[发明专利]阻燃抑烟热塑性聚氨酯抗静电复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种阻燃抑烟热塑性聚氨酯抗静电复合材料及其制备方法，抗静电复合材料由如下原料制成：TPU树脂、磷酸三甲苯酯、蜜胺聚磷酸盐、功能化石墨烯、抗氧剂1076、紫外线吸收剂UV‑24、导电炭黑、硬脂酸、8‑羟基喹啉酮。其中功能化石墨烯表面氮掺杂，且经钼酸根化学修饰，可实现在高添加量下在TPU中良好的分散性，同时可提高TPU抗静电复合材料抑烟性能和力学性能，且本发明所采用的方法制备工艺简单，而且生产成本较低，减少能耗和污染物的排放；适用于电子电器、汽车、建筑、精密仪表等行业推广使用。

技术领域

本发明属于抗静电材料制备技术领域，具体涉及一种阻燃抑烟热塑性聚氨酯抗静电复合材料及其制备方法。

背景技术

热塑性聚氨酯(TPU)树脂是一种常见的高分子材料，具有良好的力学性能、加工性能和耐化学药品性，被广泛的应用于电子电器、汽车、机械等领域。TPU通过改性方法获得的抗静电复合材料，由于易燃烧、发烟量大，极限氧指数只有18％，限制了它在实际生产中的应用。如何提高TPU抗静电复合材料的阻燃以及抑烟性能一度成为人们所关注的热点，目前主要的解决方法是添加卤系阻燃剂。随着环保问题日渐被大家所关注，卤系阻燃剂因为其燃烧产物会污染环境而被部分国家所弃用。但是市面上缺少阻燃抑烟TPU抗静电复合材料，需求新型高性能的TPU抗静电复合材料的呼声日益壮大。

石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，具有高强度、高导电率和高比表面积等特性。石墨烯制备方法的不断发展，为石墨烯在聚合物复合材料领域的广泛应用与开发提供了原料保障。然而，如何提高石墨烯表面改性的可控性，仍是学术界、产业界需要解决的一个难题。石墨烯的表面状态非常稳定，总体上呈惰性，且每个单层石墨烯片被较强的层间范德华力束缚，导致其亲油性和亲水性都很差，不能有效地与聚合物基体进行复合，并且容易在聚合物基体中形成团聚体。为解决上述问题，必须对石墨烯进行表面改性，以改善其操作性，并增强其与聚合物的相互作用。目前国内外广泛使用的石墨烯功能化改性方法主要有共价改性和非共价改性这两种方法。现行大多采用建构共价键的改性方法对石墨烯表面进行改性。由于氧化石墨烯含有大量的羟基、羧基和环氧基等活性含氧官能团，可以利用这些官能团与其他分子链进行反应，形成以共价键为桥梁的接枝，从而实现对石墨烯表面进行共价改性。Stankovich等将异氰酸酯与氧化石墨烯表面的羧基和羟基反应，成功实现了石墨烯的共价改性，首次制备出完全剥离的、可在有机溶剂中分散的功能化氧化石墨烯，为石墨烯作为填充物在复合材料领域应用提供了可能性(Carbon，2006年，第44卷)。Lee等用原位法制备了功能化的石墨烯导电复合材料。由于改性石墨烯颗粒在聚合物基体中均匀分散，且形成了稳定的导电网络，复合材料的电导率相比纯聚合物提高了105倍(Macromolecular Chemistry and Physics，2009年，第210卷)。Huang等将聚哌嗪双螺环磷酸酯酰胺(PPSPB)通过化学反应接枝到石墨烯，制得一种新型膨胀型阻燃剂功能化石墨烯(CRG-PPSPB)。PPSPB的有机化改性不仅提高石墨烯在聚合物基体的分散性以及材料的力学性能，而且能显著增强膨胀型阻燃剂与石墨烯协同阻燃作用。与纯EVA树脂相比，添加1wt％CRG-PPSPB的EVA复合材料热释放速率峰值(PHRR)下降了约56％(Mater Chem Phys，2012年，第135卷)。也有研究者利用环氧树脂对石墨烯表面进行了改性，这种改性石墨烯与环氧基体间的兼容性有了大幅的提高，体积分数仅1％的石墨烯/环氧复合材料的杨氏模量比纯环氧树脂提高了24％，表明改性后的石墨烯与环氧树脂的界面结合力更强，兼容性好，促进了有效的应力转移(Nanotechnology，2014年，第25卷)。

通过石墨烯表面的化学修饰，将阻燃抑烟剂接枝到石墨烯表面，获得具有阻燃抑烟功能的新型导电剂，并通过与TPU熔融共混制备出阻燃抑烟TPU抗静电复合材料，为解决目前聚合物抗静电材料功能单一、技术含量低下的问题提供新的途径。

发明内容

本发明要解决的首要技术问题在于提供一种具有阻燃抑烟功能的功能化石墨烯改性TPU抗静电复合材料。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：