一种缩聚型高分子/纳米SiO2阻燃复合材料的制备方法

摘要

一种缩聚型高分子/纳米SiO2阻燃复合材料的制备方法,是通过溶胶－凝胶反应,利用缩聚型高分子合成反应过程中生成的水水解正硅酸乙酯得到,SiO2粒径可控制在几十纳米,且粒径分布均匀。该复合材料能在保持力学性能的前提下具有增强的阻燃性和热性能,燃烧时无烟无毒。且该法工艺简单,适于应用。

说明书

本发明涉及阻燃复合材料的制备方法。具体地说是一种缩聚型高分子/纳米SiO₂阻燃复合材料的制备，该复合材料能在保持力学性能的情况下，具有增强的阻燃性的热性能。

高分子材料由于质轻、比强度大，尤其某些特殊的材料具有较好的耐高温性，电绝缘性而被广泛地应用。但容易燃烧是高分子材料最突出的缺点，因此在阻燃要求越来越高的今天提高高分子材料的阻燃防火性成了高分子材料研究的一个重要课题。其中将无机材料分散在高分子材料中形成无机-高分子复合材料由于在燃烧时无烟无毒，优于传统含卤阻燃高分子材料，是改善阻燃性的有效方法。文献报导无机-高分子复合材料的制备方法为物理共混，无机材料的颗粒大小和颗粒分布对材料的力学性能、热性能和阻燃性能有较大影响，因此将高分子中的无机材料超强化、均匀化，提高其阻燃性和热性能是人们极为关注的。

本发明的目的是提供一种具有较好阻燃防火性能的高分子复合材料，并给出其制备方法，该阻燃复合材料具有较高的阻燃性的热性能。

本发明提供的制备方法不是无机材料和高分子的简单物理共混，而纳米SiO₂是通过溶胶-凝胶反应，利用缩聚型高分子合成反应过程中生成的水水解正硅酸乙酯得到，该法可使SiO₂粒径均匀分布，并控制在几十纳米以内(小于100纳米)。而且由于利用了聚合过程中生成的水，有利于聚合反应的进行。

本发明提供的缩聚型高分子/纳米SiO₂复合材料包括缩聚型高分子和纳米SiO₂。缩聚型高分子为聚酯、聚酰亚胺、聚砜、聚酰胺、聚苯并咪唑吡咯酮、聚苯并噻唑和聚苯并咪唑等；纳米SiO₂在复合材料中重量百分含量为2～50％，最佳范围为3～20％。本发明提供的缩聚型高分子/纳米SiO₂复合材料能在保持力学性能的前提下，具有提高的热性能和阻燃性能。

本发明提供的缩聚型高分子/纳米SiO₂复合材料的制备方法可按以下步骤：

1.合成高分子缩聚物

缩聚反应按常规技术进行。

2.缩聚型高分子/纳米SiO₂复合材料的制备

在缩聚反应过程中加入一定量(2～50％)正硅酸乙酯，溶胶-凝胶反应与缩聚反应同时进行。

下面通过实施例对本发明提供的缩聚型高分子/纳米SiO₂复合材料给予进一步说明。

实施例

1.缩聚型高分子聚酰亚胺的合成

将二胺基二苯醚31.39g溶于336g N，N-二甲基乙酰胺中，分批加入3，3′，4，4′-二苯甲酮四酸二酐50g，室温下搅拌6小时，合成固含量为20％的聚酰胺酸溶液。

2.SiO₂含量为3～19％的聚酰亚胺/纳米SiO₂复合材料的制备

分别将表1中给出的实施例1～4所需的正硅酸乙酯量和12g聚酰胺酸溶液一起搅拌12小时。然后将溶液在平板玻璃上涂膜。缓慢升温到100℃，然后在100℃、200℃和300℃下各加热1小时。得到SiO₂含量为0～19％的聚酰亚胺/纳米SiO₂复合材料。

3.聚酰亚胺/纳米SiO₂复合材料的物理性能

        表1聚酰亚胺/纳米SiO₂复合材料的物理性能

            实例1    实例2    实例3    实例4SiO₂ wt％      3        10       15       19玻璃化温度℃    280      279      285      2855％热失重温度℃ 520      515      520      518氧指数          30       32       37       37拉伸强度MPa     110      112      106      119

由上述实施例，本发明提供的缩聚型高分子/纳米SiO₂复合材料的制备方法，可使SiO₂颗粒粒径为几十纳米，且粒径分布均匀。该材料在保持力学性能的前提下具有增强的阻燃性和热性能，燃料时无烟无毒。该制备方法工艺简单，适于应用。