[发明专利]一种碳微球@水滑石@聚磷腈杂化阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种碳微球@水滑石@聚磷腈杂化阻燃剂及其制备方法，先通过静电作用力将水滑石包覆在碳微球表面，再利用磷腈与4,4'‑二氨基二苯醚进行原位聚合反应后形成的聚磷腈有机膜包覆在碳微球@水滑石表面，得到碳微球@水滑石@聚磷腈杂化阻燃剂。本发明的碳微球@水滑石@聚磷腈杂化阻燃剂，将多种粒子与聚烯烃基体间的多重界面问题转化为单一的界面问题，从而最大化的降低了阻燃剂的加入对聚烯烃基体力学性能的恶化，通过碳微球、水滑石和聚磷腈的三者协同，显著改善了聚烯烃基体材料的阻燃性能，同时还可降低阻燃剂对基体材料的力学性能的破坏，获得了综合性能优异的阻燃级聚烯烃复合材料。

技术领域

本发明涉及以碳微球为核，水滑石和聚磷腈为双壳层的碳微球@水滑石@聚磷腈杂化阻燃剂及其制备方法，属于聚烯烃基体材料的阻燃技术领域。

背景技术

聚丙烯(PP)是一种半结晶的热塑性塑料，因具有良好的加工性能、优异的耐化学品性及相对低廉的价格等优势，已被广泛应用于汽车、家电和建筑等行业。然而，PP属易燃材料，其极限氧指数一般为17.4％～18.5％(21％)，遇火燃烧速度快，发热量较高，并产生大量可燃熔滴进而造成众多的火灾事故，给国家的经济建设和人民的生命财产造成巨大损失，导致其应用领域受限。目前，阻燃PP材料主要以加入添加型阻燃剂为主，随着环保法不断地完善和科学技术的进步，阻燃剂在保证具有阻燃性能的同时正朝着无卤、纳米、抑烟以及减少有害气体等趋势发展。因此，新型阻燃剂的开发和应用已经是此领域研究的重点。

碳微球是由石墨片层在玻璃相的石墨结构间断分布而构成，具有很高的比表面，优异的热稳定性、力学性能、化学稳定性等，能够作为一种阻燃剂添加到聚合物材料中，使聚合物材料具有阻燃性能。但是由于碳微球比表面积大，微球之间存在较大的范德华力，因此粒子之间极易产生团聚现象，这会导致在聚合物中分散不均匀，从而降低碳微球的阻燃效果，且团聚的粒子会影响聚合物应力的传递，增加了聚合物的脆性，最终导致其机械性能的下降，而且在聚合物材料燃烧的过程中，添加碳微球阻燃剂的聚合物会产生大量的黑烟，极大限制了碳微球的使用。

协同阻燃技术是一种直接有效的阻燃手段。它是指将阻燃剂与一种或几种协效剂复配使用，让各组分之间相互配合，扬长避短，实现“1+12”的阻燃效果。因此，可以将碳微球与具有抑烟效果的阻燃剂复配使用，在改善抑烟性的同时，达到协同阻燃的效果。目前已知的具有抑烟效果的阻燃剂多为氢氧化镁、氢氧化铝、水滑石等，然而在聚烯烃中添加这些阻燃剂时，碳微球与抑烟阻燃剂混合后的自身团聚性严重，且碳微球与抑烟阻燃剂均为无机化合物，两者与聚丙烯基体直接接触，从而增加了由团聚问题和界面问题导致的阻燃效率低、机械性能差等问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种碳微球@水滑石@聚磷腈杂化阻燃剂及其制备方法，先通过静电作用力将水滑石包覆在碳微球表面，再利用磷腈与4,4'-二氨基二苯醚进行原位聚合反应之后形成的聚磷腈有机膜包覆在碳微球@水滑石表面，得到碳微球@水滑石@聚磷腈杂化阻燃剂，将其添加至聚烯烃基体材料中，不仅显著改善聚烯烃基体材料的阻燃性能，同时还可降低阻燃剂对基体材料的力学性能的破坏。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：

一种碳微球@水滑石@聚磷腈杂化阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将碳微球超声分散于无水乙醇中，得到碳微球悬浮液；

(2)将Mg²⁺盐与Al³⁺盐超声分散于水中，得到混合盐溶液；将NaOH和Na₂CO₃超声分散于水中，得到混合碱溶液；

(3)将混合盐溶液和混合碱溶液同时滴入碳微球悬浮液中，滴入过程中碳微球悬浮液的pH保持在10～11，于80～120℃反应6～12h即得碳微球@水滑石；