[發明專利]一種勃姆石-納米纖維素纖維-埃洛石復合阻燃材料的制備方法

有效

• 申請號: 202110790609.3
• 申請日: 2021-07-13
• 公開（公告）號: CN113501683B
• 公開（公告）日: 2022-06-21
• 發明（設計）人: 彭志勤;王曉云;劉勇;楊丹;黃駒;萬軍民
• 申請（專利權）人: 浙江理工大學
• 主分類號: C08K3/016
• 分類號: C08K3/016;C04B28/00
• 代理公司: 浙江永航聯科專利代理有限公司 33304
• 代理人: 蔡鼎

本發明涉及阻燃材料領域，公開了一種勃姆石?納米纖維素纖維?埃洛石復合阻燃材料的制備方法。本發明以檸檬汁為酸解劑進行化學預處理，再結合高效低耗的球磨技術從果皮垃圾柚皮中提取納米纖維素纖維，成本低廉，綠色環保；從埃洛石天然原礦中純化改性得到羥基化埃洛石，使其外表面具有大量的硅羥基，易于與具備優異阻燃性能的勃姆石及具有良好隔熱性能的納米纖維素纖維形成氫鍵連接，其中埃洛石與納米纖維素纖維間形成的氫鍵還可在加熱中發生脫水反應，從而與納米纖維素纖維形成穩定共價鍵連接，三者交聯在一起形成一種阻燃、無毒、消煙無害的復合材料。

技術領域

本發明涉及阻燃材料領域，尤其涉及一種勃姆石-納米纖維素纖維-埃洛石復合阻燃材料的制備方法。

背景技術

從石油材料中制備的阻燃劑阻燃性較差，單一的無機阻燃劑如硅凝膠質地較脆，因此目前從可再生資源中制備阻燃材料并將其與無機阻燃成分復合勢在必行。纖維素來源廣泛，可從植物、背囊動物、藻類、真菌中獲得，制備成本低且可再生。纖維素基材料的隔熱性能已引起了科學界和工業界都引起了極大的興趣，纖維素表面形貌使滲透或擴散距離增加，熱傳導方面具有較好的隔熱性能，但纖維素的極限氧指數低，是一種極易燃的材料，所以為安全使用應賦予其耐火性能。

埃洛石是天然存在的低成本黏土，是1:1型二八面體層狀硅酸鹽礦物，具有類似碳納米管的雙層中空管狀物，管內腔表面組成主要為鋁羥基，帶正電荷，管外表面為硅羥基，帶負電荷，其在水中呈負電性，具有價格低廉，綠色環保和協同阻燃等優點，是一種綠色環保的硅酸鹽材料。埃洛石在聚合物的分解過程中可以吸收聚合物燃燒中產生的輻射能，不僅有利于降溫，促進脫氫反應和保護炭層，而且可以包圍火焰，起到良好的阻燃效果。

勃姆石又稱軟水鋁石，晶體結構與石墨烯的結構極度相似。在不導電的介質中，熱量的傳遞主要依靠晶格的微小振動，而勃姆石結晶完整，晶粒細小，晶體結構缺陷少，故導熱系數高。勃姆石表面含有大量羥基，受熱分解過程中釋放的水蒸氣蒸發吸收熱量，同時也可稀釋基體分解產生的可燃性氣體，生成的Al₂O₃致密薄膜覆蓋在基體表面可以延緩燃燒速率，從而達到阻燃抑煙的結果。

目前還尚未有將埃洛石、勃姆石以及納米纖維素纖維進行復合制備為復合材料的相關報道，因此對于如何將上述三種材料進行合理的復合以獲得一種具有出色阻燃性的復合材料，具有一定的研究意義。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種勃姆石-納米纖維素纖維-埃洛石復合阻燃材料的制備方法。本發明以檸檬汁為酸解劑進行化學預處理，再結合高效低耗的球磨技術從果皮垃圾柚皮中提取納米纖維素纖維，成本低廉，綠色環保；從埃洛石天然原礦中純化改性得到羥基化埃洛石，使其外表面具有大量的硅羥基，易于與具備優異阻燃性能的勃姆石及具有良好隔熱性能的納米纖維素纖維形成氫鍵連接， 其中埃洛石與納米纖維素纖維間形成的氫鍵還可在加熱中發生脫水反應，從而與納米纖維素纖維形成穩定共價鍵連接，三者交聯在一起形成一種阻燃、無毒、消煙無害的復合材料。

本發明的具體技術方案為一種勃姆石-納米纖維素纖維-埃洛石復合阻燃材料的制備方法，包括以下步驟：

1) 埃洛石純化：將經初步純化的埃洛石原礦30-35 g浸沒于320-345 mL H₂O₂溶液中，超聲25-30 min后以200 -300 rpm的轉速磁力攪拌1-2.5 h, 洗滌后冷凍干燥18-22 h；

有機污染物的存在會對后續HNT的包覆造成負面影響，采用H₂O₂溶液可有效去除有機雜質，使埃洛石進一步純化。

2) 埃洛石納米管羥基化改性：將步驟1）中得到的粉末超聲分散于室溫下pH為12-12.5的NaOH溶液中，磁力攪拌24-27 h，將得到的懸浮液離心分離，沉淀物用去離子水洗滌至pH呈中性，干燥后得到羥基化改性的埃洛石納米管，記作h-HNT；