一种具有多层阻燃空间的复合膜及其制备与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种具有多层阻燃空间的复合膜及其制备方法与应用，其以苯甲腈与双氰胺制备的苯代三聚氰胺作为气源，以木质素接枝的苯磷酰二氯作为碳源及酸源，通过两者复配形成膨胀型阻燃剂，然后将其制备成阻燃TPU膜层；同时以葡萄糖为碳源、植酸为磷源、三乙胺为氮源制备磷氮掺杂量子点溶液，并用其浸泡聚酯纤维，以制成阻燃聚酯纤维；再将所得阻燃TPU膜层与阻燃聚酯纤维经热压、冷压制成所述具有多层阻燃空间的复合膜。本发明专利技术所得具有多层阻燃空间的复合膜具备优异的阻燃性能，可用于制备充气艇，并可产生巨大的经济效益。并可产生巨大的经济效益。并可产生巨大的经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种具有多层阻燃空间的复合膜及其制备与应用


[0001]本专利技术属于高分子复合材料领域，具体涉及一种具有多层阻燃空间的复合膜及其制备方法与运用。

技术介绍

[0002]热塑性聚氨酯弹性体（TPU）是由二异氰酸酯、小分子多元醇、大分子聚酯或聚醚多元醇通过嵌断共聚得到的线性聚合物，其已经广泛应用在胶粘剂、涂料、复合材料和生物医学材料等领域。但是随着科学技术的发展，在一些领域，例如运动器材领域，对TPU复合材料的阻燃性能提出了更高的要求。TPU和众多高分子材料一样容易燃烧且在高温条件下燃烧时会产生熔滴、有毒气体、黑烟等，进而诱发更严重的火灾，造成不可估量的损失，所以要对TPU进行阻燃改性，而且要求阻燃剂的熔点要与之相适应，以保证其在加工中发挥稳定作用。
[0003]聚酯纤维是纺织基础原材料，其最主要产品为聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维（简称为PET，聚酯纤维，涤纶）。聚酯纤维具有量大面广的特点，凭借其综合性价比，广泛应用在纺织服装、家纺、产业用等多个领域。但是由于本身的化学结构和燃烧特性，PET聚酯纤维属于易燃材料，极限氧指数（LOI）在比较低的范围内（约20 ~22 %），并且其点燃温度与分解温度比较相近。PET聚酯纤维会剧烈燃烧且火焰不会自行熄灭，对使用者的生命安全和财产保障产生了极大的危害。
[0004]苯代三聚氰胺又名苯鸟粪胺，是一种与三聚氰胺具有相同结构的三嗪核化合物，同时也是一种常用的特种化工品，已被广泛用于制备热固性树脂、改性树脂、氨基涂料、塑料、医药、农药及染料。
[0005]苯膦酰二氯（BPOD），用于生产苯膦酸和苯膦酸二甲酯。该品与对苯二酚进行脱氯化氢缩合，可生成阻燃性含磷聚合物以及用作聚酯的热稳定剂；在吡啶存在下与辛醇反应生成苯膦酸辛酯，可用作低挥发性增塑剂。
[0006]木质素（LF）作为生物质聚合物，富含天然芳烃、价格低廉，由三种不同醇单体（对香豆醇、松柏醇及芥子醇）组成，主要通过醚键和碳碳单键等相互连接呈致密网络结构。由于木质素主要是由苯丙烷基化合物无规则排列聚合成的复杂聚合物，其含有羟基、甲氧基等官能团，因此对比其他生物质聚合物，木质素结构稳定难以分解，在日常中通常以焚烧手段处理，难以加以运用。LF的热解温度为150
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275 ℃，一直持续至700 ℃，在惰性气体下形成焦炭残留物可含30
‑
50 wt%，具备良好的成碳能力。
[0007]量子点（CQDs）是近年来备受关注的新型无机纳米材料，亦称为碳点或碳纳米点，粒径尺寸小于10 nm，未改性的CQDs主要由C、H、O元素构成。CQDs中碳原子主要由sp2及sp3杂化构成，由于CQDs表面含有羧基、羟基等官能团，因此可进一步对其进行表面修饰及官能团改性，使其具备不同的功能性。CQDs的制备方法通常为“自上而下”和“自下而上”，前者主要是采用有机分子作为碳源，通过化学反应进行制备，通常采用水热合成法、化学氧化法、微波合成法等方式。

技术实现思路

[0008]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种具有多层阻燃空间的复合膜及其制备方法与应用。所得复合膜具备优异的阻燃性能，将其运用于运动器材领域，可以产生巨大的经济效益。
[0009]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种具有多层阻燃空间的复合膜，其制备方法包括以下步骤：1）以苯甲腈与双氰胺制备的苯代三聚氰胺（BG）作为氮源，以木质素接枝的苯磷酰二氯（LF
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BPOD）作为碳源及酸源，将两者复配形成膨胀型阻燃剂（BG/LF
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BOPD），然后将其与TPU经熔融共混、挤出造粒，制成阻燃TPU母粒，再经流延制得阻燃TPU膜层；2）以葡萄糖为碳源、三乙胺为氮源、植酸为磷源制备的磷氮掺杂量子点（NP
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CQDs）溶液浸渍聚酯纤维，获得阻燃聚酯纤维；3）在两层阻燃TPU膜层中间铺设一层阻燃聚酯纤维，经热压后冷压，制成所述具有多层阻燃空间的复合膜。
[0010]进一步地，步骤1）中所述膨胀型阻燃剂的具体制备步骤如下：a）往正丁醇中添加氢氧化钾，超声0.5 h使氢氧化钾充分溶解，然后添加苯甲腈及双氰胺，并转移至油浴锅中，在回流冷却条件下于110 ℃反应2h，期间逐渐有白色细状固体析出，之后停止加热，冷却至室温，所得产物采用去离子水多次洗涤，去除未反应的双氰胺，60 ℃干燥24 h，得到苯代三聚氰胺（BG）；b）将木质素溶解于N,N
‑
二甲基甲酰胺（DMF）中，并通过超声使其充分溶解，然后转移至水浴锅中；之后在氮气氛围下，以三乙胺作为缚酸剂，在0.5 h内缓慢滴入苯膦酰二氯（BPOD）的DMF分散液，再在冷凝、氮气氛围及80 ℃条件下反应5 h，反应完后冷却至室温，经离心分离后，所得产物用氯仿、无水乙醇和去离子水洗涤除去未反应的BPOD，再经冷冻干燥，得到木质素接枝的苯磷酰二氯；c）将步骤a）所得苯代三聚氰胺与步骤b）所得木质素接枝的苯磷酰二氯按比例搅拌混匀，即得所述膨胀型阻燃剂。
[0011]更进一步地，步骤a）中所用苯甲腈与氢氧化钾、双氰胺的摩尔比为1:0.18:1.21。
[0012]更进一步地，步骤b）中所用木质素与三乙胺、苯磷酰二氯的质量比为1:4:4。
[0013]更进一步地，步骤c）中所用苯代三聚氰胺与木质素接枝的苯磷酰二氯的质量比为5:5。
[0014]进一步地，步骤1）中所述熔融共混是采用高速混合机在常温下搅拌混合0.5h。
[0015]进一步地，步骤1）中所述挤出造粒时，双螺杆造粒机的喂料段温度为100
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110℃，混合段温度为125
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135℃，挤出段温度为150
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160℃，机头温度为130
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140℃。
[0016]进一步地，步骤1）中所述流延的工艺条件参数为：辊轴直径500 mm，辊轴温度为45 ℃，在60
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54A液体硅胶辊上加压收卷，加压压力为6 Kgf。
[0017]进一步地，步骤1）所得阻燃TPU膜层中膨胀型阻燃剂所占重量百分比为3
‑
7%。
[0018]进一步地，步骤2）中所述磷氮掺杂量子点溶液的制备是将葡萄糖、植酸、三乙胺共同溶解于去离子水中，室温搅拌0.5h后，转移至聚四氟乙烯反应釜中，经160℃水热反应6h后，通过抽滤去除不溶物质，再将所得滤液置于透析袋中透析48h即得；所用葡萄糖、植酸、三乙胺的比例为1g:0.8mL:0.5mL；所述水热反应的温度为160℃，时间为6h。
[0019]进一步地，步骤2）所得阻燃聚酯纤维中磷氮掺杂量子点所占重量百分比为3
‑
7%。
[0020]进一步地，步骤3）中所述热压的温度为150℃，时间为150min。
[0021]进一步地，步骤3）中所述冷压的温度为室温，时间为10min。
[0022]所得具有多层阻燃空间的复合膜可用于制备运动器材充气艇。
[0023]本专利技术的有益效本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有多层阻燃空间的复合膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1）以苯甲腈与双氰胺制备的苯代三聚氰胺作为氮源，以木质素接枝的苯磷酰二氯作为碳源及酸源，将两者复配形成膨胀型阻燃剂，然后将其与TPU经熔融共混、挤出造粒，制成阻燃TPU母粒，再经流延制得阻燃TPU膜层；2）以葡萄糖为碳源、三乙胺为氮源、植酸为磷源制备的磷氮掺杂量子点溶液浸渍聚酯纤维，获得阻燃聚酯纤维；3）在两层阻燃TPU膜层中间铺设一层阻燃聚酯纤维，经热压后冷压，制成所述具有多层阻燃空间的复合膜。2.根据权利要求1所述的具有多层阻燃空间的复合膜的制备方法，其特征在于：步骤1）中所述膨胀型阻燃剂的具体制备步骤如下：a）往正丁醇中添加氢氧化钾，超声0.5 h使氢氧化钾充分溶解，然后添加苯甲腈及双氰胺，并转移至油浴锅中，在回流冷却条件下于110 ℃反应2h，之后停止加热，冷却至室温，所得产物采用去离子水多次洗涤，去除未反应的双氰胺，60 ℃干燥24 h，得到苯代三聚氰胺；b）将木质素溶解于DMF中，并通过超声使其充分溶解，然后转移至水浴锅中；之后在氮气氛围下，以三乙胺作为缚酸剂，在0.5 h内缓慢滴入苯膦酰二氯的DMF分散液，再在冷凝、氮气氛围及80 ℃条件下反应5 h，反应完后冷却至室温，经离心分离后，所得产物用氯仿、无水乙醇和去离子水洗涤除去未反应的苯膦酰二氯，再经冷冻干燥，得到木质素接枝的苯磷酰二氯；c）将步骤a）所得苯代三聚氰胺与步骤b）所得木质素接枝的苯磷酰二氯按比例搅拌混匀，即得所述膨胀型阻燃剂。3.根据权利要求2所述的具有多层阻燃空间的复合膜的制备方法，其特征在于：步骤a）中所用苯甲腈与氢氧化钾、双氰胺的摩尔比为1:0.18:1.21；步骤b）中所用木质素与三乙胺、苯磷酰二氯的质量比为1:4:4；步骤c）中所用苯代三聚氰胺与木质素接枝的苯磷酰二氯的质量比为5:5。4. 根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑玉婴，吴清楚，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：