[發明專利]一種阻燃聚丙烯/石墨烯/碳納米管納米復合材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201210429365.7
• 申請日: 2012-10-23
• 公開（公告）號: CN103012953A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 黃國波;楊健國;梁華定;葛昌華
• 申請（專利權）人: 臺州學院
• 主分類號: C08L23/12
• 分類號: C08L23/12;C08K13/04;C08K3/04;C08K7/00;C08K5/053;C08K5/3492;C08K3/32
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技術領域

本發明涉及阻燃高分子材料及其制備方法，具體涉及一種阻燃聚丙烯/石墨烯/碳納米管納米復合材料及其制備方法。

背景技術

1976年，Fujiwara等首次提出尼龍6/粘土納米復合材料具有阻燃性能，此后阻燃聚合物/納米復合材料的制備與研究日趨活躍。隨著納米技術和納米復合材料研究的深入，聚合物納米復合材料的阻燃性能引起了廣泛的關注。作為一種新型的“綠色環保”阻燃材料，與傳統填充聚合物相比，具有用量少、成本低、阻燃效能高、發煙量少等優點，因此該類阻燃材料受到了人們廣泛重視。目前國內外對于聚合物納米復合材料阻燃性能的研究較多，常用的納米顆粒主要有層狀硅酸鹽(如蒙脫土、粘土)、層狀氫氧化物、碳納米材料(如富勒烯、碳納米管)等。作為一種二維片層結構碳納米材料，石墨烯具有阻隔作用使之在阻燃改性聚合物方面占有很大的優勢。為了進一步提高聚合物納米復合材料的阻燃性能，納米顆粒與膨脹型阻燃劑復配應用于阻燃高分子材料的制備。例如納米顆粒與膨脹型阻燃劑(如聚磷酸銨、三聚氰胺等)共同改性聚丙烯、尼龍6、不飽和聚酯、環氧樹脂等，發現在聚合物納米復合材料中添加膨脹型阻燃劑在不降低阻燃級別的情況下，阻燃劑的用量(與純高聚物相比)明顯減少，可見膨脹型阻燃劑和納米顆粒具有協同阻燃作用。阻燃聚丙烯/石墨烯/碳納米管納米復合材料為解決上述阻燃改性高分子材料存在的問題提供了一種新的途徑。

發明內容

本發明要解決的首要技術問題在于提供一種具有阻燃性的聚丙烯/石墨烯/碳納米管納米復合材料。

發明所述的阻燃聚丙烯/石墨烯/碳納米管納米復合材料，其組成中含有膨脹型阻燃劑、石墨烯和碳納米管。

所述的阻燃聚丙烯/石墨烯/碳納米管納米復合材料，其組成中膨脹型阻燃劑含有季戊四醇、聚磷酸、聚磷酸銨、聚磷酸三聚氰胺和三聚氰胺。

本發明要解決的第二個技術問題在于提供一種上述阻燃聚丙烯/石墨烯/碳納米管納米復合材料的制備方法。

所述的阻燃聚丙烯/石墨烯/碳納米管納米復合材料的制備方法，包括如下步驟：

(1)石墨烯、碳納米管和聚丙烯通過溶液混合方法制備含石墨烯和碳納米管聚丙烯母料。

(2)膨脹型阻燃劑、含石墨烯和碳納米管聚丙烯母料以及聚丙烯通過熔融共混方法制備阻燃聚丙烯/石墨烯/碳納米管納米復合材料。

下面分別對上述步驟(1)～步驟(2)進行詳細說明。

本發明步驟(1)所述的制備方法具體可按照如下進行：石墨烯、碳納米管和聚丙烯，在溶劑存在的條件下，在溶劑的回流溫度下攪拌4～8小時，蒸出溶劑后得含石墨烯和碳納米管聚丙烯母料。

所述的溶劑選自下述之一：甲苯、鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯。所述溶劑的體積用量以聚丙烯的質量計推薦為20～100ml/g。

所述的含石墨烯和碳納米管聚丙烯母料，石墨烯在聚丙烯母料中的重量百分含量為10～25，碳納米管在聚丙烯母料中的重量百分含量為10～25，聚合物基體在聚丙烯母料中的重量百分含量為50～80。

本發明步驟(2)所述的制備方法具體可按照如下進行：所述的含石墨烯和碳納米管聚丙烯母料、膨脹型阻燃劑和聚丙烯先通過高速分散機預分散，再通過螺桿擠出機于180～230℃溫度下擠出造粒，得阻燃聚丙烯/石墨烯/碳納米管納米復合材料。

所述的阻燃聚丙烯/石墨烯/碳納米管納米復合材料，石墨烯在納米復合材料中的重量百分含量為0.1～5，碳納米管在納米復合材料中的重量百分含量為0.1～5，膨脹型阻燃劑在納米復合材料中的重量百分含量為5～30，聚合物基體在納米復合材料中的重量百分含量為60～94.8。

與現有技術相比，本發明的有益效果體現在如下幾方面：

本發明所述的阻燃納米復合材料不含鹵素、阻燃效果好、適用范圍廣、符合環保要求；該阻燃納米復合材料的制備操作簡便，原料易得，易于工業化。該阻燃納米復合材料主要通過機械共混獲得，降低阻燃材料制備成本；本發明所述的阻燃納米復合材料采用非鹵體系，從而減少了材料燃燒過程中的“二次危害”；本發明所述的阻燃納米復合材料利用膨脹型阻燃劑、石墨烯與碳納米管三者協同阻燃作用，提高對高分子材料的阻燃效果，減少阻燃劑在高分子材料的使用量，降低阻燃材料的成本。

具體實施方式

以下以具體實施例來說明本發明的技術方案，但本發明的保護范圍不限于此：

實施例1：含石墨烯和碳納米管聚丙烯母料的制備