[发明专利]一种含氮化碳的纳米杂化物的阻燃不饱和聚酯树脂复合材料的制备方法及其应用

说明书

本发明公开了非金属元素掺杂氮化碳/碳材料纳米杂化物阻燃不饱和聚酯树脂复合材料。该复合阻燃材料主要由以下重量份原料组成：不饱和聚酯98～100份，三聚氰胺1～10份，无机酸1～5份，碳材料1～5份，引发剂2份。将适量非金属元素掺杂氮化碳/碳材料纳米杂化物、引发剂和不饱和聚酯树脂充分混合后固化成型，即得阻燃不饱和聚酯树脂复合材料。本发明的优点在于：该制备方法简单高效，原料广泛且成本低。本发明还利用制备的纳米杂化物制备阻燃不饱和聚酯树脂复合材料。相较于纯不饱和聚酯树脂，该制备方法所得的不饱和聚酯树脂复合材料具有较好的阻燃性能、成碳性能和抑烟性能。

技术领域

本发明属于氮化碳杂化阻燃高分子技术领域，具体涉及一种非金属元素掺杂氮化碳/碳材料纳米杂化物阻燃不饱和聚酯树脂复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

不饱和聚酯树脂是使用最广泛的热固性树脂之一，通常在管道，储罐，建筑，电气和汽车工业中用作粘合剂和高性能组分。但是，易燃性高是不饱和聚酯树脂的典型特性是具有良好的机械性能和耐化学性。因此，为了扩大不饱和聚酯树脂的应用范围，需要一种有效的阻燃剂。在新型的二维材料中，由于氮化碳能与不同化合物结合的可能性允许制备各种纳米阻燃复合材料。因此，我们在在氮化碳的基础上，开发了一种非金属元素掺杂氮化碳/碳材料的纳米杂化物，并且用来提高不饱和聚酯树脂的阻燃性能。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种非金属元素掺杂氮化碳/碳材料纳米杂化物阻燃不饱和聚酯树脂复合材料的制备方法及其应用。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种非金属元素掺杂氮化碳/碳材料纳米杂化物阻燃不饱和聚酯树脂复合材料，所述不饱和聚酯树脂复合阻燃材料主要由以下重量份原料组成：不饱和聚酯98～100份，三聚氰胺1～10份，无机酸1～5份，碳材料1～5份，引发剂2份。

所述的无机酸为磷酸、盐酸、硝酸、硫酸和硼酸中的一种或者两种。

所述的碳材料为富勒烯、碳纤维、石墨烯、单壁碳纳米管和多壁碳纳米管的一种。

所述引发剂为过氧化苯甲酰。

一种上述非金属元素掺杂氮化碳/碳材料纳米杂化物阻燃不饱和聚酯树脂复合材料，主要包括以下步骤：

(1)称取三聚氰胺、无机酸和碳材料加入去离子水中，以转速700r/min搅拌15分钟，得到溶液A；

(2)将另外一种无机酸加入到溶液A中，以转速500r/min搅拌15分钟，得到溶液B；

(3)将溶液B转移到聚四氟乙烯衬里的钢制高压釜中，在180℃下加热12小时，冷却至室温后，用去离子水洗涤，再在60℃的真空烘箱中干燥10小时，得到颗粒A；

(4)将颗粒A放入带盖的陶瓷坩埚中在550℃空气中加热4小时，得到非金属元素掺杂氮化碳/碳材料纳米杂化物；

(5)将非金属元素掺杂氮化碳/碳材料纳米杂化物加入到不饱和聚酯树脂中，以转速500r/min搅拌20分钟，得到溶液C；

(6)将过氧化苯甲酰加入到溶液C中，以转速500r/min继续搅拌40分钟，得到溶液D；

(7)将溶液D放入真空烘箱中除去气泡，再倒入聚四氟乙烯模具中，放入烘箱，以80℃预固化1小时，110℃后固化3小时的条件固化，冷却后脱模即得到非金属元素掺杂氮化碳/碳材料纳米杂化物阻燃不饱和聚酯树脂复合材料。

所述步骤(1)、(2)、(5)、(6)所述搅拌为机械搅拌。

所述步骤(5)中非金属元素掺杂氮化碳/碳材料纳米杂化物的添加量为不饱和聚酯树脂重量的2％；

所述步骤(6)中提到的引发剂的添加量为不饱和聚酯树脂重量的2％。