[发明专利]清洁阻燃和抑烟性环氧树脂纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种清洁阻燃和抑烟性环氧树脂纳米复合材料及其制备方法，清洁阻燃和抑烟性环氧树脂纳米复合材料由K₂Co₃(P₂O₇)₂·2H₂O纳米材料阻燃剂、环氧单体、4,4’‑二氨基二苯甲烷复合制备而成，其中K₂Co₃(P₂O₇)₂·2H₂O纳米材料的质量百分比为1～12wt％，其余为环氧单体和4,4’‑二氨基二苯甲烷的混合物，且环氧单体和4,4’‑二氨基二苯甲烷的质量比为4:1。本发明针对现有阻燃环氧树脂复合材料存在含卤等有毒元素以及抑烟和力学性能差的问题，本发明提出了一种无卤的K2Co3(P2O7)2·2H2O纳米材料作为清洁阻燃剂，具有清洁无污染、阻燃和抑烟性能好的特点。

技术领域

本发明涉及一种清洁阻燃和抑烟性环氧树脂纳米复合材料及其制备方法，属于新材料技术领域。

背景技术

环氧树脂(EP)是一种典型的热固性聚合物，具有优异的耐热性、力学性能、电绝缘性和化学稳定性，以及收缩率低、加工成型容易、成本低廉等优点，因此在电子电器、建筑涂料、交通运输、航空航天、复合材料等高新技术领域方面得到了非常广泛的应用[Compos.Sci.Technol.,2019,182,107748；J.Inorg.Mater.,2019,34,761.]。自2008年以来全球环氧树脂产量逐年上升，年均增长4.0％左右，2018年我国环氧树脂需求总量为151.2万吨，其中涂料领域需求总量为70.91万吨，电子电器领域需求量为41.28万吨，复合材料领域需求量为34.78万吨。然而，由于其易燃性，给社会带来火灾安全隐患。因此，深入开展环氧树脂用清洁高效阻燃剂具有重要的理论意义和实用价值。

大量理论与实践证明，添加合适的阻燃剂是降低聚合物可燃性的有效途径[J.Mater.Chem.A,2018,6,6376；Compos.Sci.Technol.,2018,154,136.]。阻燃剂主要有含卤体系和无卤体系，其中含卤阻燃剂阻燃效果好而得到了广泛应用。然而，随着人们对生态环境和人类生命价值的关注，聚合物的低烟无卤阻燃剂成为阻燃剂研究领域中的一个重要方向[Science,2012,335,1019；J.Hazard.Mater.,2018,343,364.]。磷系阻燃剂是很重要的一种无卤阻燃剂，例如DOPO及其衍生物和聚磷酸铵(APP)，它们的阻燃机理是：①阻燃剂受热分解产生磷酸，偏磷酸和聚偏磷酸，其强烈的脱水性可使得聚合物表面脱水炭化，而单质炭是不能发生蒸发燃烧和分解燃烧的，即不产生火焰的燃烧，所以具有阻燃作用；②受热时产生PO·自由基，可大量吸收维持燃烧的H·和HO·自由基，中断链式燃烧反应。这类阻燃剂低烟无毒或者毒性较小，但具有稳定性不高、用量大、力学性能差等缺点[J.FireSci.,2018,36,47；Appl.Clay.Sci.,2017,146,230.]。因此，研制清洁高效阻燃剂是解决该问题的关键。随着纳米技术的迅速发展，纳米材料因具有物理阻隔作用、催化成炭、低毒、不产生腐蚀性气体等优点，在阻燃聚合物领域被广泛研究，在提高聚合物的阻燃和热稳定性方面表现出了优异的性能，例如层状硅酸盐[ACS Appl.Mater.Interfaces,2017,9,42258.]、氢氧化物[J.Hazard.Mater.,2018,343,364.]、碳纳米管[Carbon,2019,143,650.]等。研究表明，添加少量Fe/CNTs纳米复合材料能使聚合物燃烧过程中热释放速率峰值(PHRR)明显降低，同时提高复合材料的力学性能得到提高[J.Mater.Chem.A,2018,6,6376.]；聚合物/氢氧化物复合材料燃烧过程中，其释放出的水分对可燃性气体起到稀释作用，且易形成碳基无机陶瓷保护层，能够显著降低聚合物的热和烟气释放速率[Green Chem.,2016,1,3066.]。最近，石墨烯因具有特殊的二维结构和优异的性能在阻燃聚合物领域广泛应用，少量石墨烯能显著提升聚合物复合材料的阻燃和力学等性能[Nanotechnology,2019,30,385703.]。