可流动的多元素协同的纳米阻燃剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种可流动的多元素协同的纳米阻燃剂及其制备方法和应用，本发明专利技术通过将磷改性硅烷季铵盐以及磷改性氨基硅烷共同接枝的无机纳米粒子与聚醚硫酸盐反应，经去离子水洗、干燥去除溶剂制得可流动的多元素协同的纳米阻燃剂。与一般无机纳米粒子阻燃剂相比，本发明专利技术所制备的纳米阻燃剂不需要溶剂分散，即可表现出室温可流动性，添加该制备的纳米阻燃剂能够提高高分子聚合物如聚碳酸酯、聚氯乙烯、尼龙等的熔体流动性和降低聚合物的加工温度，且具有单分散性，能够在聚合物中高度的均匀分散，显著提升聚合物的机械性能。本发明专利技术的纳米阻燃剂能够同时赋予聚合物优异的阻燃效率、易加工性能以及高力学性能，具有非常广阔的应用前景。前景。前景。

【技术实现步骤摘要】
可流动的多元素协同的纳米阻燃剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及阻燃
，具体的讲是一种可流动的多元素协同的纳米阻燃剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着科学技术的发展，有机高分子材料已然成为是国民经济建设的各个领域内不可或缺的基础性材料。然而绝大多数有机高分子材料是由碳、氢元素组成，非常易燃，容易发生火灾，对生命和财产安全造成了巨大的威胁。因此，对这些有机高分子材料进行阻燃改性以提高其耐火性能，是非常有必要的。
[0003]二氧化硅、石墨烯、碳纳米管等无机纳米粒子不仅能够改善聚合基材的力学性能，还能提升聚合物的热性能和阻燃等功能，从而被广泛应用于聚合物的阻燃领域研究。含有无机纳米粒子阻燃剂的聚合物在燃烧时，纳米粒子能够向聚合物的表面发生迁移，在聚合物表面形成致密炭层，而能够隔绝燃烧过程中的热、质以及可燃性气体的传递，进而起到抑制阻燃的目的。然而这些纳米粒子仅靠阻隔效应提升聚合物阻燃性能有限。国内很多学者通过在无机纳米粒子表面引入其他阻燃元素或者阻燃官能团可以发挥协同作用，提升阻燃效率。如专利CN201510785625.8中，专利技术人将苯基磷酰二氯与4，4
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二氨基二苯甲烷的缩聚物包覆在碳纳米管表面，制备了磷氮协同的纳米阻燃剂，该阻燃剂显示出良好的阻燃效率，阻燃环氧树脂复合材料的氧指数最高可达32％。专利CN202111240813.4使用聚磷腈、氢氧化镁、羟基锡酸锌制备了一种有机无机杂化型纳米阻燃剂，并将其用于阻燃聚氯乙烯材料，该阻燃剂具有良好的阻燃性能和抑制热释放和烟生成的能力。在以上的专利技术专利中，通过引入含磷或者氮等结构修饰的纳米阻燃剂均具有良好阻燃性，但这些改性纳米阻燃剂均为固态，与聚合物基材共混时，难以避免纳米阻燃剂粒子间的团聚，极大影响了纳米材料的优异的综合性能。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种可流动的多元素协同的纳米阻燃剂及其制备方法和应用。
[0005]为解决以上技术问题，本专利技术采用以下技术方案：
[0006]一种可流动的多元素协同的纳米阻燃剂的制备方法，包括以下步骤：
[0007]步骤1、先将氨基硅烷分别与两种含磷有机物混合后溶解于有机溶剂中，氨基硅烷与含磷有机物的质量比为1：(1～3)，在0～100℃下搅拌1～5h后，除去有机溶剂后，得到两种磷结构改性的氨基硅烷，分别为第一种磷结构改性的氨基硅烷和第二种磷结构改性的氨基硅烷；两种含磷有机物中的磷结构各不相同；
[0008]步骤2、将第一种磷结构改性的氨基硅烷与乙烯基溴化铵混合反应3～12h后，除去有机溶剂制备得到磷结构改性硅烷季铵盐，第一种磷结构改性的氨基硅烷与乙烯基溴化铵的质量比为(2～4)：(2～5)；
[0009]步骤3、将纳米粒子超声分散在去离子水中，加入磷结构改性硅烷季铵盐和第二种磷结构改性的氨基硅烷，其中纳米粒子、磷结构改性硅烷季铵盐和第二种磷结构改性的氨基硅烷的质量比为1:(0.3～1):(1～2)，搅拌反应5～12h后，经抽滤和干燥制得磷改性季铵盐
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磷改性氨基硅烷共同接枝的纳米粒子；
[0010]步骤4、将上步制备得到的磷改性季铵盐
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磷改性氨基硅烷共同接枝的纳米粒子超声分散于去离子水中或溶于有机溶剂中，加入一定量的聚醚硫酸盐，在30～100℃条件下，反应12～24h后经萃取、去离子水洗、干燥和去除溶剂得到可流动的多元素协同的纳米阻燃剂。
[0011]进一步的，所述含磷有机物为二苯基氧化磷、DOPO、亚磷酸二乙酯、亚磷酸二苯酯或磷酸二苯酯。
[0012]进一步的，所述纳米粒子为羟基磷灰石、二氧化钛、二氧化硅、氧化石墨烯、碳纳米管和Mxene中的一种，所述纳米粒子的直径为3～50nm。
[0013]进一步的，步骤4中聚醚硫酸盐与磷改性季铵盐
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磷改性氨基硅烷共同接枝的纳米粒子的质量比为(3～5)：1。
[0014]进一步的，聚醚硫酸盐的聚合度为5～30。
[0015]可流动的多元素协同的纳米阻燃剂，由上述方法制备得到。
[0016]所述的可流动的多元素协同的纳米阻燃剂可应用于改性热塑性聚合物如聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚丙烯等，其添加量为0.5
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10％，可以提高聚合物熔融指数、和阻燃性以及力学性能。阻燃等级可达UL
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94V0级，氧指数为30％以上。。拉伸强度提升30％以上，抗弯强度提升20％以上。
[0017]所述的可流动的多元素协同的纳米阻燃剂可应用于改性热固性聚合物如环氧树脂、不饱和聚酯、酚醛树脂、苯并噁嗪等，其添加量为0.5
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10％，可以提高聚合物阻燃性和力学性能，阻燃等级可达UL
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94V0级，氧指数为35％以上。拉伸强度提升30％以上，抗弯强度提升30％以上。
[0018]所述的可流动的多元素协同的纳米阻燃剂可应用于纤维纺织品的阻燃性能提升，添加量为0.5
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10％，阻燃纤维纺织品的阻燃等级可实现离火即熄，燃烧后的阻燃纺织品的炭层不破裂，氧指数为30％以上。纺织品具体为棉纤维纺织品、尼龙纤维纺织品、芳纶纤维纺织品、丙烯腈纤维纺织品、天然蚕丝纤维纺织品、聚酯纤维纺织品等。
[0019]所述的可流动的多元素协同的纳米阻燃剂可应用于纤维增强复合材料如碳纤维复合材料制品。其添加量为0.5
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10％，可以提高碳纤维复合材料的阻燃性和力学性能。阻燃等级为UL
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94V0级，氧指数为40％以上。拉伸强度提升30％以上，抗弯强度提升20％以上。
[0020]本专利技术采用以上技术方案后，与现有技术相比，具有以下优点：
[0021]1、现有报道的纳米阻燃剂，均为固体粒子，固体粒子容易发生团聚，添加到聚合物基材中，会影响聚合物基材的力学性能、熔体流动性等性能。而本专利技术的纳米阻燃剂不用分散在溶剂中，自身为一定粘度的液体，具有可流动性，添加到聚合物基材中时，不会破坏聚合物的熔体流动性，反而会提升聚合物熔体的流动，提升聚合物注塑成型工艺。
[0022]2、本专利技术所述的纳米阻燃剂由无机纳米粒子与有机磷、硅阻燃剂复合构成，因此能够发挥阻燃协同作用，构建有机磷硅气相和凝聚相阻燃效应以及无机纳米粒子阻隔效应，具有优异的阻燃效率。同时本专利技术的重要特色之处，纳米阻燃剂中结构中含有两种结构
的含磷分子，这样就使得纳米阻燃剂含有两种不同的磷氧化态，通过调控含磷的氧化态，发挥凝聚相和气相阻燃机制的最优组合，进而使阻燃效率的最大化提升。
[0023]3、本专利技术所述纳米阻燃剂因粒子表面聚醚硫酸盐具有较大的位阻，使得纳米阻燃剂粒子间具有单分散性，该纳米阻燃剂能够在聚合物基材中分散均匀，不会发生团聚，能够更好地发挥纳米粒子的增强增韧效果，大幅度提升聚合物基材的力学性能。
[0024]4、本专利技术纳米阻燃剂也含有丰富的羟基基团，能够与聚合物形成氢键等相互作用，削弱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可流动的多元素协同的纳米阻燃剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、先将氨基硅烷分别与两种含磷有机物混合后溶解于有机溶剂中，氨基硅烷与含磷有机物的质量比为1：(1～3)，在0～100℃下搅拌1～5h后，除去有机溶剂后，得到两种磷结构改性的氨基硅烷，分别为第一种磷结构改性的氨基硅烷和第二种磷结构改性的氨基硅烷；两种含磷有机物中的磷结构各不相同；步骤2、将第一种磷结构改性的氨基硅烷与乙烯基溴化铵混合反应3～12h后，除去有机溶剂制备得到磷结构改性硅烷季铵盐，第一种磷结构改性的氨基硅烷与乙烯基溴化铵的质量比为(2～4)：(2～5)；步骤3、将纳米粒子超声分散在去离子水中，加入磷结构改性硅烷季铵盐和第二种磷结构改性的氨基硅烷，其中纳米粒子、磷结构改性硅烷季铵盐和第二种磷结构改性的氨基硅烷的质量比为1:(0.3～1):(1～2)，搅拌反应5～12h后，经抽滤和干燥制得磷改性季铵盐
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磷改性氨基硅烷共同接枝的纳米粒子；步骤4、将上步制备得到的磷改性季铵盐
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磷改性氨基硅烷共同接枝的纳米粒子超声分散于去离子水中或溶于有机溶剂中，加入一定量的聚醚硫酸盐，在30～100℃条件下，反应12～24h后经萃取、去离子水洗、干燥和去除溶剂得到可流动的多元素协同的纳米阻燃...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱宗民，袁军，林学葆，
申请(专利权)人：武汉纺织大学，
类型：发明
国别省市：