[發明專利]一種反應型碳納米管阻燃劑的制備方法

有效

• 申請號: 201510299859.1
• 申請日: 2015-06-03
• 公開（公告）號: CN105037734B
• 公開（公告）日: 2018-08-21
• 發明（設計）人: 王江波;黃夢嬌;胡鉞;方佳琳
• 申請（專利權）人: 寧波工程學院
• 主分類號: C08G77/38
• 分類號: C08G77/38;C08G77/26;C08L83/08;C08L67/06;C08L83/04
• 代理公司: 寧波誠源專利事務所有限公司 33102
• 代理人: 張一平

本發明涉及一種反應型碳納米管阻燃劑的制備方法，由于聚硅氧烷與碳納米管本身都屬于阻燃劑，將聚硅氧烷通過化學鍵接枝在碳納米管上，聚硅氧烷與碳納米管之間產生協同作用從而使二者的阻燃性能得到充分發揮；被聚硅氧烷接枝后的碳納米管結構上還具有了聚硅氧烷所帶的乙烯基，可以通過該乙烯基將反應型阻燃劑接枝到不飽和聚酯、硅橡膠等多種合成材料中，聚硅氧烷中的苯基可以在燃燒過程中提高聚合物的成炭性能和阻燃性能，不僅能提高基體的阻燃性能，而且有利于改善材料的機械、電學等性能；聚硅氧烷、碳納米管都屬于成炭型阻燃劑，而聚硅氧烷結構中的苯環在燃燒過程中可以進一步強化這種成炭作用，使得整個反應型阻燃體系具有更加出色的阻燃性能。

技術領域

本發明涉及一種反應型碳納米管阻燃劑的制備方法。

背景技術

近些年來，碳納米管憑借其優異的耐熱性能和力學性能，開始作為合成材料阻燃劑使用，但是由于碳納米管具有較大的長徑比(一般介于300～1000之間)和很強的靜電相互作用，碳管極易在聚合物基體中聚集成束，導致其分散性變差，不能很好地起到阻燃作用。現有技術中常用的解決方法是將有機物接枝到碳納米管表面，從而提高其在聚合物中的分散性。采用該方法制得的復合材料穩定性較高，比如Chen等人[Chen GX,ShimizuH.Multiwalled carbon nanotubes grafted with polyhedral oligomericsilsesquioxane and its dispersion in poly(L-lactide)matrix.Polymer,2008,49(4):943-951.]將POSS接枝到碳納米管表面，再制備聚乳酸/碳納米管復合物，由于碳納米管與基體間產生了強烈的界面結合力，因此可以在各種加工條件下保持良好分散。

采用傳統有機化合物作為共價修飾劑時，雖然能減弱碳納米管由于范德華力而引起的聚集傾向，改善其在基體中的分散性，但是，由于有機物本身具有易燃性，往往不能達到提高復合體系阻燃性能的目的。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀，提供一種反應型碳納米管阻燃劑的制備方法，該方法制備的反應型阻燃劑高效、清潔、對環境友好無害，且具有較好的分散性，便于將該反應型阻燃劑接枝到不飽和聚酯、硅橡膠等多種合成材料中，不僅能提高基體的阻燃性能，而且有利于改善材料的機械、電學等性能。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種反應型碳納米管阻燃劑的制備方法，其特征在于包括以下步驟：

(1)聚硅氧烷的制備

將氨基硅烷單體、乙烯基硅烷單體及苯基硅烷單體混合并溶于溶劑中，向該反應體系中加入堿催化劑，控制反應液的pH值為7～10，室溫下反應2～6h后收集產物即得到含有氨基、乙烯基、苯基的聚硅氧烷；

(2)反應型碳納米管阻燃劑的制備

將羧基化多壁碳納米管與二氯亞砜溶于有機溶劑中，超聲處理并反應24～30h，反應完畢后去除溶液并干燥得到酰氯化碳納米管；

將所述酰氯化碳納米管與步驟(1)制備的聚硅氧烷按照質量比1:1～4混合并置于有機溶劑中，在該有機溶劑的沸點溫度下回流反應24～30h，即得到反應型碳納米管阻燃劑。

作為本發明的進一步改進，步驟(1)中加入的所述氨基硅烷單體、乙烯基硅烷單體與苯基硅烷單體的質量比為1～5:1～5:2～20。由于本發明的反應機理是聚硅氧烷中的氨基與酰氯化后的碳納米管發生化學反應，而聚硅氧烷中的苯基在燃燒過程中提高聚合物的成炭性能和阻燃性能；因此，當結構中的氨基和乙烯基含量過低時，將降低產物的反應性，而當結構中的氨基和乙烯基含量過高時，則苯環含量將會較少，最終影響成炭性能；采用上述反應質量比，可以使氨基、乙烯基與苯環之間的比例處于最佳組合范圍，從而使本發明的反應型碳納米管阻燃劑具有較好的阻燃性能。