快速吸水溶胀，并且在溶胀状态可以保持大量体积的水而不分解，是一种极为亲水的三维网络结构凝胶，内部存在交联网络，水凝胶可以吸收和保有大量的水，水的吸收量与交联度有关，交联度越高，吸水量越低，凝胶的聚集态既不是完全的固体，也不是完全的液体，其固体状态可以在维持一定的形状与体积而不形变，液体状态是溶质可以从水凝胶中扩散或渗透。水凝胶材料可以分为合成高分子水凝胶和天然高分子水凝胶，天然高分子如多糖类淀粉、纤维素和多肽类聚L-谷胺酸等，具有很好的生物相容性、环境敏感性以及来源丰富、价格低廉，但是天然高分子水凝胶材料的稳定性较差，机械性能不高，容易降解，如何将天然高分子材料和合成高分子材料形成复合材料成为研究热点，水凝胶作为一种高吸水高保水材料，可以作为抗旱剂、面膜、结露防止剂、抑尘剂等材料，具有广阔的应用前景，但是目前的无论是天然高分子水凝胶材料，或是合成高分子水凝胶材料的阻燃性能很差，限制了水凝胶材料的实用性和适用范围。(一)解决的技术问题针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶及其制法，解决了水凝胶材料的阻燃性能很差的问题。(二)技术方案为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶，包括以下按重量份数计的配方原料及组分：10-46份纤维素纳米晶、8-12份甲基丙烯酸、10-16份丙烯酸、8-14份β-环糊精基阻燃剂、2-6份改性碳纳米管、14-20份丙烯酰胺、2-4份交联剂、10-18份引发剂。优选的，所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。优选的，所述引发剂为过硫酸胺。优选的，所述β-环糊精基阻燃剂制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺加入间苯二酚双(二苯基)磷酸酯，将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至50-70℃搅拌溶解后，加入β-环糊精升温至60-90℃，匀速搅拌2-4h，静置陈化6-10h，将溶液冷却至室温，离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到β-环糊精包覆苯二酚双(二苯基)磷酸酯的β-环糊精基阻燃剂。优选的，所述间苯二酚双(二苯基)磷酸酯和β-环糊精的质量比为2.5-5:1。优选的，所述改性碳纳米管制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入丙酮溶剂和羟基化碳纳米管，将反应瓶置于恒温超声处理仪中，进行超声分散处理20-40min，加热硫酸调节溶pH至2-4，再加入马来酸酐和催化剂对甲基苯磺酸钠，将溶液转移进高压水热反应釜，并置于烘箱中加热至120-160℃，反应10-18h，将溶液冷却至室温，减压浓缩除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到马来酸酐接枝的改性碳纳米管。优选的，所述羟基化碳纳米管、马来酸酐和对甲基苯磺酸钠的质量比为1:6-10:0.2-0.5。优选的，所述恒温超声处理仪包括水槽、水槽内部固定连接有加热圈、水槽上方与顶盖活动连接、顶盖表面设置有调节圈、调节圈设置有调节扇片、调节扇片固定连接有调节器、水槽下方固定连接有出水管、出水管一端与水阀活动连接、水槽外壁设置有保温内胆、保温内胆外层与真空保温内层固定连接，真空保温内层外部固定连接有保温外胆。优选的，所述阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入蒸馏水溶剂、10-46份纤维素纳米晶和2-6份改性碳纳米管，将反应瓶置于恒温超声处理仪中，在40-80℃进行超声分散处理30-60min，超声频率为20-30KHz，向反应瓶中加入8-12份甲基丙烯酸、10-16份丙烯酸、8-14份β-环糊精基阻燃剂、14-20份丙烯酰胺、2-4份交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺和，10-18份引发剂过硫酸钾，将反应瓶中置于恒温水浴锅中加热至50-70℃，匀速搅拌反应6-12h，将溶液真空干燥除去溶剂，固体产物置于透析袋中，加入蒸馏水进行透析除杂过程，制备得到阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶。(三)有益的技术效果与现有技术相比，本专利技术具备以下有益的技术效果：该一种阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶，使用马来酸酐与羟基化碳纳米管，提高开环酯化反应，成功使马来酸酐接枝碳纳米管，使用过硫酸钾为引发剂，N,N-亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，使β-环糊精、丙烯酸、甲基丙烯酸、丙烯酰胺与马来酸酐接枝碳纳米管中的烯基，通过自由基聚合反应形成高分子聚合物，再与纤维素纳米晶交联形成水凝胶材料，马来酸酐的接枝作用，很好地改善了碳纳米管在聚合物水凝胶中的分散性和相容性，避免了碳纳米管在水凝胶中分散不均匀，而影响水凝胶材料的机械性能。该一种阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶，β-环糊精具有三维立体结构，可以很好的将磷酸酯阻燃剂苯二酚双(二苯基)磷酸酯，包覆到β-环糊精的空腔内形成复合材料，当水凝胶材料高温燃烧时，β-环糊精包覆苯二酚双(二苯基)磷酸酯受热分解，产生的磷化物具有很强的脱水性，促进材料的炭化，同时β-环糊精在在惰性气氛下很容易成炭化，并且碳纳米管在高温下，也会形成致密的碳层，在协同作用下大幅增强了水凝胶材料的成炭率，致密的碳层会抑制热量的传导和氧气的渗透，从而阻碍了材料的燃烧过程，赋予了水凝胶材料优异的阻燃性能。附图说明图1是超声分散仪保温结构正面示意图；图2是顶盖调节圈结构示意图。1、水槽；2、加热圈；3、顶盖；4、调节圈；5、调节器；6、出水管；7、水阀；8、保温内胆；9、真空保温内；10、保温外胆；11、调节扇片。具体实施方式为实现上述目的，本专利技术提供如下具体实施方式和实施例：一种阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶，包括以下按重量份数计的配方原料及组分：10-46份纤维素纳米晶、8-12份甲基丙烯酸、10-16份丙烯酸、8-14份β-环糊精基阻燃剂、2-6份改性碳纳米管、14-20份丙烯酰胺、2-4份交联剂、10-18份引发剂，交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺，引发剂为过硫酸胺。β-环糊精基阻燃剂制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入N,N-二甲基甲酰胺加入间苯二酚双(二苯基)磷酸酯，将反应瓶置于恒温水浴锅中加热至50-70℃搅拌溶解后，加入β-环糊精升温至60-90℃，其中间苯二酚双(二苯基)磷酸酯和β-环糊精的质量比为2.5-5:1，匀速搅拌2-4h，静置陈化6-10h，将溶液冷却至室温，离心分离除去溶剂，使用蒸馏水和乙醇洗涤固体产物，并充分干燥，制备得到β-环糊精包覆苯二酚双(二苯基)磷酸酯的β-环糊精基阻燃剂。改性碳纳米管制备方法包括以下步骤：(1)向反应瓶中加入丙酮溶剂和羟基化碳纳米管，将反应瓶置于恒温超声处理仪中，恒温超声处理仪包括水槽、水槽内部固定连接有本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶，包括以下按重量份数计的配方原料及组分，其特征在于：10-46份纤维素纳米晶、8-12份甲基丙烯酸、10-16份丙烯酸、8-14份β-环糊精基阻燃剂、2-6份改性碳纳米管、14-20份丙烯酰胺、2-4份交联剂、10-18份引发剂。/n
【技术特征摘要】
1.一种阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶，包括以下按重量份数计的配方原料及组分，其特征在于：10-46份纤维素纳米晶、8-12份甲基丙烯酸、10-16份丙烯酸、8-14份β-环糊精基阻燃剂、2-6份改性碳纳米管、14-20份丙烯酰胺、2-4份交联剂、10-18份引发剂。
2.根据权利要求1所述的一种阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶，其特征在于：所述交联剂为N,N-亚甲基双丙烯酰胺。
3.根据权利要求1所述的一种阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶，其特征在于：所述引发剂为过硫酸胺。
4.根据权利要求1所述的一种阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶，其特征在于：所述β-环糊精基阻燃剂制备方法包括以下步骤：
(1)向N,N-二甲基甲酰胺中加入间苯二酚双(二苯基)磷酸酯，将溶液加热至50-70℃搅拌溶解后，加入β-环糊精升温至60-90℃，匀速搅拌2-4h，静置陈化6-10h，将溶液除去溶剂，洗涤固体产物并干燥，制备得到β-环糊精包覆苯二酚双(二苯基)磷酸酯的β-环糊精基阻燃剂。
5.根据权利要求4所述的一种阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶，其特征在于：所述间苯二酚双(二苯基)磷酸酯和β-环糊精的质量比为2.5-5:1。
6.根据权利要求1所述的一种阻燃性β-环糊精改性聚丙烯基-纤维素水凝胶，其特征在于：所述改性碳纳米管制备方法包括以下步骤：
(1)向丙酮溶剂中加入羟基化碳纳米管，将溶液进行超声分散处理20-40min，加热硫酸调节溶p...
【专利技术属性】
技术研发人员：许东，
申请(专利权)人：新昌县品宏科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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