一种磷系阻燃材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种磷系阻燃材料及其制备方法，属于阻燃材料技术领域。本发明专利技术将单宁酸修饰的黑磷纳米片、植酸和纤维素纳米纤维溶于溶剂中并超声混合均匀，过滤制备得到磷系阻燃材料。本发明专利技术还公开了由上述阻燃材料制备的阻燃膜。本发明专利技术提供的阻燃膜以纤维素纳米纤维为主体，以二维黑磷纳米片以及植酸作为阻燃剂，利用单宁酸对黑磷表面进行修饰以提高其稳定性。而黑磷和植酸作为磷系阻燃剂可减少可燃产物的生成并促进成炭，同时起到抑制火焰的作用。本发明专利技术采用的制备过程简单易操作，薄膜组成成分无毒，具有良好的生物相容性和可降解性，且阻燃效果显著。且阻燃效果显著。且阻燃效果显著。

【技术实现步骤摘要】
一种磷系阻燃材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及阻燃材料
，尤其涉及一种磷系阻燃材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]纤维素是丰富的天然聚合物，为人类提供了可降解、生物相容性高且低成本效益的可持续绿色资源。通过结构调控后的纤维素基薄膜材料被广泛应用于柔性电子器件、智能光学以及能量存储等领域。然而，纤维素基薄膜材料在明火下易燃，且在高温环境中稳定性较差。因此，提高纤维素基薄膜材料的稳定性和阻燃性成为研究的重点。由于含卤阻燃剂在燃烧过程中会产生有害挥发性物质对人类健康和环境存在威胁，因此其使用逐渐受到限制。磷系阻燃剂是常用的阻燃材料，具有无卤、低毒、环保的优点。植酸是存在于植物种子和根茎中的一种有机磷酸类化合物，含有丰富的磷酸基团。二维黑磷纳米片具有高比表面积和热稳定的片层结构，在复合材料中能发挥阻隔作用，抑制气体透过和热质交换。磷系阻燃剂在燃烧过程中能够促进保护性炭层的形成，降低了火焰与聚合物之间的热传导，从而阻止或延缓产生可燃气体。此外，磷系阻燃剂可与氧形成PO
·
自由基，在气相中捕捉大量的H
·
、HO
·
自由基，从而中断高分子的自由基链式反应，起到抑制火焰的作用。

技术实现思路

[0003]针对上述
技术介绍
，本专利技术提供一种环保、无毒的基于磷系阻燃膜的制备方法。本专利技术利用真空抽滤技术，以纤维素纳米纤维作为薄膜的主体材料，通过向其中加入单宁酸修饰的黑磷纳米片以及植酸作为阻燃剂，制备环境友好且可降解的阻燃膜材料。
[0004]本专利技术的技术方案如下：
[0005]本专利技术第一方面提供一种磷系阻燃材料的制备方法，包括如下步骤：
[0006]将单宁酸修饰的黑磷纳米片、植酸和纤维素纳米纤维溶于溶剂I中，超声混合均匀后，过滤即得到所述磷系阻燃材料。
[0007]作为优选地实施方式，所述单宁酸修饰的黑磷纳米片、植酸和纤维素纳米纤维的质量比为1～50:700～2100:50。
[0008]在某些具体的实施方式中，所述单宁酸修饰的黑磷纳米片、植酸和纤维素纳米纤维的质量比为50:700:50、50:1000:50、25:700:50、50:2100:50、25:2100:50、1:700:50、1:1000:50、1:2100:50或它们之间的任意比值。
[0009]作为优选地实施方式，所述过滤为0.05～0.22μm孔径抽滤。
[0010]作为优选地实施方式，所述溶剂I为水。
[0011]优选地，所述单宁酸修饰的黑磷纳米片的制备方法，包括如下步骤：
[0012](1)将黑磷和单宁酸加入水中混合均匀，除氧，超声处理；
[0013](2)一次离心收集上清液，二次离心收集沉淀。
[0014]作为优选地实施方式，步骤(1)中，所述黑磷在水中的浓度为每30～100mL水中加入50～100mg的黑磷。
[0015]在某些具体的实施方式中，所述黑磷在水中的浓度为每100mL水中加入50mg黑磷、每80mL水中加入55mg黑磷、每70mL水中加入60mg黑磷、每60mL水中加入70mg黑磷、每50mL水中加入80mg黑磷、每40mL水中加入90mg黑磷、每30mL水中加入100mg黑磷或它们之间的任意浓度。
[0016]作为优选地实施方式，步骤(1)中，所述单宁酸在水中的浓度为每30～100mL水中加入100～200mg的单宁酸。
[0017]在某些具体的实施方式中，所述单宁酸在水中的浓度为每100mL水中加入100mg单宁酸、每80mL水中加入120mg单宁酸、每70mL水中加入140mg单宁酸、每60mL水中加入160mg单宁酸、每50mL水中加入180mg单宁酸、每40mL水中加入190mg单宁酸、每30mL水中加入200mg单宁酸或它们之间的任意浓度。
[0018]作为优选地实施方式，步骤(1)中，所述超声处理选用细胞粉碎机超声处理，优选为冰浴下超声处理。
[0019]作为优选地实施方式，步骤(2)中，所述一次离心为3000～3500rpm离心15～20分钟。
[0020]作为优选地实施方式，步骤(2)中，所述二次离心为8000～9000rpm离心15～20分钟。
[0021]优选地，步骤(2)还包括洗涤和干燥，所述干燥选自冷冻干燥或真空干燥。
[0022]在本专利技术的技术方案中，所述单宁酸修饰的黑磷纳米片的长宽为200～300nm，例如为200nm、210nm、220nm、230nm、240nm、250nm、260nm、270nm、280nm、290nm、300nm或它们之间任意的值。
[0023]在本专利技术的技术方案中，所制备的单宁酸修饰的黑磷纳米片为少层黑磷纳米片，其层数与反应过程中的离心时间和离心转速有关，层数通常为1～10层。
[0024]本专利技术第二方面提供由上述制备方法得到的磷系阻燃材料。
[0025]本专利技术第三方面提供由上述磷系阻燃材料制备的磷系阻燃膜，所述磷系阻燃膜由上述磷系阻燃材料干燥后制得。
[0026]优选地，所述干燥为30～40℃下真空干燥。
[0027]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0028]1、本专利技术提供的阻燃材料制备方法简单、易操作，反应条件温和易控制；
[0029]2、本专利技术提供的阻燃材料以纤维素纳米纤维为主体材料，其来源广泛，且可再生降解，具有环境友好性和良好的生态效益；
[0030]3、本专利技术提供的阻燃材料选用黑磷和植酸作为磷系阻燃剂，所制备的阻燃膜具有无毒、环保、可降解和阻燃效果好的优点，减少可燃产物的生成并促进成炭，同时起到抑制火焰的作用。
[0031]4、本专利技术提供的阻燃材料利用抗氧化剂单宁酸对黑磷表面进行修饰，能够增加其稳定性；
[0032]5、本专利技术提供的阻燃材料可作为柔性材料应用于电子器件以及消防用品中。
附图说明
[0033]图1为实施例1中的单宁酸修饰的黑磷纳米片的透射电镜图。
[0034]图2为实施例1中的黑磷纳米片和单宁酸修饰的黑磷纳米片放置3天后的图片。
[0035]图3为实施例1中的阻燃膜的表面扫描电镜图。
[0036]图4为实施例1中的阻燃膜的截面扫描电镜图。
[0037]图5为实施例1中的阻燃膜与对比例1中的纯纤维素纳米纤维膜的热重图。
[0038]图6为对比例1中的纯纤维素纳米纤维膜的燃烧效果图。
[0039]图7为实施例1中的阻燃膜的燃烧效果图。
[0040]图8为实施例1中的阻燃膜与对比例1中的纯纤维素纳米纤维膜的放热速率曲线。
具体实施方式
[0041]下述实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。因此，以下提供的本专利技术实施例中的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷系阻燃材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：将单宁酸修饰的黑磷纳米片、植酸和纤维素纳米纤维溶于溶剂I中，超声混合均匀后，过滤即得到所述磷系阻燃材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述单宁酸修饰的黑磷纳米片、植酸和纤维素纳米纤维的质量比为1～50:700～2100:50。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述过滤为0.05～0.22μm孔径抽滤。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述溶剂I为水。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述单宁酸修饰的黑磷纳米片的制备方法包括如下步骤：(1)将黑磷和单宁酸加入水中混合均匀，除氧，超声处理；(2)一次离心收集上清液，二次离心收集沉淀。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述黑磷在水中的浓度为每30...

【专利技术属性】
技术研发人员：焦体峰，王冉，马金铭，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：