皮胶原纤维基阻燃剂的制备方法及阻燃改性高聚物的方法技术

本发明专利技术涉及功能型材料技术领域，尤其是涉及一种皮胶原纤维基阻燃剂的制备方法及阻燃改性高聚物的方法。皮胶原纤维基阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：对前处理过的皮胶原纤维进行阻燃元素负载处理。皮胶原纤维阻燃改性高聚物材料是通过将皮胶原纤维基阻燃剂与高聚物基材共混后成型制备得到阻燃改性高聚物的方式实现。采用本发明专利技术制备的皮胶原纤维基阻燃剂能够实现对多种高聚物材料的阻燃改性，并通过抗融滴以及提高阻燃改性高聚物的极限氧指数和残碳率来实现其阻燃性的提升。

Preparation of Collagen Fiber-based Flame Retardant and Method of Flame Retardant Modified Polymer

【技术实现步骤摘要】
皮胶原纤维基阻燃剂的制备方法及阻燃改性高聚物的方法
本专利技术涉及功能型材料
，尤其是涉及一种皮胶原纤维基阻燃剂的制备方法及阻燃改性高聚物的方法。
技术介绍
随着科技的发展，社会的进步，高聚物材料已经遍及了人们生活的方方面面。从航空航天到衣食住行，高聚物材料随处可见。但是，很多高聚物材料都有一个致命的缺点：高可燃性，即在使用过程中易发生燃烧，引起火灾，具有极大的危害性。目前因为高聚物材料燃烧引起的重大火灾事故时有发生。随着生产生活安全意识的提高，高聚物材料是否阻燃已经成为材料推广和应用的重要考量。实现高聚物的阻燃，一般有三种方法：1)本征阻燃(高聚物自身阻燃)，即高聚物因其自身的特殊化学结构而具有阻燃性，不需要改性和阻燃处理，就具有耐高温、抗氧化、不易燃等特点。这种本征阻燃高聚物虽然能直接满足很多应用场所对阻燃性的要求，且阻燃功能持久，但在现阶段能够实现本征阻燃的高聚物材料较少，且这些材料的应用范围相对较窄；2)反应型阻燃(阻燃单体分子与高聚物反应)，一种是利用化学反应将具有阻燃特性的元素或者基团引入到高聚物材料的基本组成中，在最大限度降低引入的元素或基团对材料基本性能影响的基础上，实现高聚物材料的阻燃，另一种则是针对高聚物材料的表面易燃性，在高聚物材料的表面引入一些具有阻燃特性的元素或基团，该方法的最大优点是可以在不影响高聚物材料内部的基本性能的情况下实现高聚物材料的阻燃特性，但两者都存在设备工艺复杂、成本昂贵等缺点，限制了其在高聚物材料阻燃改性方面的应用；3)填充阻燃(在高聚物中共混入阻燃剂)，填充阻燃是实现高聚物材料阻燃的最主要方法，具有成本低、操作简单等优势，并且可以有效控制并调节高聚物材料的易燃等级，但目前高效的阻燃填充剂一般是小分子无机阻燃剂，这些小分子的阻燃剂易在材料加工成型及使用过程中易流失，从而导致产品的阻燃性能与预期存在较大差距。此外，虽然目前阻燃剂的种类繁多，每一种阻燃剂都能够实现相对应的高聚物材料的高效阻燃。但受制于相容性的问题，目前并没有能够实现一种阻燃剂通过调控即可实现多种高聚物的有效阻燃。蛋白质是细胞中含量最多的有机物,基于蛋白质制备的材料被认为是一种环境友好的可再生材料。鉴于蛋白质自身较高的氮含量，其也被应用于作为阻燃材料，但目前的应用效果并不理想。作为阻燃填料单独使用时，几乎没有起到阻燃作用，只有当体系中添加入较大量的聚磷酸铵及硼酸锌时，复合材料才能具有一定的阻燃性(张娜.大豆蛋白基阻燃涂料的研究[D].南京理工大学,2015)。此外，由于缺乏相互之前的反应，这些阻燃剂同样存在着易流失的风险。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供皮胶原纤维基阻燃剂的制备方法，作为阻燃填料，自身具有极高的阻燃性，且制备成本低廉。本专利技术的第二目的在于提供皮胶原纤维基阻燃剂，该阻燃剂的结构与性能能够根据高聚物基材的种类和性质进行调控，从而具有优良的相容性。本专利技术的第三目的在于提供一种阻燃改性高聚物材料的方法以及得到阻燃改性的高聚物，将皮胶原纤维基阻燃剂与高聚物基材共混成型制得具有一定阻燃性能的皮胶原纤维-高聚物复合材料。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：皮胶原纤维基阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：对前处理过的皮胶原纤维进行阻燃元素负载处理。本专利技术采用皮胶原纤维作为一种阻燃改性材料，基于皮胶原纤维的阻燃改性填料能够充分利用皮胶原纤维的多项特点。氮元素是皮胶原纤维的重要组成元素(16％-18％)，该特点使得皮胶原纤维自身即具有一定的阻燃性。皮胶原纤维的特殊多级聚集体结构使得燃烧后形成的残碳含有大量空腔结构，从而使得火焰和热量难以传播。此外，胶原纤维在分子结构上存在丰富的活性基团，这些基团为胶原纤维自身性质的调控提供了可能，从而便于实现胶原纤维与高聚物基材相容性的改善。优选的，所述负载处理的方法包括：将所述前处理过的皮胶原纤维与阻燃元素负载剂在液体体系中混合处理。调节pH使阻燃元素负载剂中的阻燃元素与皮胶原纤维反应结合，使得阻燃元素得以在皮胶原纤维上固定。优选的，所述阻燃元素包括硼元素、氮元素、铝元素、硅元素和磷元素中的任一种或多种混合。如可采用铝元素与磷元素复配、铝元素与氮元素复配、铝元素与硼元素复配等等。优选的，所述阻燃元素负载剂的用量为所述前处理过的皮胶原纤维的0.1-20wt％，优选为2-10wt％。优选的，所述液体的用量为所述前处理过的皮胶原纤维的50-400wt％，优选为80-200wt％。具体采用的液体可以为水。优选的，硼元素的负载处理包括：在10-60℃，将前处理过的皮胶原纤维与50wt％-400wt％的水混合，用酸调节pH至3.8-5.0，逐步加入0.1wt％-20wt％的硼元素负载剂混合0.5-8h，混合期间使用酸控制pH在5.5-6.5，然后使用碱调节pH至6.0-7.0并继续混合0.5-5h，而后陈放24h。更优选的，在20-35℃，将完成前处理的皮胶原纤维与80wt％-200wt％的水混合，用酸调节pH至4.0-4.5，逐步加入2wt％-10wt％的硼元素负载剂混合1-4h，混合期间使用酸控制pH在5.8-6.2，然后使用碱调节pH至6.2-6.5并继续混合0.5-3h，而后陈放24h。优选的，氮元素的负载处理包括：在10-60℃，将前处理过的皮胶原纤维与50wt％-400wt％的水混合，用酸和/或碱调节pH至5.5-7.0，逐步加入0.1wt％-20wt％的氮元素负载剂混合0.5-8h，然后使用酸调节pH至3.0-4.5并继续混合0.5-5h，而后陈放24h。更优选的，在20-35℃，将完成前处理的皮胶原纤维与80wt％-200wt％的水混合，用酸调节pH至6.0-6.5，逐步加入2wt％-10wt％的氮元素负载剂混合1-4h，然后使用酸调节pH至3.8-4.5并继续混合0.5-3h，而后陈放24h。优选的，铝元素的负载处理包括：在10-60℃，将前处理过的皮胶原纤维与50wt％-400wt％的水混合，用酸调节pH至2.5-3.5，逐步加入0.1wt％-10wt％的铝元素负载剂混合0.5-8h，而后使用碱调节pH至3.5-4.5并继续混合0.5-5h，而后陈放24h。更优选的，在20-35℃，将完成前处理的皮胶原纤维与80wt％-200wt％的水混合，用酸调节pH至2.8-3.2，逐步加入1wt％-5wt％的铝元素负载剂混合2-5h，而后使用碱调节pH至3.8-4.2并继续混合0.5-3h，而后陈放24h。优选的，硅元素的负载处理包括：在10-70℃，将前处理过的皮胶原纤维与50wt％-400wt％的水混合，用酸和/或碱调节pH至5.0-9.0，逐步加入0.1wt％-20wt％的硅元素负载剂混合0.5-8h，混合期间使用酸控制pH在4.0-7.0，而后陈放24h。更优选的，在20-40℃，将完成前处理的皮胶原纤维与80wt％-200wt％的水混合，用酸和/或碱调节pH至6.5-8.0，逐步加入2wt％-10wt％的硅元素负载剂混合2-5h，混合期间使用酸控制pH在4.0-5.5，而后陈放24h。优选的，磷元素的负载处理包括：在10-60℃，将前处理过的皮胶原纤维与50wt％-400wt％的水混合，用酸和/或碱调节pH至本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.皮胶原纤维基阻燃剂的制备方法，其特征在于，对前处理过的皮胶原纤维进行阻燃元素负载处理。

【技术特征摘要】
1.皮胶原纤维基阻燃剂的制备方法，其特征在于，对前处理过的皮胶原纤维进行阻燃元素负载处理。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述前处理过的皮胶原纤维包括以生皮为原料按照常规制革技术中的准备、鞣制工段处理后的胶原纤维和以制革废屑为原料经过回水-酸洗-脱脂-水洗处理的胶原纤维中的任一种或两种。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述阻燃元素包括硼元素、氮元素、铝元素、硅元素和磷元素中的任一种或多种；优选的，所述负载处理的方法包括：将所述前处理过的皮胶原纤维与阻燃元素负载剂在液体体系中混合处理；优选的，硼元素的负载处理包括：在10-60℃，将前处理过的皮胶原纤维与水混合，调节pH至3.8-5.0，加入硼元素负载剂混合0.5-8h，混合期间控制pH在5.5-6.5，然后调节pH至6.0-7.0并继续混合0.5-5h，陈放；优选的，氮元素的负载处理包括：在10-60℃，将前处理过的皮胶原纤维水混合，调节pH至5.5-7.0，加入氮元素负载剂混合0.5-8h，调节pH至3.0-4.5继续混合0.5-5h，陈放；优选的，铝元素的负载处理包括：在10-60℃，将前处理过的皮胶原纤维与水混合，pH至2.5-3.5，加入铝元素负载剂混合0.5-8h，调节pH至3.5-4.5继续混合0.5-5h，陈放；优选的，硅元素的负载处理包括：在10-70℃，将前处理过的皮胶原纤维与水混合，调节pH至5.0-9.0，加入硅元素负载剂混合0.5-8h，混合期间控制pH在4.0-7.0，陈放。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述阻燃元素负载剂的用量为所述前处理过的皮胶原纤维的0.1-20wt％，优选为2-10wt％；优选的，所述液体的用量为所述前处理过的皮胶原纤维的50-400wt％，优选为80-200wt％。5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述皮胶原纤维包括以生皮为原料的皮胶原纤维和以制革废屑为原料的皮胶原纤维中的任一种或两种以上；优选的，所述生皮包括黄牛皮、水牛皮、牦牛皮、山羊皮、绵羊皮、猪皮、兔皮等哺...

【专利技术属性】
技术研发人员：许维星，文麒霖，石碧，吴新涛，周建飞，丁伟，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51