[发明专利]一种生物基纳米协同阻燃剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种生物基纳米协同阻燃剂及其制备方法和应用。本发明包括过渡金属有机框架、二维材料和植酸，过渡金属有机框架插层在二维材料中，植酸包裹在过渡金属有机框架外。制备方法如下：配置二维材料悬浮液；向二维材料悬浮液中分别加入过渡金属盐溶液和2‑甲基咪唑溶液，并搅拌均匀，反应结束后，离心、洗涤、干燥，得到中间产物；将中间产物悬浮液与植酸溶液均匀混合，经离子络合反应，得生物基纳米协同阻燃剂。本发明制备的生物基纳米协同阻燃剂添加到环氧树脂、聚乳酸材料中，可提高聚合物复合材料的阻燃性能，使之达到难燃或离火即熄灭的标准，可提高环氧树脂、聚乳酸材料的防火安全性能。

技术领域

本发明涉及阻燃技术领域，尤其涉及一种生物基纳米协同阻燃剂及其制备方法和应用。

背景技术

阻燃剂是一类常用于提高易燃或可燃物质的阻燃性或消烟性的化学助剂。20世纪90年代初期，以溴系和氯系为代表的卤素阻燃剂开始盛行，在一定程度上提高了材料的阻燃性能，但卤素阻燃剂的使用容易造成环境污染等问题。因此，随着环保意识的增强，具有潜在污染风险和二次危害的卤系阻燃剂已逐步被替代，绿色化成为阻燃剂的必然选择和发展趋势。而生物基材料以可降解、可再生等对环境友好的特性，成为当今阻燃领域的研究热点。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的上述不足，提出一种阻燃性能好、减少环境污染的生物基纳米协同阻燃剂及其制备方法和应用。

一种生物基纳米协同阻燃剂，包括过渡金属有机框架、二维材料和植酸，所述过渡金属有机框架插层在所述二维材料中，所述植酸包裹在所述过渡金属有机框架外。

进一步的，所述二维材料包括羟基化氮化硼、氧化石墨烯、二硫化钼、C₃N₄或MXene。

一种如上述的生物基纳米协同阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：配置二维材料悬浮液；向二维材料悬浮液中分别加入过渡金属盐溶液和2-甲基咪唑溶液，并搅拌均匀，反应结束后，离心、洗涤、干燥，得到中间产物；将中间产物悬浮液与植酸溶液均匀混合，经离子络合反应，得生物基纳米协同阻燃剂。

进一步的，所述二维材料为羟基化氮化硼；具体包括如下步骤：

步骤S1：取适量羟基化氮化硼加入溶剂中，超声分散得到羟基化氮化硼悬浮液；

步骤S2：取适量过渡金属盐化合物溶于溶剂中，滴加至上述羟基化氮化硼悬浮液中，并搅拌均匀；

步骤S3：取适量2-甲基咪唑溶解于溶剂中，滴加至步骤S2得到的混合溶液中，超声搅拌反应后，离心得到产物，用去离子水或乙醇洗涤2～5次，然后在50～80℃烘箱内干燥3～10h以获得中间产物；

步骤S4：取适量中间产物粉末分散于溶剂中，待形成均匀悬浮液后滴加一定量植酸，并在室温下搅拌反应，反应结束后，经离心得到产物，用去离子水或乙醇洗涤，然后烘干得生物基纳米协同阻燃剂。

进一步的，步骤S1中，所述羟基化氮化硼与过渡金属盐化合物的摩尔比为(1～20):1，所述超声时间为10min～3h。

进一步的，步骤S2中，所述过渡金属盐化合物为锌盐、铁盐、钴盐、镍盐、铜盐和锰盐中的一种或多种。

进一步的，步骤S3中，所述过渡金属盐化合物和2-甲基咪唑的摩尔比为(1～10):1，超声时间为10～90min，搅拌反应时间为2～48h；步骤S4中，所述中间产物与植酸质量比为(5～100):1，搅拌时间为10min～24h。

进一步的，步骤S1-S4中的溶剂包括去离子水、甲醇、二甲基甲酰胺和二甲基乙酰胺中的一种。

一种聚合物复合材料，聚合物复合材料包括上述的生物基纳米协同阻燃剂。

进一步的，所述聚合物复合材料为环氧树脂复合材料或聚乳酸复合材料。