一种阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及一种阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料及其制备方法和应用，属于阻燃复合材料制备技术领域。该复合材料由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、金属有机骨架多孔材料(MOFs)、氧化还原石墨烯(rGO)和9,10

【技术实现步骤摘要】
一种阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于阻燃复合材料制备
，涉及一种阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)因其在综合性能上表现优异且具有良好的性价比而被人们广泛应用在纺织服装材料、包装材料和工程塑料等领域。但是，PET的极限氧指数(LOI)较低，仅为20％～22％，因而其具有易燃烧的特质。PET燃烧时会发生明显的熔滴现象，从而可以携带燃烧时产生的热量脱离基材，不仅容易造成二次伤害，而且还会加重火灾的蔓延。因此，对PET材料进行阻燃改性研究具有重要意义。
[0003]常用的磷系、卤系、硼系、卤
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磷系、氮系、硅系、磷
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氮系等阻燃剂虽然可以在一定程度上提高PET的阻燃性能，但是存在阻燃效率较低等缺点，同时容易造成材料热稳定性和力学性能出现恶化等现象。近年来，越来越多的科研工作者将金属有机骨架多孔材料(MOFs)作为阻燃剂进行深入开发和应用。MOFs是一种以金属离子作中心，通过配位键和有机配体相连，自组装形成的新型无机
‑
有机杂化的多孔材料，其用于阻燃领域主要有以下几点突出的优势：(1)有机配体可设计性强，选择合适的有机配体或者对有机配体进行改性，能够在MOFs结构中引入磷、氮、硫等阻燃元素以及具有炭化功能的基团；(2)MOFs的多孔结构在燃烧初期得以保留，能够吸附和过滤热解产物，降低烟气释放；(3)MOFs热解后产生的金属氧化物能够催化炭化，形成稳定的致密炭层，减少有毒气体的释放；(4)MOFs形貌尺寸均一，有机骨架结构与聚合物(如PET)具有较好的生物相容性，对聚合物力学性能影响较小。
[0004]虽然和常见的卤、磷、氮等阻燃剂相比，MOFs具有很大的优势，但是其单独作为阻燃剂时阻燃效果仍然有限。因此，在保证不破坏PET材料力学性能的前提下，为了进一步提高对其阻燃的效果，本专利技术研发了一种基于MOFs基的新型阻燃剂。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术的目的之一在于提供一种阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料的制备方法；本专利技术的目的之二在于提供一种阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料；本专利技术的目的之三在于提供一种阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料在涤纶阻燃材料方面的应用。
[0006]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]1.一种阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料的制备方法，所述方法如下：
[0008](1)制备MOFs@rGO：将氧化石墨烯(GO)在去离子水中分散，然后加入可溶于水的二价金属盐形成混合物，在所述混合物中加入2
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甲基咪唑甲醇溶液混合均匀，然后再加入水合肼反应至温度为100℃，离心、洗涤、干燥即可获得MOFs@rGO；
[0009](2)制备MOFs@rGO@DOPO：将步骤(1)中所述MOFs@rGO分散在四氢呋喃中，然后加入9,10
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二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲
‑
10
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氧化物(DOPO)的四氢呋喃溶液，于45～55℃下反应4.5～5.5h，经过滤、洗涤、干燥即可获得MOFs@rGO@DOPO；
[0010](3)制备阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料：将聚对苯二甲酸乙二醇酯和步骤(2)中所述MOFs@rGO@DOPO混合，然后于双螺杆挤出机中熔融、挤出即可获得所述复合材料。
[0011]优选的，步骤(1)中所述氧化石墨烯的制备方法如下：
[0012]将石墨粉和NaNO3混合，加入浓硫酸得到混合溶液，将所述混合溶液置于冰水浴中，再加入KMnO4充分反应后于35～45℃下反应25～35min得到反应混合物，在所述反应混合物中加入去离子水后再加入H2O2直至不起气泡为止，趁热过滤得到沉淀物，所述沉淀物分别用去离子水和盐酸洗涤、离心、干燥即可得到氧化石墨烯。
[0013]优选的，所述石墨粉、NaNO3、浓硫酸和KMnO4的质量体积比为3:1.5:80:12～12:6:300:45，g:g:ml:g。
[0014]优选的，步骤(1)中所述可溶于水的二价金属盐为Ni(NO3)2·
6H2O、Zn(NO3)2·
6H2O或Co(NO3)2·
6H2O中的任意一种。
[0015]优选的，步骤(1)中所述氧化石墨烯、可溶于水的二价金属盐、2
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甲基咪唑和水合肼的摩尔质量比为0.6:0.0165:0.0825:1.3416～1:0.024:0.12:1.8576，g:mol:mol:g。
[0016]优选的，步骤(2)中所述MOFs@rGO和DOPO的质量比为0.2:0.1～0.8:0.1。
[0017]优选的，步骤(3)中所述聚对苯二甲酸乙二醇酯和MOFs@rGO@DOPO的质量比为98:2。
[0018]优选的，步骤(3)中所述双螺杆挤出机的温度为255～265℃、螺杆速度为40～45rpm。
[0019]2.所述制备方法制备的阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料。
[0020]3.所述阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料在制备涤纶阻燃材料中的应用。
[0021]本专利技术的有益效果在于：本专利技术提供了一种阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料。该复合材料由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、金属有机骨架多孔材料(MOFs)、氧化还原石墨烯(rGO)和9,10
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二氢
‑9‑
氧杂
‑
10
‑
磷杂菲
‑
10
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氧化物(DOPO)制备而成。其中，基于MOFs与PET的生物相容性，改性后的PET的力学性能基本不受影响；同时MOFs的多孔结构在燃烧初期得以保留，能够吸附和过滤热解产物，降低烟气释放；具有层状结构的rGO在燃烧时可以充当物理屏障，有助于抑制PET燃烧过程中可燃气体的挥发；DOPO在PET热解过程中产生的PO
·
自由基可以捕获H
·
、OH
·
等活性自由基，从而有助于抑制火焰的发展。各组分相辅相成，在保证不破坏PET力学性能的前提下极大地提高了其阻燃性。与纯聚对苯二甲酸乙二醇酯相比，通过添加MOFs@rGO@DOPO新型阻燃剂，该材料的峰值放热率(pHRR)可降至39％以上，总放热率(THR)可降至16％以上，极限氧指数(LOI)可上升至24.7％以上，垂直燃烧测试(UL
‑
94)可达到V
‑
0级。
[0022]本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本专利技术的实践中得到教导。本专利技术的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料的制备方法，其特征在于：所述方法如下：(1)制备MOFs@rGO：将氧化石墨烯在去离子水中分散，然后加入可溶于水的二价金属盐形成混合物，在所述混合物中加入2
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甲基咪唑甲醇溶液混合均匀，然后再加入水合肼反应至温度为100℃，离心、洗涤、干燥即可获得MOFs@rGO；(2)制备MOFs@rGO@DOPO：将步骤(1)中所述MOFs@rGO分散在四氢呋喃中，然后加入9,10
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二氢
‑9‑
氧杂
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10
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磷杂菲
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10
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氧化物的四氢呋喃溶液，于45～55℃下反应4.5～5.5h，经过滤、洗涤、干燥即可获得MOFs@rGO@DOPO；(3)制备阻燃聚对苯二甲酸乙二醇酯复合材料：将聚对苯二甲酸乙二醇酯和步骤(2)中所述MOFs@rGO@DOPO混合，然后于双螺杆挤出机中熔融、挤出即可获得所述复合材料。2.根据权利要求1所述的复合材料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述氧化石墨烯的制备方法如下：将石墨粉和NaNO3混合，加入浓硫酸得到混合溶液，将所述混合溶液置于冰水浴中，再加入KMnO4充分反应后于35～45℃下反应25～35min得到反应混合物，在所述反应混合物中加入去离子水后再加入H2O2直至不起气泡为止，趁热过滤得到沉淀物，所述沉淀物分别用去离子水和盐酸洗涤、离心、干燥即可得到氧化石墨烯。3.根据权利要求2所述的复合材料的制备方法，其特征在于：所述石墨粉、NaNO3、浓硫...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁佰锁，刘华丽，白雷，
申请(专利权)人：理工清科重庆先进材料研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：