一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法，包括以下重量分的组分：热塑性聚氨酯58.8‑60份、碳化钛纳米片0‑0.92份、氧化石墨0‑1.2份、N‑N‑二甲基甲酰胺250份、水合肼0‑4份。本发明专利技术所得的阻燃热塑性聚氨酯复合材料，集碳化钛纳米片与石墨烯的物理阻隔作用与凝聚相阻燃效果为一体，具有优异的阻燃性能和抑烟减毒性能。

【技术实现步骤摘要】
一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法
本专利技术属于阻燃剂和阻燃材料制备领域，具体涉及一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料及其制备方法。技术背景热塑性聚氨酯（TPU）是一种既具有热塑性聚合物的加工性能，又具有硫化橡胶的力学性能的聚合物材料。由于其优异的耐磨性、抗腐蚀性以及自润滑性能，热塑性聚氨酯在汽车零部件、电气、电子等工业、机械传动零件、家用及化妆品等许多领域有着广泛的应用。但是热塑性聚氨酯材料极易燃烧，燃烧时会放出大量的热量，并且会产生大量的烟雾，同时产生诸如CO、HCN等有毒有害气体，不仅会危害人体健康，而且还会对环境产生一定的污染。另外，热塑性聚氨酯燃烧时会发生严重的熔融滴落现象，导致其燃烧时极易发生火灾蔓延。这些缺点在很大程度上限制了热塑性聚氨酯材料的广泛应用。因此，开发低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯材料势在必行。目前，针对热塑性聚氨酯材料火灾安全性能低下的问题，世界上已经研发出相应的阻燃剂，主要可以分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂两大类。添加型阻燃法是指将阻燃剂以物理分散的形式添加到热塑性聚氨酯材料中，且阻燃剂与热塑性聚氨酯基体都不发生化学反应。这种方法具有成本低、易于加工生产等优点，目前大部分阻燃材料都是用这种方法进行制备。二维片层阻燃剂就是添加型阻燃剂的其中一种，常见的二维片层材料包括蒙脱土、金属双层氢氧化物、氮化硼、二硫化钼等，它们可以作为阻燃剂单独添加到热塑性聚氨酯材料中，也可以与其他阻燃剂进行复配，进而制备出一些具有优异协效性能的阻燃剂。但是，这些二维片层材料添加到热塑性聚氨酯中后，不仅会产生大量的有毒烟气，而且阻燃效率低下。因此，开发新型的低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯材料刻不容缓。碳化钛纳米片作为一种二维片层材料，由于其固有的高金属导电性、优异的机械稳定性和插层能力，在超级电容器、锂(或钠)离子电池、电磁屏蔽等领域具有十分广阔的应用前景。此外，碳化钛因其自身热稳定性好且片层导热性低，可以在聚合物材料热解和燃烧过程中发挥片层阻隔效应。与此同时，过渡金属元素钛可以促进聚合物基体形成致密碳层，能够有效阻止燃烧区和聚合物基体之间的物质和能量交换，抑制聚合物的降解，同时也能阻止有毒烟气的释放。石墨烯是一种二维平面内由sp2杂化的碳原子有序排列而成的纳米材料。其作为一种典型的二维材料，具有优异的催化成碳效应和其高效的片层物理阻隔效应，经常被用作聚合物的阻燃添加剂，也有一定的阻燃效果。
技术实现思路
本专利技术的第一个目的是提供一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料，通过引入适当的碳化钛纳米片/石墨烯杂化物，使制备的热塑性聚氨酯复合材料具有高效的阻燃性能和抑烟减毒性能。本专利技术的第二个目的是提供一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料的制备方法。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：本专利技术的一个方面提供了一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料，包括以下重量份数的组分：热塑性聚氨酯58.8-60份、碳化钛纳米片0-0.92份、氧化石墨0-1.2、N-N-二甲基甲酰胺250份、水合肼0-4份；所述碳化钛纳米片通过以下步骤制备而成：在磁力搅拌下将1.56克氟化锂，1克碳铝钛缓慢加入到装有20毫升盐酸的离心管中，并于35℃条件下反应48小时，获得碳化钛溶液，待碳化钛溶液水洗至中性后，加入一定量去离子水并在冰浴条件下超声搅拌30分钟，离心，取上层液，即得碳化钛纳米片。所述氧化石墨通过以下步骤制备而成：a.在磁力搅拌与冰浴的条件下，将230毫升浓硫酸、10克石墨粉、5克硝酸钠、30克高锰酸钾依次缓慢加入至盛有一定量去离子水的2升烧杯中，然后将烧杯置于油浴锅中，并在35℃的条件下搅拌30分钟，获得混合溶液;b.将460毫升去离子水缓慢加入至混合溶液中，将油浴锅升温至95℃，再搅拌15分钟后，将700毫升温水加入到烧杯中，反应一定时间，将25毫升双氧水加入烧杯中，待发应结束后进行离心洗涤，待其溶液PH接近中性后，即得氧化石墨（GO）。本专利技术的另一个方面提供了一种所述低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料阻燃热塑性聚氨酯复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）称取热塑性聚氨酯、碳化钛纳米片、氧化石墨、N-N-二甲基甲酰胺、水合肼为原料组；（2）将碳化钛纳米片，氧化石墨置于100毫升三口烧瓶中，超声搅拌0.5小时，获得溶液A;（3）将水合肼逐滴加入到溶液A中，超声搅拌10分钟，获得溶液B；（4）将溶液B转移至反应釜中，于180℃条件下反应24小时，获得溶液C；（5）将溶液C进行抽滤，并用去离子水与无水乙醇洗涤数次后，将其置于70℃的真空干燥箱中干燥24小时，获得物质D；（6）将物质D加入到25毫升无水乙醇中，超声搅拌3分钟，获得溶液E；（7）将N-N-二甲基甲酰胺加入到500毫升三口烧瓶中，并置于油浴锅中，待油浴锅升温至80℃后，将热塑性聚氨酯缓慢加入，机械搅拌2小时，获得溶液F；（8）将溶液E加入到溶液F中，超声搅拌1小时，获得溶液G；（9）将溶液G加入到1000毫升去离子水中，待热塑性聚氨酯复合材料析出后，将其置于80℃的干燥箱中干燥48小时，获得物质H；（10）将物质H在190℃条件下进行密炼，压板，即得低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料。由于采用上述技术方案，本专利技术具有以下优点与有益效果：本设计集物理阻隔效应、凝聚相阻燃效果为一体，制作工序简单，成本较低，获得的热塑性聚氨酯复合材料具有高效的阻燃性能和抑烟减毒性能，极大地提高了热塑性聚氨酯材料的火灾安全性能。附图说明图1为低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料在燃烧过程中的热释放与烟释放曲线图；图2为低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料在燃烧过程中的气体释放曲线图。具体实施案例以下结合具体实施案例对本专利技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。当然，所描述的实施例仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。实施例1：一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料，按照以下步骤进行合成：a.称取热塑性聚氨酯58.8份、碳化钛纳米片0.92份、氧化石墨0.28份、N-N-二甲基甲酰胺250份、水合肼3份为原料组；b.将碳化钛纳米片、氧化石墨置于100毫升三口烧瓶中，超声搅拌0.5小时，获得溶液A;c.将水合肼逐滴加入到溶液A中，超声搅拌10分钟，获得溶液B；d.将溶液B转移至反应釜中，于180℃条件下反应24小时，获得溶液C；e.将溶液C进行抽滤，并用去离子水与无水乙醇洗涤数次后，将其置于70℃的真空干燥箱中干燥24小时，获得物质D；f.将物质D加入到25毫升无水乙醇中，超声搅拌3分钟，获得溶液E；g.将N-N-二甲基甲酰胺加入到500毫升三口烧瓶中，并置于油浴锅中，待本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料，其特征在于：包括以下重量份数的组分：热塑性聚氨酯58.8-60份、碳化钛纳米片0-0.92份、氧化石墨0-1.2份、N-N-二甲基甲酰胺250份、水合肼0-4份。/n

【技术特征摘要】
1.一种低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料，其特征在于：包括以下重量份数的组分：热塑性聚氨酯58.8-60份、碳化钛纳米片0-0.92份、氧化石墨0-1.2份、N-N-二甲基甲酰胺250份、水合肼0-4份。


2.根据权利要求1所述的低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料，其特征在于：所述碳化钛纳米片通过以下步骤制备而成：将氟化锂、碳铝钛缓慢加入到盐酸溶液中，并于35℃条件下反应48小时，获得碳化钛溶液，待碳化钛溶液水洗至中性后，加入去离子水并在冰浴条件下超声搅拌30分钟，离心，取上层液，即得碳化钛纳米片。


3.根据权利要求1所述的低烟低毒的阻燃热塑性聚氨酯复合材料，其特征在于：所述氧化石墨通过以下步骤制备而成：
a.在磁力搅拌与冰浴的条件下，将浓硫酸、石墨粉、硝酸钠、高锰酸钾依次缓慢加入去离子水中，然后置于油浴锅中，并在35℃的条件下搅拌30分钟，获得混合溶液；
b.向混合溶液中加入去离子水，将油浴锅升温至95℃，再搅拌15分钟后，再加入适量温水，反应一定时间，最后加入双氧水，待发应结束后进行离心洗涤，待其溶液PH接近中性后，即得氧化石墨。


4....

【专利技术属性】
技术研发人员：施永乾，刘川，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35