[发明专利]具有介孔和微孔的网状碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料及其制备方法

说明书

本发明提供具有介孔和微孔的网状碳纳米管‑蒙脱土复合气凝胶材料及其制备方法，分别配制碳纳米管载十溴二苯醚的湿凝胶与蒙脱土湿凝胶后，将二者与聚磷酸铵溶液混合后，制得具有介孔和微孔的网状碳纳米管‑蒙脱土复合气凝胶材料。采用具有微孔结构的中空纤维为原料，搭建三维气凝胶网络，利用气凝胶的介孔结构和纤维的微孔结构，分别负载十溴二苯醚与聚磷酸铵，将不同特性阻燃剂结合，实现协同阻燃效果。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，更具体地说，涉及一种具有介孔和微孔的网状碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料及其制备方法。

背景技术

蒙脱土(MMT)是一类由纳米厚度(约1nm)的表面带负电的硅酸盐片层依靠层间的静电作用而堆积在一起构成的土状矿物。其晶体结构中的晶胞是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成，属2:1型层状硅酸盐。(谢友利,张猛,周永红.蒙脱土的有机改性研究进展[J].化工进展,2012,(04):844-851.)其晶体结构中的晶胞是由两层硅氧四面体中间夹一层铝氧八面体构成，属2:1型层状硅酸盐。这种特殊的晶体结构赋予蒙脱土独特的性质，如表面极性大、阳离子交换能力强、层间表面含水等。

蒙脱土每层的厚度约为1nm,长宽各约100nm,层间距大约为1nm左右。由于蒙脱土铝氧八面体上部分三价铝被二价镁同晶置换,使层内表面具有负电荷,过剩的负电荷通过层间吸附的阳离子来补偿,它们很容易与无机或有机阳离子进行交换。(周春晖,蔡晔,罗锡平,葛忠华,李小年,刘华彦.蒙脱土负载型固体酸催化剂的烷基化性能与结构研究[J].高校化学工程学报,2003,(01):96-100.)有机阳离子交换后的蒙脱土呈亲油性,并且层间的距离增大。有机改性蒙脱土能进一步在与单体或聚合物熔体混合的过程中,剥离为纳米尺度的结构片层,均匀分散在聚合物基体中,从而形成纳米复合材料。

蒙脱土纳米管具有独特的纳米结构，是一种前景广阔的天然纳米材料。且蒙脱土纳米管分布广泛，价格便宜，无毒无害。蒙脱土因其独特的纳米结构，具有以下优点：首先，来源广泛，价格便宜；蒙脱土是一种天然黏土矿物，蕴藏丰富，分布广泛且开采较易。其次，具有很好的生物相容性；蒙脱土纳米管自然形成，无毒无害，生物相容性较好。另外，活泼羟基蕴藏在蒙脱土表面和层间，利于蒙脱土的改性以及进一步应用。再加上本身具有纳米尺度等特点，蒙脱土近年来已得到广泛关注和研究。

蒙脱土纳米管的应用领域广泛。在陶瓷材料、复合材料、缓释材料、催化剂载体、模板、吸附应用等方面有大量的应用。因为蒙脱土纳米管是一种黏土矿，所以可用于陶瓷制作，这属于蒙脱土的传统应用领域。蒙脱土具有纤维增强功能，是制备超薄精细陶瓷的理想原料。近几年来，对埃洛石/聚合物复合材料及其性能的研究越来越受欢迎。蒙脱土能够在多数聚合物复合材料中较好分散，能有效提高聚合物的力学性能、热稳定性、阻燃性以及结晶性能，与其他传统填料相比有较大的优势(马建中,陈新江,储芸,杨宗邃.蒙脱土纳米复合材料的制备及应用研究[J].中国皮革,2002,(21):15-20.)。蒙脱土具有独特结构、环境友好、价廉易得等特点，利用其结构特点和吸附特性能够制备具有新型结构与性能的材料，广泛应用于纳米复合材料领域。

发明内容

本发明克服了现有技术中的不足，提供了一种具有介孔和微孔的网状碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料及其制备方法，采用具有微孔结构的中空纤维为原料，搭建三维气凝胶网络，利用气凝胶的介孔结构和纤维的微孔结构，分别负载不同阻燃剂，将不同特性阻燃剂结合，实现协同阻燃效果。

本发明的目的通过下述技术方案予以实现。

具有介孔和微孔的网状碳纳米管-蒙脱土复合气凝胶材料及其制备方法，按照下述步骤进行：

步骤1，取0.6-12重量份十二烷基硫酸钠(SDS)、0.01-18重量份十溴二苯醚加入100重量份水中，超声振荡均匀后，向其中加入0.8-12重量份的碳纳米管，超声分散均匀后，抽真空后保持真空，随后恢复到常压，重复抽真空步骤三次，得到步骤1的湿凝胶；