一种β‑氢氧化镍‑多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种β‑氢氧化镍‑多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料及其制备方法。该制备方法通过水热反应合成二维β‑Ni(OH)2纳米片沿着一维CNT生长的β‑Ni(OH)2‑CNTs杂化体，再将β‑Ni(OH)2‑CNTs杂化体引入UPR基质中进行纳米复合，常温下固化，形成β‑Ni(OH)2‑CNTs/UPR纳米复合阻燃材料。本发明专利技术的β‑Ni(OH)2‑CNTs/UPR纳米复合阻燃材料与单一CNTs、β‑Ni(OH)2和纯UPR相比，具有更好的热性能、阻燃性和静态力学性能；同时为含镍化合物在阻燃抑烟领域的应用提供了新思路。

A beta nickel hydroxide multi walled carbon nanotube / unsaturated polyester resin nano composite flame retardant material and preparation method thereof

The invention discloses a beta nickel hydroxide multi walled carbon nanotube / unsaturated polyester resin nano composite flame retardant material and preparation method thereof. The preparation method by hydrothermal synthesis of two-dimensional Ni (OH) beta 2 nanosheets along one-dimensional growth of CNT beta Ni (OH) 2 CNTs hybrid, then beta Ni (OH) 2 CNTs hybrids into UPR matrix of nano composite, room temperature curing, the formation of beta Ni (OH) 2 CNTs/ UPR nano composite flame retardant materials. The invention of the beta Ni (OH) 2 CNTs/UPR nano composite flame retardant materials and single CNTs, beta Ni (OH) 2 and compared to pure UPR, thermal properties, flame retardancy and static mechanical properties is better; at the same time provides a new idea for the application of nickel compounds in the field of flame retardant and smoke suppression.

【技术实现步骤摘要】
一种β-氢氧化镍-多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料及其制备方法
本专利技术属于含能材料制备
，具体涉及一种具有阻燃抑烟功能的β-氢氧化镍-多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合材料及其制备方法。
技术介绍
不饱和聚酯树脂(UPR)是聚酯中的一个重要品种，广泛用于船舶，建筑，装饰，交通，军工等其他众多领域。但UPR的易燃特性以及燃烧释放大量有毒烟气成为其应用中最大的威胁，也极大限制了其使用范围。因此，改善UPR复合材料的阻燃和抑烟性能从而降低火灾危险性是非常有价值的。由于卤系阻燃剂阻燃的材料在燃烧时产生大量有毒，有腐蚀性的烟雾，对人类和环境存在很大伤害。基于环境保护和可持续发展的要求，无卤阻燃体系将有很大的发展前景。近年来，聚合物/无机物纳米复合技术是材料领域研究的一大热点，利用这种技术可将一种或多种无机材料均匀分散到聚合物基体中形成聚合物/无机物纳米复合材料。聚合物/无机物纳米复合材料的力学性能，热稳定性，阻燃性能等方面比其相应的聚合物材料均有较大提高。最近，纳米颗粒例如纳米粘土、碳纳米管、蒙脱土、石墨烯已引起人们的高度关注，并由于其优越的结构、导电性能、机械和热性能，被认为是用于改善聚合物材料阻燃性能和其他物理性能的理想纳米填料。在纳米颗粒中，碳纳米管(CNT)是功能性聚合物纳米复合材料的理想的一维纳米填料。根据可行的文献，碳纳米管的独特网络结构可以在聚合物燃烧过程中形成一个致密的碳层，这可以起到阻碍能量传递和抑制易燃挥发物释放的良好屏障作用。因此，碳纳米管已经成为聚合物阻燃性的普遍候选者。另外，二维纳米添加剂，如石墨烯、硫化钼、蒙脱石等，是另一类有效的阻燃纳米填料。在这些二维的纳米材料中，β-氢氧化镍(β-Ni(OH)2)纳米片具有相对较高的比表面积、超薄厚度、拉伸强度和弹性。此外，大多数含镍化合物是用于形成聚合物的良好催化剂，如β-Ni(OH)2纳米片可以在聚合物热降解过程中催化石墨碳的形成，其具有优异的热稳定性和强度，在聚合物中形成的石墨碳的紧密网络结构可以有效地抑制热传递，释放可燃挥发物。此外，β-Ni(OH)2纳米片也被证明是一种良好的防烟剂，有利于减少聚合物的火灾危害。然而，纳米填料(如CNT和β-Ni(OH)2纳米片)中的强范德华力使其易于在聚合物中聚集，这将极大地限制聚合物纳米复合材料的最终性能。为了最大限度地提高纳米复合材料的性能，提高纳米填料的分散性是非常重要的。而根据研究，通过组合不同的纳米颗粒形成纳米晶体可以为纳米颗粒带来更好的分散性。中国专利技术专利申请号201010604694.1公开了一种低烟密度添加阻燃树脂及其应用，其采用纳米粒子和添加阻燃剂进行改性，其烟密度低，氧指数达到30％以上。中国专利技术专利申请号201010124612.1公开了一种微胶囊化膨胀性阻燃剂进行阻燃剂及其在环氧树脂复合材料中的应用，其采用三聚氰胺-甲醛树脂包覆聚磷酸铵阻燃剂进行阻燃环氧树脂，可通过UL-94测试V-0级，氧指数可达到30％以上。中国专利申请号201310187772.6公开了一种用于无机阻燃不饱和树脂的聚磷酸脂类降粘分散剂的制备方法，揭示了一种能降低不饱和树脂为基体高填充无机粉体阻燃剂复合体系粘度，改善体系分散性及提高复合体系阻燃性的助剂制备方法。上述专利均只进行阻燃方面的研究，没有力学方面的探讨。而在实际材料应用时，不可忽略其力学性能。综上所述，开发了一种新的环保友好型阻燃剂，同时在考虑阻燃性能的同时也兼顾了力学性能，具有实用价值，对类似科研课题也有借鉴价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供了一种β-氢氧化镍-多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料，即β-Ni(OH)2-CNTs/UPR纳米复合阻燃材料。该纳米复合阻燃材料为具有抑烟减毒性质的阻燃聚合物材料，同时具有较好的力学性能。本专利技术的目的还在于提供所述的一种β-氢氧化镍-多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料的制备方法。该方法通过水热反应合成二维β-Ni(OH)2纳米片沿着一维CNT生长的β-Ni(OH)2-CNTs杂化体，再将β-Ni(OH)2-CNTs杂化体引入UPR基质中进行纳米复合，常温下固化，形成β-Ni(OH)2-CNTs/UPR纳米复合阻燃材料。本专利技术的目的通过如下技术方案实现。一种β-氢氧化镍-多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料的制备方法，包括如下步骤：(1)将六水合硝酸镍和尿素通过搅拌完全溶解于水和乙二醇的混合溶剂中，再将加入多壁碳纳米管并通过连续超声搅拌分散均匀，将得到的混合溶液转移至水热反应釜中进行水热反应，反应结束后冷却至室温，依次用水和乙醇进行离心洗涤，烘干，得到β-氢氧化镍-多壁碳纳米管杂化体，即β-Ni(OH)2-CNTs杂化体；(2)将β-氢氧化镍-多壁碳纳米管杂化体、固化剂和促进剂在搅拌条件下依次加入不饱和聚酯树脂中，搅拌分散均匀后，常温下将混合物料在模具中固化，得到所述β-氢氧化镍-多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料，即β-Ni(OH)2-CNTs/UPR纳米复合阻燃材料。进一步地，步骤(1)中，所述六水合硝酸镍与尿素的摩尔比为1:2～5。进一步地，步骤(1)中，所述水和乙二醇的混合溶剂中，水与乙二醇的体积比为2:3～5。进一步地，步骤(1)中，所述六水合硝酸镍和尿素完全溶解于水和乙二醇的混合溶剂后得到的溶液中，溶质的摩尔浓度为0.135～0.150mmol/mL。进一步地，步骤(1)中，所述连续超声搅拌的时间为90～120min。进一步地，步骤(1)中，所述多壁碳纳米管为羧基化的多壁碳纳米管。进一步地，步骤(1)中，加入多壁碳纳米管并分散均匀后得到的混合溶液中，多壁碳纳米管的浓度为0.0025g/mL。进一步地，步骤(1)中，所述水热反应的温度为140℃，反应的时间为5～10h。进一步地，步骤(1)中，所述离心是在5000～7000r/min离心4～6min。进一步地，步骤(1)中，所述水和乙醇离心洗涤的次数均为3～5次。β-氢氧化镍-多壁碳纳米管杂化体的结构是由二维的β-氢氧化镍纳米片沿着一维的多壁碳纳米管生长而成的杂化体结构，β-Ni(OH)2纳米片具有很大的比表面积，与CNTs形成的杂化体具有致密的网络结构，起到良好的物理阻隔作用，能有效抑制了能量和有毒烟气的释放。进一步地，步骤(2)中，所述β-氢氧化镍-多壁碳纳米管杂化体的添加量为不饱和聚酯树脂重量的2％～4％。进一步地，步骤(2)中，所述β-氢氧化镍-多壁碳纳米管杂化体是在搅拌条件下加入不饱和聚酯树脂中，加入后继续搅拌30～60min。进一步地，步骤(2)中，所述固化剂包括过氧化甲乙酮。进一步地，步骤(2)中，所述固化剂的添加量为不饱和聚酯树脂重量的2～4％。进一步地，步骤(2)中，所述促进剂包括环烷酸钴。进一步地，步骤(2)中，所述促进剂的添加量为不饱和聚酯树脂重量的2～4％。进一步地，步骤(2)中，所述固化剂与促进剂均是在搅拌条件下加入不饱和聚酯树脂中，加入后继续搅拌2～5min。进一步地，步骤(2)中，所述模具的材料为聚四氟乙烯(PTFE)。进一步地，步骤(2)中，所述固化的时间为5～10h。由上述任一项所述的制备方法制得的一种一种β-氢氧化镍-多壁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种β‑氢氧化镍‑多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将六水合硝酸镍和尿素通过搅拌完全溶解于水和乙二醇的混合溶剂中，再将加入多壁碳纳米管并通过连续超声搅拌分散均匀，将得到的混合溶液转移至水热反应釜中进行水热反应，反应结束后冷却至室温，依次用水和乙醇进行离心洗涤，烘干，得到β‑氢氧化镍‑多壁碳纳米管杂化体；（2）将β‑氢氧化镍‑多壁碳纳米管杂化体、固化剂和促进剂在搅拌条件下依次加入不饱和聚酯树脂中，搅拌分散均匀后，常温下将混合物料在模具中固化，得到所述β‑氢氧化镍‑多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料。

【技术特征摘要】
1.一种β-氢氧化镍-多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：（1）将六水合硝酸镍和尿素通过搅拌完全溶解于水和乙二醇的混合溶剂中，再将加入多壁碳纳米管并通过连续超声搅拌分散均匀，将得到的混合溶液转移至水热反应釜中进行水热反应，反应结束后冷却至室温，依次用水和乙醇进行离心洗涤，烘干，得到β-氢氧化镍-多壁碳纳米管杂化体；（2）将β-氢氧化镍-多壁碳纳米管杂化体、固化剂和促进剂在搅拌条件下依次加入不饱和聚酯树脂中，搅拌分散均匀后，常温下将混合物料在模具中固化，得到所述β-氢氧化镍-多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料。2.根据权利要求1所述的一种β-氢氧化镍-多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述六水合硝酸镍与尿素的摩尔比为1:2~5；所述水和乙二醇的混合溶剂中，水与乙二醇的体积比为2:3~5；所述六水合硝酸镍和尿素完全溶解于水和乙二醇的混合溶剂后得到的溶液中，溶质的摩尔浓度为0.135~0.150mmol/mL。3.根据权利要求1所述的一种β-氢氧化镍-多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述连续超声搅拌的时间为90~120min；所述多壁碳纳米管为羧基化的多壁碳纳米管；加入多壁碳纳米管并分散均匀后得到的混合溶液中，多壁碳纳米管的浓度为0.0025g/mL。4.根据权利要求1所述的一种β-氢氧化镍-多壁碳纳米管/不饱和聚酯树脂纳米复合阻燃材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述水热...

【专利技术属性】
技术研发人员：江赛华，海云，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44