[发明专利]一种具有层状砖-墙结构的阻燃材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有层状砖‑墙结构的阻燃材料及其制备方法，涉及阻燃材料技术领域，所述阻燃材料包括片层状无机纳米材料和聚合物，所述片层状无机纳米材料在所述聚合物中有序排列，本发明通过真空抽滤辅助沉积、重力诱导沉积、层层自组装或喷枪喷涂沉积工艺将片层状无机纳米材料填充入聚合物，使片层状无机纳米材料在阻燃材料中以“平躺”的方式有序的排列，获得了具有层状砖‑墙结构的阻燃材料；本发明制备的阻燃材料的阻燃性能得到显著提升，能够将氧气透过率降低至7.98cm³/m²/day/0.1MPa。

技术领域

本发明涉及阻燃材料技术领域，特别是涉及一种具有层状砖-墙结构的阻燃材料及其制备方法。

背景技术

聚合物材料因其众多优点，如质轻、化学稳定性好、耐腐蚀、易加工等，自发明以来广泛应用于各种领域。近年来，随着国家大力提倡节能环保，为降低能耗，新型建筑外墙通常采用保温阻燃聚合物泡沫材料进行覆盖。但由于常用聚合物材料的有机组成，其易燃程度较高，限制了其在一些要求具有防火阻燃特性的场合的应用。为保障人身及财产安全，提高聚合物材料的消防安全性已成为一个重要的课题。

在设计阻燃聚合物材料时，通常考虑在体系中加入阻燃剂。阻燃剂可大致分为有机阻燃剂和无机阻燃剂，其中有机阻燃剂主要为卤系和无卤系。对于卤系阻燃剂，其用量较少，阻燃效率高，适用性广，但其在燃烧过程中产生较多烟雾、腐蚀性气体，危害人体也破坏环境；无卤阻燃剂，如磷系阻燃剂和氮系阻燃剂等，其适用性不如含卤系阻燃剂，但安全性较好。无机阻燃剂，如氢氧化铝、氢氧化镁等，其危害性小、抑烟效果优，但其阻燃效率低，因此通常为高填充，但这通常对聚合物阻燃材料的力学性能和加工性能是不利的。因而，通过简单的工艺制备绿色环保的阻燃材料，将具有十分广阔的应用前景。

随着片层状无机纳米材料在聚合物阻燃材料上深入研究，其在阻燃材料上的应用也受到关注。其中，当片层状无机纳米材料在阻燃材料沿竖直方向有序排列时，且呈现层状砖-墙结构时，则该结构对氧气具有很好的阻挡作用，时助燃气体难以进入材料内部；内部的热分解可燃气体难以释放到外界维持燃烧，进而达到阻燃效果。但这类材料最大的难点在于如何通过简单的制备工艺使片层状无机纳米材料有序排列，并得到层状砖-墙结构。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有层状砖-墙结构的阻燃材料及其制备方法，以解决上述现有技术存在的问题，使所述阻燃材料的阻燃性能得到显著提升。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种具有层状砖-墙结构的阻燃材料，包括片层状无机纳米材料和聚合物，所述片层状无机纳米材料在所述聚合物中有序排列。

进一步地，所述片层状无机纳米材料为蒙脱土、云母、锂藻石、氮化硼、石墨烯、石墨烯衍生物和层状双金属氢氧化物中的至少一种；所述聚合物为聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、壳聚糖、羧甲基纤维素钠、聚多巴胺、聚乙烯胺、聚酰胺酸盐或聚酰亚胺。

本发明还提供一种上述具有层状砖-墙结构的阻燃材料的制备方法，所述阻燃材料通过真空抽滤辅助沉积方法制备，包括以下步骤：

(1)制备片层状无机纳米胶体：

取片层状无机纳米材料分散于纯水中，得到悬浮液后，离心收集上清液，蒸发去除部分水分，使得得到的片层状无机纳米胶体的质量浓度为1.0-3.2％；

(2)将聚合物配置成一定浓度的聚合物溶液，具体为：所述聚合物为聚酰胺酸盐或聚酰亚胺时，配置为质量浓度为10％的聚合物溶液；所述聚合物为聚乙烯醇、聚乙烯亚胺、聚丙烯酰胺、壳聚糖、羧甲基纤维素钠、聚多巴胺或聚乙烯胺时，配置为质量浓度为5％的聚合物溶液；