[发明专利]一种POSS接枝单宁改性硅藻土阻燃改性复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种笼型倍半硅氧烷（POSS）接枝单宁改性硅藻土，改性阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：首先，单宁包覆硅藻土，将硅藻土加入单宁溶液中，再加入金属离子与单宁螯合后，离心洗涤，干燥得到单宁包覆改硅藻土的混合物；其次，POSS接枝阻燃剂的制备，将POSS与单宁包覆的硅藻土混合物加入到有机溶剂中，加热反应后，得到有机‑无机杂化的阻燃剂；最后，复合材料的制备，将聚酯材料与所制备的阻燃剂熔融加工得到阻燃改性复合材料。本发明所涉及的工艺过程，无需添加有害试剂，绿色环保，且流程简单，制备效率高，所制备的复合材料阻燃性能和力学性能兼优，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明涉及阻燃型复合材料领域，具体涉及一种利用单宁螯合金属离子包覆硅藻土粒子，在其表面接枝笼型倍半硅氧烷(POSS)制备新型有机-无机杂化阻燃剂，从而阻燃改性型复合材料的制备方法。

背景技术

随着高分子材料快速发展，传统塑料造成的一系列环境问题越来越受到消费者及科研人员的重视。开发绿色、环保、可回收、可降解的高分子材料，是解决资源与环境矛盾、实现可持续发展的必由之路。其中，聚酯材料是一种非常具备应用潜力的新型有机高分子环保材料，由于其满足高阻隔、耐高温、耐水解、可热封、高收缩等性能，广泛应用于国民经济各个领域。然而，聚酯材料属于易燃材料，在燃烧时热释放速率大，火焰传播速度快，不易熄灭，对人们的生命财产安全造成的威胁。因此，聚酯材料的阻燃改性一直是人们重视的课题。

目前，提高聚酯材料的阻燃性能主要是通过添加阻燃剂来实现的。工业生产中大部分阻燃剂都存在添加量大，与基体相容性差，破坏材料力学性能等特点。因此，无卤、低毒、低成本、高阻燃性、与基体相容性好的阻燃剂已经逐渐成为阻燃材料研究的热点。

硅藻土是一种具有多孔性的生物沉积岩，其化学成分主要是二氧化硅，具有质量轻、比表面积大、吸附性强、化学稳定性高等特点，且天然无毒、价格低廉、资源丰富，在建筑、食品、医疗、污水处理等各个领域有广泛用途。研究人员将硅藻土应用于阻燃聚合物，研究发现硅藻土可以起到一定程度的物理屏障作用，从而提高聚合物的阻燃性，但由于硅藻土颗粒表面具有较高的表面能，易聚集成团，且表面呈亲水性，与聚合物基体相容性差，填充后的力学性能不太理想。因此，必须对硅藻土进行表面改性，以消除其表面高能势，调节其疏水性，改善其与聚合物材料的界面结合力。我国科研人员做了一些相关的研究，例如：喻源在中国专利申请201810364215.X 中公开了一种硅藻土基无机－有机杂化阻燃剂的制备方法，通过以硅藻土为载体，将聚磷酸铵镶嵌到硅藻土上，再利用磷酸酯对硅藻土-聚磷酸铵进行充填和包裹处理 ，得到了P、N、Si协效的阻燃剂。 陈涛在中国专利申请201710609362.4中公开了一种硅藻土改性阻燃聚丙烯的制备方法，通过将硅藻土加入到丙烯酸与硅烷醇混合中，对硅藻土进行有机硅氧烷改性，再与聚磷酸铵共混对聚丙烯阻燃改性，有效的提高了材料的阻燃性能。上述发明均有效的提高了复合材料的阻燃性能，但由于阻燃剂的大量添加降低了材料的力学性能。张晨阳在中国专利申请201710574089.6中公开了一种超支化含磷改性硅藻土阻燃剂及其制备方法，通过将KH-560水解，接枝到硅藻土表面，用过量邻苯二甲酸二癸酯（DDP）酰氯化后与KH-560改性硅藻土表面的羟基发生酯化反应，接枝到硅藻土表面，同时加入的季戊四醇与酰氯接枝的硅藻土发生超支化酯化反应，最后加水使用羟基置换氯原子进行封端。解决了硅藻土分散性不佳的问题，并且同时含有硅、磷两种元素，燃烧时起到固相和气相阻燃的作用，但是此工艺生产过程复杂，不易控制，不适合大批量生产。

目前，现有的方法针对复合材料的阻燃改性上，在阻燃剂的用量，热稳定性，阻燃效果，基体的界面相容性及生产成本等方面不同程度上都存在着一些缺陷和问题。因此，需要设计开发更加高效的，多方面的复合材料阻燃剂，以促进我国阻燃型复合材料行业朝着更绿色，更健康的方向发展。

发明内容