[发明专利]一种蒙脱土/聚苯胺纳米阻燃聚苯乙烯复合材料

说明书

技术领域

本发明属于聚合物阻燃技术领域，具体涉及无卤阻燃聚合物纳米复合材料，尤其是蒙脱土/聚苯胺纳米阻燃聚苯乙烯复合材料。

背景技术

聚苯乙烯(PS)是用量仅次于聚烯烃和聚氯乙烯的热塑性聚合物材料。自20世纪30年代问世以来，因其卓越的电绝缘性、良好的尺寸稳定性、耐化学腐蚀性及加工性能而被广泛地应用在家装、建筑、电器、汽车内饰件及航空等领域中。但是，PS及其同系聚合物材料，与其他大部分聚合物材料一样，容易燃烧且放热量大、生烟量大，属于易燃材料，使其应用受到了一定的限制。因此，PS的阻燃改性研究一直备受关注。

含卤素聚合物和添加含卤素阻燃剂的阻燃聚合物材料虽然具有适应面广、阻燃剂添加量少、阻燃效果好等优点，但火灾发生时，这类含卤阻燃材料会产生大量烟雾和有毒的腐蚀性卤化氢气体，造成二次危害。基于环境保护和可持续发展的要求，无卤阻燃体系具有非常广阔的发展前景。

在PS阻燃研究中，常用的方法有两种：对PS的分子链结构进行接枝，赋予聚合物本身阻燃性能；向PS基体中添加各种阻燃剂。添加阻燃剂进行阻燃的优势在于可以很方便地调节材料的阻燃级别，生产工艺简单，产品成本比较低。常用于PS的无卤阻燃剂体系主要包括磷系、氮系、硅系、金属氢氧化物等。纳米粒子若能良好地分散于聚合物基体中也可提高聚合物的阻燃性能，不同类型的纳米粒子对阻燃性能的贡献依赖于其本身的化学结构及几何形状，PS阻燃的纳米粒子有纳米层状材料(例如，蒙脱土)，属于2D纳米粒子；纳米纤维材料(例如，碳纳米管)，属1D纳米粒子；纳米颗粒(例如，笼型倍半硅氧烷(POSS)、纳米SiO₂、纳米TiO₂)属0D纳米粒子。

聚合物/蒙脱土复合材料的主要阻燃机理在于蒙脱土纳米层迁在材料表面以及内部均可形成炭层屏障，对炭层屏障改性以大幅度提高材料的阻燃性就具有重要的意义。例如,可通过蒙脱土与某些阻燃剂复配阻燃。Lee等[LeeSK,BaiBC,ImJS,InSJ,LeeYS.Flameretardantepoxycomplexproducedbyadditionofmontmorilloniteandcarbonnanotube.J.Industr.Engineer.Chem.2010,16(6):891-895.]将蒙脱土与多壁碳纳米管(MWCNTs)植入环氧树脂中提高其阻燃性能。MWCNTs的加入可降低环氧复合物的分解速度并提高成炭量，蒙脱土则作为能量储存的介质来阻止环氧复合物内部的热转移。此外，将蒙脱土引入膨胀型阻燃剂将其应用于聚乳酸(LiSM,YuanHua,YuT,YuanWZ,RenJ.Flame-retardancyandanti-drippingeffectsofintumescentflameretardantincorporatingmontmorilloniteonpoly(lacticacid).Polym.Advan.Technol.,2009,20(12):1114-1120.)、ABS[MaHY,TongLF,XuZB,FangZP.Intumescentflameretardant-montmorillonitesynergisminABSnanocomposites.Appl.ClaySci.,2008,42(1-2):238-245.]中可获得优越的阻燃性能。蒙脱土这类无机层状纳米阻燃剂在聚合物基体中极易团聚是其最大的缺陷，分散性差导致聚合物基体的力学性能、加工性能受到损害。通过微粒细化与表面处理的方法能够使其得到缓解，但不能从本质上解决问题。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明的目的是采用原位聚合的方法制备蒙脱土/聚苯胺纳米复合物，以缓解蒙脱土片层的团聚，提高其在聚合物基体中的分散性；选择不同的改性剂对纳米复合物进行改性，提高其与聚合物基体之间的相容性。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下。

一种蒙脱土/聚苯胺纳米阻燃聚苯乙烯复合材料，其制备方法包括以下步骤：

(1)将蒙脱土加入改性剂溶液中，超声分散，搅拌反应，得到化学改性的蒙脱土悬浮液；所述改性剂为十二烷基苯磺酸钠，十六烷基三甲基溴化铵，聚苯乙烯磺酸钠，1,5-萘二磺酸中的一种。

所述改性剂的浓度为0.05-1M。所述蒙脱土是钠基蒙脱土、钙基蒙脱土、铁基蒙脱土、镁基蒙脱土中的一种。所述超声分散时间为2-6h，搅拌反应时间为12-48h。

(2)将苯胺单体加入步骤(1)得到的化学改性的蒙脱土悬浮液中，搅拌并利用超声波分散；