一种纳米材料复合的阻燃塑料的制备方法与流程

本发明涉及塑料制备，尤其涉及一种纳米材料复合的阻燃塑料的制备方法。

背景技术：

1、在电子、建筑和交通等关键领域中对塑料材料阻燃性能的要求日益增加。为了实现这一目标，阻燃剂的添加成为了提高塑料材料防火安全性的有效策略。然而，阻燃剂的选择和应用面临着诸多挑战，包括阻燃效率、环境影响、材料性能影响以及成本等因素。

2、传统的阻燃剂中，溴系阻燃剂以其高阻燃效率而著称，但由于其含有卤素元素，容易使塑料材料着色，且不符合当前的环保要求，其应用受到了极大的限制。磷系阻燃剂虽然能提供一定的阻燃效果，但往往会导致塑料改性后的性能急剧下降，从而限制了其应用范围。

3、近年来，磺酸盐阻燃剂因其高效率、对改性料物理性能影响较小，以及对聚碳酸酯透光率影响低等优点，逐渐受到研究者的青睐。同时，硅系阻燃剂虽然价格昂贵，但其出色的协效阻燃作用以及对材料性能影响小的特性，使得它在一些高端应用中仍具有不可替代的地位，特别是液态硅系阻燃剂，它在保持材料透明性的同时，能够提供有效的阻燃性能。

4、然而，随着法规的严格，对于阻燃剂的可持续性要求也日益增加。因此，迫切需要开发新型、高效的阻燃剂以满足不同领域对阻燃塑料的需求。

技术实现思路

1、为了解决以上问题，本发明提供了一种纳米材料复合的阻燃塑料的制备方法，包括如下制备步骤：

2、提供氧化石墨烯、聚磷酸铵和塑料基质，所述塑料基质含有极性基团；

3、对所述氧化石墨烯进行官能团化，得到表面引入有活性官能团的氧化石墨烯；

4、对所述聚磷酸铵进行活化处理，得到表面具有功能基团的聚磷酸铵，所述功能基团能够与所述活性官能团反应；

5、将官能团化的氧化石墨烯与活化处理后的聚磷酸铵进行接枝反应，得到接枝有聚磷酸铵的氧化石墨烯的阻燃剂；

6、按照质量百分比为5-25％的阻燃剂和质量百分比为70-90％的塑料基质进行混合，得到纳米材料复合的阻燃塑料。

7、可选地，所述聚磷酸铵由第一聚磷酸铵和第二聚磷酸铵混合而成；

8、所述第一聚磷酸铵的分子量为范围在1000-1500道尔顿中任一值，所述第二聚磷酸铵的分子量为范围在2000-4000道尔顿中任一值。

9、可选地，所述将官能团化的氧化石墨烯与活化处理后的聚磷酸铵进行接枝反应，得到接枝有聚磷酸铵的氧化石墨烯的阻燃剂，包括如下步骤：

10、将活化处理后的第一聚磷酸铵和官能团化的氧化石墨烯混合在第一预设溶剂中，得到第一混合溶液；

11、向所述第一混合溶液中加入第一催化剂，并在第一反应条件下进行初始接枝反应，以使得所述第一聚磷酸铵优先接枝在所述氧化石墨烯的边缘，得到第一反应混合物；

12、对所述第一反应混合物进行后处理，得到第一反应产物；

13、将活化处理后的第二聚磷酸铵和所述第一反应产物混合在第二预设溶剂中，得到第二混合溶液；

14、向所述第二混合溶液中加入第二催化剂，并在第二反应条件下进行后续接枝反应，以使得所述第二聚磷酸铵优先接枝在所述氧化石墨烯的基面，得到第二反应混合物；

15、对所述第二反应混合物进行后处理，得到第二反应产物。

16、可选地，所述对所述聚磷酸铵进行活化处理，得到表面具有功能基团的聚磷酸铵，包括如下步骤：

17、将所述聚磷酸铵溶解在极性有机溶剂中；

18、通过酯化反应或酰胺化反应对所述聚磷酸铵进行功能化，以在所述聚磷酸铵的表面引入所述功能基团，所述功能基团为酯基或酰胺基。

19、可选地，所述按照质量百分比为5-25％的阻燃剂和质量百分比为70-90％的塑料基质进行混合，得到纳米材料复合的阻燃塑料，包括如下步骤：

20、将质量百分比为5-25％的所述阻燃剂、质量百分比为70-90％的所述塑料基质以及第一预设添加剂在第一预设温度下进行预混合，得到预混合物；

21、将所述预混合物和第二预设添加剂在第二预设温度下进行熔融共混，得到所述阻燃塑料。

22、可选地，所述第一预设添加剂和所述第二预设添加剂均不包含界面相容剂。

23、根据本发明方案，首先，在氧化石墨烯上添加如羟基、羧基等反应活性官能团；接着，对聚磷酸铵进行活化，使其更易与氧化石墨烯的官能团反应。之后，两者通过接枝反应紧密结合，形成稳定的化学键合。这种结合不仅结合了两者各自的阻燃优势，还产生了显著的协同效果。在燃烧时，能形成更稳定、致密的炭层，有效阻止火焰蔓延，大幅提升阻燃性能。同时，这种阻燃剂在塑料中分散均匀，相容性好，确保了其阻燃效果最大化。在配方中，阻燃剂占比为5-25％，塑料基质占70-90％，这样的配比既保证了阻燃效果，又不影响塑料的原有性能，实现了阻燃与性能的平衡。

24、上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例详细说明如后。

技术特征：

1.一种纳米材料复合的阻燃塑料的制备方法，其特征在于，包括如下制备步骤：

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述聚磷酸铵由第一聚磷酸铵和第二聚磷酸铵混合而成；

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述将官能团化的氧化石墨烯与活化处理后的聚磷酸铵进行接枝反应，得到接枝有聚磷酸铵的氧化石墨烯的阻燃剂，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述第一混合溶液中所述第一聚磷酸铵和所述氧化石墨烯的摩尔比为范围在10-80:1中任一值，所述第一反应条件中反应温度为范围在100℃-300℃中任一值，反应时间为范围在2h-4h中任一值；

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述第一预设溶剂和所述第二预设溶剂均选择为酰胺类、卤素化合物类或亚砜类极性非质子溶剂；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第一预设溶剂选择为酰胺类极性非质子溶剂时，所述第一混合溶液中所述第一聚磷酸铵和所述氧化石墨烯的摩尔比为范围在10-50:1中任一值；

7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述第二预设溶剂选择为酰胺类极性非质子溶剂时，所述第二聚磷酸铵和所述第一反应产物的摩尔比为范围在15-25:1中任一值；

8.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述对所述聚磷酸铵进行活化处理，得到表面具有功能基团的聚磷酸铵，包括如下步骤：

9.根据权利要求1-7中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述按照质量百分比为5-25％的阻燃剂和质量百分比为70-90％的塑料基质进行混合，得到纳米材料复合的阻燃塑料，包括如下步骤：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第一预设添加剂和所述第二预设添加剂均不包含界面相容剂。

技术总结
本发明提供了一种纳米材料复合的阻燃塑料的制备方法。该制备方法包括如下制备步骤：提供氧化石墨烯、聚磷酸铵和塑料基质，塑料基质含有极性基团；对氧化石墨烯进行官能团化，得到表面引入有活性官能团的氧化石墨烯；对聚磷酸铵进行活化处理，得到表面具有功能基团的聚磷酸铵，功能基团能够与活性官能团反应；将官能团化的氧化石墨烯与活化处理后的聚磷酸铵进行接枝反应，得到接枝有聚磷酸铵的氧化石墨烯的阻燃剂；按照质量百分比为5‑25％的阻燃剂和质量百分比为70‑90％的塑料基质进行混合，得到纳米材料复合的阻燃塑料。该阻燃剂是将聚磷酸铵接枝到氧化石墨烯上，两者产生了协同效果，极大提成阻燃性能、热稳定性以及与塑料基质的相容性。

技术研发人员：魏佳伟,赵宁宇
受保护的技术使用者：宿迁禾润昌新材料有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23