[发明专利]一种阻燃型PET/纳米碳微球复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及阻燃聚合物复合材料及其制备领域，特别涉及一种阻燃型PET/纳米碳微球复合材料的制备方法

背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯(英文简写PET)是一种热塑型树脂，具有优异的光学性能、耐磨耗摩擦性、尺寸稳定性和电绝缘等性，是21世纪用途最广、消耗量最大、价格低廉的一种合成高分子材料，广泛应用于多个领域。但PET阻燃性能较差，燃烧时受热部位先发生热熔融，然后燃烧，燃烧过程中伴随着严重的熔融滴落现象，并且离火的熔滴伴着火焰，极易引起周围易燃物的点燃，造成二次燃烧，在火灾现场极易扩大火灾范围。传统的含卤阻燃剂因其高效的阻燃性能和低廉的价格被广泛运用于PET的阻燃。但含卤阻燃剂在遇高温或燃烧过程中会释放出具有腐蚀性和有毒的卤化氢气体，这些气体在火灾中可能导致人体窒息和伤亡，并对建筑物钢架结构腐蚀严重。

膨胀型阻燃剂由酸源、碳源和气源组成，在受热时，碳源在脱水剂作用下脱水成炭，在气源作用下在聚合物表面生成一层不可燃、且隔热、隔氧的炭质泡沫层，从而实现阻燃。膨胀型阻燃剂是一种环境友好性阻燃剂，但其本身在应用于聚合物阻燃时仍存在致命缺点，首先该类阻燃剂与聚合物基体相容性较差，使复合材料力学性能变差；另外，相对较低的分子量使膨胀型阻燃剂在使用中易于向复合材料表面迁移，导致其阻燃耐久性较差。

纳米阻燃剂作为一种新型的阻燃体系，一经发现就得到了广泛关注，已拓展至聚合物阻燃领域。目前研究较多的是聚丙烯/碳纳米管复合体系，其阻燃效果仍然不尽如人意，极限氧指数以及垂直燃烧(UL94)等传统燃烧性能相对低效。

纳米碳微球是由石墨片层在玻璃相的石墨结构间断分布而构成，具有很高的比表面，优异的热稳定性、力学性能、电绝缘性等，可用于制备高强度复合材料。但是，由于纳米碳微球比表面积大，球之间存在π－π共轭，团聚现象严重，在聚合物中很难均匀分散，从而导致复合材料力学性能下降。以上缺点极大限制了纳米碳微球的使用，因而需对纳米碳微球进行处理，来增强它的相容性，改善阻燃性能，增加其应用范围。本专利通过将磷酸二氢胍接枝在碳微球表面，并在接枝碳微球的表面包覆一层PET，合成的阻燃型纳米碳微球与PET基材具有较好相容性，是一种结合膨胀型阻燃剂的高效环保与纳米材料在阻燃方面突出特点的高效协同阻燃剂。通过熔融共混制备PET/阻燃型纳米碳微球复合材料，该复合材料具备优异的阻燃性能和较好的力学性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：纳米碳微球存在的传统燃烧性能相对低效、与聚合物材料相容性差的缺点。为解决这一技术问题，本发明采用低温等离子体技术对纳米碳微球进行表面处理后接枝磷酸二氢胍，并在接枝碳微球表面包覆一层PET，然后将其添加到PET中以改善其阻燃性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种阻燃型PET/纳米碳微球复合材料，各组分按重量百分数计算为：

阻燃型纳米碳微球：1％～5％

抗氧剂：0.2％

成核剂：1％

PET：余量。

一种阻燃型纳米碳微球的制备方法，包括如下步骤：

(1)碳微球的合成：以葡萄糖或环糊精为原料经水热合成法合成碳微球，选用低温等离子体处理技术对碳微球进行表面处理，在碳微球表面产生羟基与羧基；

(2)碳微球的表面接枝：以碳酸胍、浓磷酸为原料合成磷酸二氢胍，将磷酸二氢胍与步骤(1)获得的碳微球进行酯化反应，使磷酸二氢胍接枝在碳微球表面，获得氮-磷系阻燃剂接枝碳微球；

(3)接枝碳微球的表面包覆：在三口烧瓶中加入对苯二甲酸以及N，N-二甲基甲酰胺，然后将步骤(2)获得的接枝碳微球分散于烧瓶中，置于超声分散机中分散10min，氮气保护，接入冷凝水，在反应10min之后，加入催化剂三氧化二锑，乳化剂OP-10以及乙二醇，恒温反应一定时间得到与基材PET有较好相容性的纳米碳微球阻燃剂。

具体地，上述步骤(1)中葡萄糖或环糊精水热合成碳微球的条件为：选用1.0mol/L的葡萄糖水溶液或0.5mol/L环糊精的水溶液，在160℃、反应8h。

具体地，上述步骤(1)中低温等离子体处理技术对碳微球进行表面处理过程为：用250W的低温等离子仪放电处理5min。