[发明专利]阻燃高强韧改性纳米纤维素及其制备方法、阻燃强韧平衡聚烯烃

说明书

本发明涉及材料改性技术领域，具体涉及阻燃高强韧改性纳米纤维素及其制备方法、阻燃强韧平衡聚烯烃；制备阻燃高强韧改性纳米纤维素包括如下步骤：(1)使纳米纤维素表面接枝疏水剂获得疏水纳米纤维素，所述疏水剂为具有至少一个氨基官能团的硅烷；(2)将所述疏水纳米纤维素与含羟基的二烯丙基醚化合物在二异氰酸酯的作用下进行加热反应获得阻燃高强韧改性纳米纤维素；还涉及包括阻燃高强韧改性纳米纤维素的阻燃强韧平衡聚烯烃。采用本发明的改性纳米纤维素添加至聚烯烃中，能够增加其与聚烯烃材料的界面相容性，有利于提高复合材料的强度、韧性、阻燃和耐热性能。

技术领域

本发明涉及材料改性技术领域，具体涉及阻燃高强韧改性纳米纤维素及其制备方法、阻燃强韧平衡聚烯烃。

背景技术

纳米纤维素简单可以分为如下几类：(1)纤维素纳米晶(cellulosenanocrystals，CNC)，CNC具有结晶，通常是晶须状或球状；纤维素纳米晶还常被称作纳米结晶纤维素(nanocrystalline cellulose，NCC)、纤维素纳米晶须(cellulose nanowhisker，CNW)等；(2)纤维素纳米纤维(cellulose nanofibre，CNF)，CNF具有结晶区和无定形区，长径比较大，柔韧性较好；纤维素纳米纤维还常被称为纳米纤丝化纤维素(nanofibrillatedcellulose，NFC)、微纤化纤维素(mierofibillated cellulose，MFC)等；(3)细菌纳米纤维素(bacterial nanocellulose，BNC)，BNC由微纤丝相互缠绕构成三维纳米网状，其纯度较高，结晶度高大于95％，聚合度高，并且具有较好的生物相容性。当纳米纤维素作为填充剂应用到高分子材料中制备复合材料时，因其表面含有丰富的羟基、比表面积大、极性较强，与基体材料混合时极易发生团聚，在基体中出现分散不均匀、相容性差、热稳定性差等问题，从而影响复合材料的机械性能和阻燃性能。因此，如何提高纳米纤维素与基体材料的相容性是本发明需要解决的技术问题。

在文献“表面改性CNF对PLA/TPU共混物的结晶与力学性能的影响”中，使用KH550改性CNF后，CNF-KH550填料在基体间的分散性、相容性有所增强，但PLA与PBS、TPU聚合物之间，相分离程度依旧较为明显。专利CN 115433442 A“可生物降解强韧复合材料及其制备方法”中，先对聚乳酸进行扩链，并在纤维素纳米晶表面接枝单宁酸和十八胺对进行疏水改性，提高了纳米晶与聚乳酸和PBAT的相容性，从而提高复合材料的力学性能。专利CN115636986 A“一种纳米纤维素复合填料及其制备方法与应用”中先用硅烷偶联剂对纳米纤维素进行疏水改性，再用聚丙二醇(PPG)对纳米纤维素进行包覆，最后与PLA、PBAT材料进行共混，制备薄膜，其拉伸强度比PLA/PBAT薄膜提高了12.1％，断裂伸长率提高了21.76％，其性能提升不明显，主要是聚丙二醇(PPG)是极性物质，与疏水改性后的纳米纤维素界面相容性较差。

发明内容

为了解决纳米纤维素与基体材料相容性差的技术问题，本发明提供阻燃高强韧改性纳米纤维素及其制备方法、阻燃强韧平衡聚烯烃。本发明首先在纳米纤维素表面接枝疏水剂，使纳米纤维素获得疏水性能，同时在二异氰酸酯的作用下，将纳米纤维素与含羟基的二烯丙基醚化合物进行连接，制得具有疏水、阻燃、界面相容性好的改性纳米纤维素。由于接枝物上具有二烯丙基醚化合物以及酰胺基和酯基，在引发剂的作用下双键能够与聚烯烃进行熔融反应性共混，原位接枝生成共聚物，增强纳米纤维素与聚烯烃间的界面相容性，其柔性链以及酰胺基和酯基能够提高基体材料的机械性能、耐热性能以及韧性，另外，同时具备疏水、阻燃性。

为了达到以上目的，本发明通过以下技术方案实现：

阻燃高强韧改性纳米纤维素的制备方法，包括如下步骤：

(1)使纳米纤维素表面接枝疏水剂获得疏水纳米纤维素，所述疏水剂为具有至少一个氨基官能团的硅烷；

(2)将所述疏水纳米纤维素与含羟基的二烯丙基醚化合物在二异氰酸酯的作用下进行加热反应获得阻燃高强韧改性纳米纤维素。