一种高阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法与流程

本发明涉及复合材料，具体为一种高阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚丙烯属于无毒塑料，价格便宜，具有较好的加工性能，但是其易燃，在燃烧的过程中有滴落物，限制了其使用；在长时间暴露在空气中，会受到细菌的侵蚀，从而影响其正常使用，因此如何避免这些现象，是解决问题的关键。壳聚糖具有良好的生物可降解性、生物相容性，分子骨架含有一定数量的侧链基团如羟基和氨基，这些基团在受热分解过程中可以在聚合物中碳化，形成阻碍燃烧的屏障，从而起到阻燃作用，将其应用在本发明的材料中，作为添加材料之一，提升材料的阻燃性能。如专利cn116041847a公布了一种高导热阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，复合材料具有较好的阻燃性能，但是其抗菌性能没有得到改善。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种高阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，具有较好的阻燃、抗菌效果。

3、(二)技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：一种高阻燃聚丙烯复合材料，包括以下重量组分：3-5重量份的苄氯基壳聚糖、4-6重量份的改性碳纳米管、5-8重量份的硅修饰硼酸、60-80重量份的聚丙烯。

5、优选的，所述硅修饰硼酸的制备方法为：

6、(1)向n,n-二甲基甲酰胺溶剂中加入5-醛基-2-噻吩硼酸和甲基硅酸季戊四醇酯，搅拌溶解，在75-85℃下反应10-14h，结束后减压蒸馏，过滤并干燥，得到中间体1；

7、(2)将5-氨基间苯二甲酸、氯化亚砜加入至二甲苯溶剂中，升温至65-80℃，回流反应6-8h，减压蒸馏除溶剂，得到中间体2；

8、(3)将中间体2和4-甲基-5-噻唑乙醇加入到n,n-二甲基甲酰胺溶剂中，搅拌混合，继续向其加入吡啶催化剂，在70-90℃下反应10-12h，结束后旋转除去溶剂，石油醚洗涤，干燥，得到含硫硼酸；

9、(4)向乙醇溶剂中加入含硫硼酸和中间体1，在70-95℃下反应7-10h，然后向其加入含氢硅油，在65-85℃下反应8-14h，结束后减压蒸馏，石油醚洗涤，干燥，得到硅修饰硼酸。

10、优选的，所述(1)中5-醛基-2-噻吩硼酸、甲基硅酸季戊四醇酯的质量比为1:1.6-2.1。

11、优选的，所述(2)中5-氨基间苯二甲酸、氯化亚砜的质量比为1:2.5-3。

12、优选的，所述(3)中中间体2、4-甲基-5-噻唑乙醇、吡啶催化剂的质量比为1.1-1.3:1:0.02-0.03。

13、优选的，所述(4)中含硫硼酸、中间体1、含氢硅油的质量比为1.2-1.4:1:0.8-1.2。

14、优选的，所述改性碳纳米管的制备方法为：

15、s1.在0-2℃下，向装有乙醚溶剂的反应釜中加入5-8重量份的含硫硼酸、6-10重量份的丙烯酰氯和0.4-0.6重量份的吡啶催化剂，通入氮气保护，在25-40℃下反应6-8h，结束后洗涤，干燥，得到烯基化硼酸；

16、s2.向n,n-二甲基甲酰胺溶剂中加入7-10重量份的烯基化硼酸、3-5重量份的乙烯基碳纳米管和6-12重量份的丙烯进行溶解，溶解后加入0.4-0.7重量份的偶氮二异丁腈引发剂，在60-80℃下反应2-6h，反应后减压蒸馏除去溶剂，过滤、洗涤并干燥，得到改性碳纳米管。

17、优选的，所述高阻燃聚丙烯复合材料的制备方法为：将苄氯基壳聚糖、改性碳纳米管、硅修饰硼酸、聚丙烯加入到双螺杆挤出机中，共混温度为185-190℃，挤出温度170-180℃，得到高阻燃聚丙烯复合材料。

18、(三)有益的技术效果

19、本发明通过将苄氯基壳聚糖、改性碳纳米管、硅修饰硼酸、聚丙烯加入到双螺杆挤出机中，共混，挤出，得到高阻燃聚丙烯复合材料，其中苄氯基壳聚糖中的苄氯会和改性碳纳米管、硅修饰硼酸中的叔胺进行反应，生成具有抗菌效果的季铵盐基团。

20、将5-醛基-2-噻吩硼酸中的硼酸基团和甲基硅酸季戊四醇酯中的羟基进行反应，同时引入了醛基，得到中间体1；将5-氨基间苯二甲酸中的羧基和氯化亚砜进行反应，引入了酰氯基团，继续和4-甲基-5-噻唑乙醇中的羟基进行反应，同时引入了氨基，从而得到含硫硼酸；将含硫硼酸中的氨基和中间体1中的醛基进行缩合反应，引入了双键，继续和含氢硅油进行加成反应，从而得到硅修饰硼酸。

21、聚丙烯复合材料在燃烧时，其中的硼酸会释放出结晶水并形成玻璃状涂层覆盖在材料表面，起到隔绝空气和降温的作用，从而达到阻燃的效果，硫元素在高温条件下能够释放出硫酸等强酸，这些强酸可以促进基材脱水成炭，形成的炭层具有隔热和隔绝空气的作用，从而阻止其燃；其中的硅元素能促进燃烧产物碳化，形成稳定的碳质层，阻止氧气进入，达到阻燃的效果；其中含有的碳纳米管本身也具有阻燃的效果。

技术特征：

1.一种高阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量组分：3-5重量份的苄氯基壳聚糖、4-6重量份的改性碳纳米管、5-8重量份的硅修饰硼酸、60-80重量份的聚丙烯。

2.根据权利要求1所述的高阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述硅修饰硼酸的制备方法为：

3.根据权利要求2所述的高阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述(1)中5-醛基-2-噻吩硼酸、甲基硅酸季戊四醇酯的质量比为1:1.6-2.1。

4.根据权利要求2所述的高阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述(2)中5-氨基间苯二甲酸、氯化亚砜的质量比为1:2.5-3。

5.根据权利要求2所述的高阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述(3)中中间体2、4-甲基-5-噻唑乙醇、吡啶催化剂的质量比为1.1-1.3:1:0.02-0.03。

6.根据权利要求2所述的高阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述(4)中含硫硼酸、中间体1、含氢硅油的质量比为1.2-1.4:1:0.8-1.2。

7.根据权利要求1所述的高阻燃聚丙烯复合材料，其特征在于，所述改性碳纳米管的制备方法为：

8.一种如权利要求1-7任一项所述的高阻燃聚丙烯复合材料的制备方法，其特征在于，所述高阻燃聚丙烯复合材料的制备方法为：将苄氯基壳聚糖、改性碳纳米管、硅修饰硼酸、聚丙烯加入到双螺杆挤出机中，共混温度为185-190℃，挤出温度170-180℃，得到高阻燃聚丙烯复合材料。

技术总结本发明涉及复合材料技术领域，且公开了一种高阻燃聚丙烯复合材料及其制备方法，本发明通过将苄氯基壳聚糖、改性碳纳米管、硅修饰硼酸、聚丙烯加入到双螺杆挤出机中，共混，挤出，得到高阻燃聚丙烯复合材料，其中苄氯基壳聚糖中的苄氯会和改性碳纳米管、硅修饰硼酸中的叔胺进行反应，生成具有抗菌效果的季铵盐基团。聚丙烯复合材料在燃烧时，其中的硼酸会释放出结晶水并形成玻璃状涂层覆盖在材料表面，从而达到阻燃的效果，硫元素、硅元素共同构成阻燃体系；其中含有的碳纳米管本身也具有阻燃的效果。技术研发人员：田然,管元峰受保护的技术使用者：青岛海铁复合材料有限公司技术研发日：技术公布日：2024/11/14