[发明专利]一种具有核-壳结构的纳米阻燃剂及制备方法

说明书

本发明属于阻燃技术领域，具体涉及一种具有核‑壳结构的纳米阻燃剂及制备方法，包括以下组分：NFP，壳聚糖，植酸和金属离子；所述核‑壳结构以NFP为阻隔型内核，壳聚糖和植酸为膨胀型外壳，金属离子为催化型外壳。本发明具有核‑壳的纳米阻燃剂，以无机纳米颗粒NFP为阻隔型内核，壳聚糖和植酸为膨胀型外壳，金属离子为催化型外壳，它们之间具有协同作用，可实现最大化的阻燃效果，该制备过程简便、绿色环保，且所获得的纳米阻燃剂的产量高、性能优异、阻燃效果好。

技术领域

本发明属于阻燃技术领域，具体涉及一种具有核-壳结构的纳米阻燃剂及制备方法。

背景技术

目前，提高聚合物阻燃性能的最常用方法是在聚合物基体中添加阻燃剂，例如卤素基阻燃剂，磷基阻燃剂，氮基阻燃剂和金属氢氧化物等。据报道，在各种各样的阻燃剂中，卤素基阻燃添加剂更为有效，但它们对人类和动物具有毒性，致癌性和生物累积性，并且在环境中具有持久性，在大多数国家已被逐步禁止使用。为了解决这些关键问题，设计和开发环保且无卤素的阻燃剂非常紧迫。

近年来，粘土、层状双氢氧化物、氧化石墨烯和其他层状化合物等无机二维纳米材料，因其优异的相容性和较大的比表面积在环境友好型纳米阻燃剂的开发中引起了广泛关注。在各种无机纳米化合物中，磷酸盐纳米颗粒由于其优异的性能，如可控制的长径比，高纯度，良好的热稳定性和更好的催化碳化作用而受到越来越多的关注。另外，在磷酸铁的表面上有大量的酸催化位点，可以将非晶碳结构转变为石墨碳结构以形成致密的碳层。在许多研究中，单层片状纳米片在燃烧过程中会卷曲，这不利于炭层的强度和致密性，从而导致阻燃效果降低。

基于以上，如何通过绿色简便的制备工艺，设计出一种环境友好的具有核-壳结构纳米阻燃剂，并且具有高效阻燃性能的阻燃剂具有重要的现实意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种不含卤素环境友好、阻燃性能优异、具有核-壳结构的纳米阻燃剂及其制备方法，以解决或部分解决现有技术中存在的问题。

本发明一方面是一种具有核-壳结构的纳米阻燃剂，包括以下组分：NFP((NH₄)[Fe₂(OH)(PO₄)₂]·2H₂O)，壳聚糖，植酸和金属离子；所述核-壳结构以NFP为阻隔型内核，壳聚糖和植酸为膨胀型外壳，金属离子为催化型外壳。

本发明选用生物质资源壳聚糖(CH)为外壳，绿色、环保、无毒且可持续，其是富含碳的天然几丁质的脱乙酰基衍生物，由于含有丰富的-NH₂和-OH基团，它可以在膨胀型阻燃剂中作为气体源和碳源；植酸(PA)是一种无毒的磷化合物，主要储存在植物中，具有极好的捕获自由基和催化脱水和碳化的能力，可以被用作膨胀型阻燃剂的酸源；金属离子不仅可以用于促进树脂的交联以增强热稳定性，而且还可以起到加速脱氢的作用，从而提高残炭的产率，可提高膨胀型阻燃剂的阻燃效率；无机纳米颗粒NFP经包覆改性后形成核-壳结构可提高磷酸铁盐在聚合物基体中阻燃性能。

优选地，上述技术方案中，所述核-壳结构的组装顺序为NFP，壳聚糖，植酸，金属离子。

优选地，上述技术方案中，所述NFP、壳聚糖、植酸和金属离子的重量比为5：5-10：20-40：1-5。

优选地，上述技术方案中，所述金属离子为锰离子、铜离子、锌离子。具体的，金属离子为二氯化锰或氯化铜或氯化锌。

本发明另一方面还提供一种具有核-壳结构的纳米阻燃剂的制备方法，包括以下具体步骤：