具有阻燃性的环保型水溶性聚乙烯醇复合材料及其制备方法

本发明属于高分子材料，具体涉及一种具有阻燃性的环保型水溶性聚乙烯醇复合材料及其制备方法。

背景技术：

1、聚乙烯醇(pva)作为一种水溶性聚合物，因其优异的生物相容性和生物降解性、良好的机械性能和优异的隔油性能而广泛应用于生物医药包装领域。然而，pva的极限氧指数相对较低，导致其阻燃性能较差，严重限制了其应用。

2、聚酰亚胺(pi)是一种高性能聚合物，具有出色的热稳定性，可以在高温下保持结构的完整性。它们耐高温性能优越，能够承受高温环境下的应力和热膨胀，不易熔化或分解。此外，聚酰亚胺还具有卓越的机械性能，包括高强度和刚度。它们能够承受较大的力和应力，具有优异的结构稳定性和抗变形性能。同时也表现出良好的化学稳定性，能够抵抗化学品、溶剂和腐蚀性物质的侵蚀。

3、为了提高pva的阻燃性能，通常在其中加入阻燃剂。磷酸胍(gp)是一种磷系阻燃剂，是无卤、无毒的环保型阻燃剂，符合现代环保要求。而且可用于多种材料的阻燃处理，包括木材、纸制品、塑料等，具有广阔的应用前景。然而gp具有较大的挥发性，有可能导致材料在长时间使用后阻燃性能下降，且gp的耐热性能相对较差，限制了在高温应用中的使用。因此，如何进一步减少gp的用量，提高耐热性能，对阻燃聚乙烯醇复合材料至关重要。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种具有阻燃性的环保型水溶性聚乙烯醇复合材料，该复合材料由聚乙烯醇、磷酸胍和聚酰亚胺组成，按照质量份数的组成为：聚乙烯醇100份、磷酸胍7.5-10份、聚酰亚胺5-20份。

2、其中，具有高残炭率的成碳剂聚酰亚胺，具有以下重复结构单元：

3、

4、具有高残炭率的聚酰亚胺的制备方法，合成路线如下：

5、

6、具有高残炭率的聚酰亚胺pi的具体制备方法步骤如下：

7、(1)将除水后的n-n二甲基乙酰胺(dmac)溶剂加入到装有机械搅拌的三口烧瓶中，一次性加入二胺单体4,4’-二氨基联苯-2,2-二羧酸(dcb)，待二胺单体溶解完全后加入二酐单体环丁烷四甲酸二酐(cbda)，并且氮气置换3～5次，以此来保证装置内隔绝空气，防止酸酐单体提前水解。室温反应5～12h，得到paa酸；

8、其中，二酐与二胺的摩尔比为1:1；

9、(2)采用热亚胺化法，将得到的paa酸均匀的滴涂在玻璃板上然后放入马弗炉中进行梯度升温反应，待反应完全后将其取出，从玻璃板上刮下，得到聚酰亚胺pi。

10、热亚胺化的温度梯度为：80℃-2h，130℃-1h，180℃-1h,230℃-1h，280℃-1h。

11、本发明还提供了一种具有阻燃性能的环保型水溶性聚乙烯醇(pva)复合材料的制备方法。通过在pva中添加阻燃剂gp和成炭剂得到了具有良好阻燃性能的pva复合材料，且这种复合材料是水溶性的，可以降低对自然环境的影响。

12、具体制备方法为：按质量份数取聚乙烯醇、磷酸胍溶于去离子水中，待完全溶解后，加入三乙胺调节溶液的ph＝10，之后加入聚酰亚胺于其中，完全溶解后，将得到的混合溶液均匀地滴涂在玻璃板上进行烘干，得到具有阻燃性能的水溶性聚乙烯醇复合薄膜。

13、由于采用上述技术方案，本发明具有以下优点和有益效果：

14、本发明提供的聚酰亚胺，热重分析测试表明在氧气和氮气下具有较高的残碳率，因而，可作为优良的成炭剂使用。通过与阻燃剂gp的复配使用，降低了阻燃剂gp的用量，降低了pva复合材料的生产成本，提高pva复合材料的阻燃等级，且这种复合材料是水溶性的，可以降低对自然环境的污染。

技术特征：

1.一种具有阻燃性的环保型水溶性聚乙烯醇复合材料，其特征在于，所述复合材料由聚乙烯醇、阻燃剂磷酸胍和成碳剂聚酰亚胺组成，所述聚酰亚胺具有以下重复结构单元：

2.根据权利要求1所述的具有阻燃性的环保型水溶性聚乙烯醇复合材料，其特征在于，所述复合材料按照质量份数的组成为：聚乙烯醇100份、磷酸胍7.5-10份、聚酰亚胺5-20份。

3.根据权利要求1所述的具有阻燃性的环保型水溶性聚乙烯醇复合材料，其特征在于，所述聚酰亚胺的制备方法步骤如下：

4.根据权利要求3所述的具有阻燃性的环保型水溶性聚乙烯醇复合材料，其特征在于，步骤(1)所述环丁烷四甲酸二酐和4,4‘-二氨基联苯-2,2'-二羧酸的摩尔比为1:1；反应中溶液的固含量为12％。

5.根据权利要求3所述的具有阻燃性的环保型水溶性聚乙烯醇复合材料，其特征在于，步骤(1)所述反应条件为：氮气氛围下室温反应5～12h。

6.根据权利要求3所述的具有阻燃性的环保型水溶性聚乙烯醇复合材料，其特征在于，步骤(2)所述热亚胺化法是以80℃-2h，130℃-1h，180℃-1h，230℃-1h,280℃-1h的程序进行梯度升温。

7.一种根据权利要求1所述的具有阻燃性的环保型水溶性聚乙烯醇复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法为：按质量份数取聚乙烯醇、磷酸胍溶于去离子水中，待完全溶解后，加入三乙胺调节溶液的ph，之后加入聚酰亚胺于其中，完全溶解后，将得到的混合溶液均匀地滴涂在玻璃板上进行烘干，得到具有阻燃性的水溶性聚乙烯醇复合薄膜。

8.根据权利要求1所述的具有阻燃性的环保型水溶性聚乙烯醇复合材料的制备方法，其特征在于，加入三乙胺调节溶液的ph＝10。

技术总结本发明属于高分子材料技术领域，具体涉及一种具有阻燃性的环保型水溶性聚乙烯醇复合材料及其制备方法。将环丁烷四甲酸二酐、4,4'‑二氨基联苯‑2,2‑二羧酸溶于N‑N二甲基乙酰胺中，在氮气氛围下室温反应完全后，得到PAA酸溶液；之后将PAA酸溶液进行梯度升温反应，得到聚酰亚胺PI。取聚乙烯醇、磷酸胍溶于去离子水中，将反应后的PI溶于聚乙烯醇、磷酸胍溶液中，得到聚乙烯醇混合溶液；再将混合溶液均匀地滴涂在玻璃板上进行烘干，得到具有阻燃性的环保型水溶性聚乙烯醇复合材料。本发明将聚酰亚胺与阻燃剂GP复配使用，能够降低阻燃剂GP的用量，提高聚乙烯醇复合材料的阻燃等级，且可以降低对自然环境的污染。技术研发人员：王艳宾,肖宝林,周楠,刘清清,王标兵受保护的技术使用者：常州大学技术研发日：技术公布日：2024/11/14