[发明专利]一种双交联阻燃型复合气凝胶的制备方法

说明书

本发明公开了一种双交联阻燃型复合气凝胶的制备方法，包括以下步骤：1）壳聚糖的氨基质子化处理：将壳聚糖置于酸性溶液中，得到分子链上氨基质子化的壳聚糖溶液；2）复合气凝胶的制备：将纳米蒙脱土分散到纳米纤维素和壳聚糖混合悬浮液中，加入交联剂后搅拌，得到混合液，混合液倒入模具经冷冻后，经交联反应得到复合气凝胶；3）双交联步骤：将上述得到的复合凝胶浸渍在聚磷酸盐液和过渡金属氯化物溶液的混合溶液中处理，经冷冻干燥得到双交联阻燃型复合气凝胶。本发明得到的复合气凝胶材料，具有优异的阻燃性能、力学性能、抑烟性能；本发明的方法原料来源廉价，生产成本低，适用于广泛应用。

技术领域

本发明属于阻燃型复合材料领域，具体涉及交联剂交联纳米纤维素再结合改性阻燃剂，从而制备双交联阻燃型复合材料的方法，双交联制备新型阻燃剂的方法。

背景技术

随着社会经济的发展，复合材料在国防、航空等各个领域被广泛应用。但是大多数复合材料都是易燃材料，燃烧过程不仅污染环境还对人们的生命安全有威胁，造成巨大损失。因此，阻燃型复合材料的需求量在可预见的未来将是市场材料需求类不可或缺的重要一部分。

目前气凝胶作为世界上最轻的固体材料之一，其孔隙率可达到90%以上，密度可低至0.001g/cm³。由于气凝胶较低的导热系数使其在保温隔热材料上有着巨大的应用潜力。木材作为一种绿色环保的生物质材料，从中获得的纳米纤维素其悬浮液可以通过一定的方式转换成气凝胶。纳米纤维素气凝胶的材料还具有高柔韧性、可降解性和生物相容性等独特性能。然而，天然纳米纤维素极易吸收环境中的水分，整体力学强度低。

壳聚糖是一种天然易得、价格低廉、生物可降解的多糖聚合物。壳聚糖在受热分解过程中，可在聚合物碳化阻碍燃烧的进行，同时会释放出CO₂、NH₃和N₂等无毒、无腐蚀性的不可燃气体，从而起到阻燃作用。壳聚糖中还有环保型多功能有机污染物和重金属离子吸附剂。白洁等在《工程塑料应用》2017年第45卷第7期119~123页发表的论文中，通过熔融共混将聚磷酸铵和壳聚糖添加到聚丙烯中，复合材料的极限氧指数提高，烟气释放总量、CO和CO₂排放量明显降低。但是壳聚糖作为单体阻燃剂使用受到一定限制。

蒙脱土是一种具有一定的膨胀性的层状硅酸盐粘土。纳米蒙脱土主要用于现有的聚合物复合，只需加入少量纳米蒙脱土就可以起到增强聚合物材料力学性能、耐热性、耐磨性、阻燃性能和气体阻隔性能的作用。陈海波等在《Polymer》2012年第53卷5825~5831页发表的论文中，通过向海藻酸铵中添加蒙脱土得到的海藻酸铵/蒙脱土气凝胶复合材料显示出非常优异的阻燃性。

PARK等在《Colloid Polymer Science》2009年第287卷第8期943~950页发表的论文中，采用壳聚糖、蒙脱土改性聚乙烯醇做静电纺丝，改善了聚乙烯醇纳米纤维的拉伸强度和热稳定性。

陈志林等在中国专利申请201611166003.8中公开了一种阻燃弹性纳米纤维素气凝胶及其制备方法，使用纤维素的生物质原料，采用含有反应型有机化合物和多元羧酸这一阻燃体系制备出具有良好阻燃保温隔热性能和回弹性能的气凝胶。

马猛等在中国专利申请201910394173.9中公开了一种阻燃保温型纤维素基气凝胶的制备方法，将纤维素纳米纤维溶液与密胺预聚液混合冷冻干燥再干燥交联处理后制备出了同时具备良好阻燃性能和隔热性能的气凝胶。鲁红典等在中国专利申请201810247231.0中公开了一种阻燃微晶纤维素/羟基磷灰石复合气凝胶及其制备方法，通过水热法制备羟基磷灰石分散液，并采用环氧氯丙烷交联微晶纤维素，最后通过溶液共混法结合冷冻干燥制备出阻燃抑烟效果良好的气凝胶。