CN109734966A

CN109734966A - 纳米剑麻基SFMC(A/B)n层层自组装阻燃复合材料及其制备方法

Info

Publication number: CN109734966A
Application number: CN201811538427.1A
Authority: CN
Inventors: 刘婵娟; 牛红超; 黄孝华; 韦春; 徐旭
Original assignee: Guilin University of Technology
Current assignee: Guilin University of Technology
Priority date: 2018-12-16
Filing date: 2018-12-16
Publication date: 2019-05-10

Abstract

本发明公开了一种纳米剑麻基SFMC(A/B)n层层自组装阻燃复合材料及其制备方法。该纳米剑麻基SFMC(A/B)n层层自组装阻燃复合材料是由基材和修饰层组成，所述基材为剑麻纤维素微晶，所述修饰层是聚阳离子电解质和聚阴离子电解质，聚阳离子电解质和聚阴离子电解质通过静电层层自组装交替沉积于剑麻纤维素微晶表面。本发明所用原料成本低廉，且制备方法简单易行，为制备高性能纳米剑麻基阻燃复合材料提供了可行性方案，应用前景广阔。

Description

纳米剑麻基SFMC(A/B)n层层自组装阻燃复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种纳米剑麻基SFMC(A/B)n层层自组装阻燃复合材料及其制备方法，属于新型自组装阻燃涂层修饰剑麻纤维素微晶技术领域。

背景技术

剑麻纤维具有质地坚韧、拉力强、耐摩擦、耐酸碱、耐海水、抗腐蚀以及耐低温等诸多优点，具有较高的强度、模量、断裂伸长率（拉伸强度468~640 MPa，杨氏模量9.4~22 GPa，断裂伸长率3~7%），以及低成本、易获取、耐用性、可再生、可生物降解及优异力学性能等优点，广泛应用于纺织品、室内装饰用布、工业用品等领域，如绳索、抛轮、钢丝绳芯纱、地毯、墙布、衬垫、渔业、航海、工矿、运输及油田等行业；此外，剑麻纤维也可应用于增强聚合物基复合材料，具有韧性好、重量轻、隔热性好等优点，主要用于门板、轿车衬里、扶手等部件的加强筋。另外，剑麻纤维通过一定的改性，在摩擦材料、抛光材料等领域也得到广泛的应用。

剑麻纤维素作为天然植物纤维，虽然具有如上所述的众多优点，然而也具有致命的缺点，如易燃、耐热性差。近年来，因织物燃烧而引起的火灾在世界各国不断增加，在欧洲，每年约有5000多人丧命于因织物燃烧造成的火灾；在我国2006年统计数据显示共发生火灾22万余起，死亡1500多人，直接财产损失超过7亿元。剑麻纤维易燃的特性使其在生活、工业等领域的应用受到了极大的限制。

层层自组装作为一种简易、多功能的表面修饰方法，早于1966年，Iler首次报道了将带有相反电荷的胶体粒子交替沉积在玻璃片表面，成功制备了厚度可控的多层薄膜。然而，直至1991年，Decher等首次利用线型结构的带相反电荷的聚电解质通过静电层层自组装技术成功制备了多层复合平板膜后，层层自组装才广为人们接受，并在这几十年内得到了快速的发展。层层自组装技术是指利用逐层交替沉积的方法，借助各层分子间弱作用力（静电作用力，氢键等）为驱动力，使层与层之间能够自发缔合形成结构完整、性能稳定、并具有某种特定功能的分子聚集体和超分子结构的过程。与传统的成膜方法相比较，自组装技术具有以下几个优点：具有多种成膜驱动力，组装过程较简单、重现性高，对制膜基底的限制少，薄膜的组份和膜厚度可控，且机械、化学稳定性高。

发明内容

本发明的目的是提供一种纳米剑麻基SFMC(A/B)n层层自组装阻燃复合材料及其制备方法。

本发明的纳米剑麻基SFMC(A/B)n层层自组装阻燃复合材料由基材和修饰层组成，所述基材为剑麻纤维素微晶，所述修饰层是聚阳离子电解质和聚阴离子电解质，聚阳离子电解质和聚阴离子电解质通过静电层层自组装交替沉积于剑麻纤维素微晶表面。

制备纳米剑麻基SFMC(A/B)n层层自组装阻燃复合材料的具体步骤为：

（1）带电处理

将剑麻纤维素微晶加入到质量浓度为20-60%的硫酸酸溶液中，30-60 ℃下搅拌1-5分钟后，用蒸馏水洗涤过滤2-6次，烘干，备用。

（2）纳米剑麻基SFMC(A/B)n层层自组装阻燃复合材料的制备

把带电处理后的剑麻纤维素微晶充分分散在聚阳离子电解质溶液中，磁力搅拌1-20分钟，搅拌结束后，洗涤抽滤1-6次。将抽干的剑麻纤维素微晶分散到聚阴离子电解质溶液中，磁力搅拌1-20分钟，洗涤抽滤1-6次。完成一层A、B涂层的吸附过程，重复以上操作1-20次，即制备出纳米剑麻基SFMC(A/B)n层层自组装阻燃复合材料，其中n=1-20。

所述聚阳离子电解质为笼型结构多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)、超支化聚酰胺胺(HPAMAM)、聚丙胺、聚赖氨酸、支化聚醚酰亚胺BPEI、聚丙烯酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、瓜尔胶(瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵)或亚甲基蓝。

所述聚阴离子电解质为植酸(PA)、磺化聚苯胺、羟基磷灰石、聚对苯乙烯磺酸钠(PSS)、多聚磷酸铵(APP)或聚(1,2-乙二酸乙烯螺环季戊四醇次磷酸盐)(PEPBP)。

所述聚阳离子电解质溶液的质量浓度为0.1-5%。

所述聚阴离子电解质溶液的质量浓度为0.1-5%。

本发明的优点：本发明采用静电层层自组装技术成功将聚阳离子电解质和聚阴离子电解质交替沉积于剑麻纤维素微晶表面，可制备所需层数的剑麻基体系复合材料。本发明所用原料成本低廉，且制备方法简单易行，为制备高性能纳米剑麻基阻燃复合材料提供了可行性方案，应用前景广阔。

附图说明

图1为本发明实施例1中纳米剑麻基SFMC(A/B)n层层自组装阻燃复合材料的制备示意图。其中SFMC(POSS/PA)_n为交替包覆了n层聚阳离子电解质笼型结构多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)和聚阴离子电解质植酸(PA)涂层的剑麻纤维素微晶。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权力要求书所限定的范围。

实施例1：

（1）带电处理

将适量的剑麻纤维素微晶加入到浓度为45wt%的H₂SO₄溶液中，50 ℃下搅拌2 min后，用蒸馏水洗涤过滤4次，50 ℃下烘干，备用。

（2）SFMC(POSS/PA)_n纳米剑麻基复合材料制备

将1.0 g经硫酸处理后的剑麻微晶纤维素(SFMC)，充分分散在100 mL 0.1 mol/LNaCl，0.2wt%笼型结构多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）溶液（含1% v/v乙酸，pH约为3.5）中，磁力搅拌10 min。搅拌结束后用去离子水（含乙酸1% v/v）洗涤抽滤4次。将抽干的剑麻纤维素微晶分散到100 mL，0.1 M NaCl，浓度为1wt%植酸(PA)溶液（pH未调，约为1.5）中，磁力搅拌10 min后，用PH≈1.5去离子水洗涤抽滤4次。

重复以上操作，分别制备出n=1、3、5、10、20层SFMC(POSS/PA)_n复合材料。

实施例2：

（1）带电处理

（2）SFMC(POSS/APP)_n纳米剑麻基复合材料制备

将1.0 g经硫酸处理后的剑麻微晶纤维素(SFMC)，充分分散在100 mL 0.1 mol/LNaCl，0.2wt%笼型结构多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）溶液（含1% v/v乙酸，pH约为3.5）中，磁力搅拌10 min。搅拌结束后用去离子水（含乙酸1% v/v）洗涤抽滤4次。将抽干的剑麻纤维素微晶分散到1000 mL，浓度为1 mg/mL聚磷酸铵(APP)溶液中，磁力搅拌1小时后，抽滤回收聚磷酸铵(APP)溶液，再用蒸馏水洗涤抽滤2次。

重复以上操作，分别制备出n=1、3、5、10、20层SFMC(POSS/ APP)_n复合材料。

实施例3：

（1）带电处理

（2）SFMC(POSS/PSS)_n纳米剑麻基复合材料制备

将1.0 g经硫酸处理后的剑麻微晶纤维素(SFMC)，充分分散在100 mL 0.1 mol/LNaCl，0.2wt%笼型结构多面体低聚倍半硅氧烷（POSS）溶液（含1% v/v乙酸，pH约为3.5）中，磁力搅拌10 min。搅拌结束后用去离子水（含乙酸1% v/v）洗涤抽滤4次。将抽干的剑麻纤维素微晶分散到100 mL pH≈2，0.1 M NaCl，浓度为0.5wt%聚对苯乙烯磺酸钠(PSS)溶液中，磁力搅拌10 min后，用PH≈2去离子水洗涤抽滤4次。

重复以上操作，分别制备出n=1、3、5、10、20层SFMC(POSS/ PSS)_n复合材料。

实施例4：

（1）带电处理

（2）SFMC(HPAMAM/PA)_n纳米剑麻基复合材料制备

将1.0 g经硫酸处理后的剑麻微晶纤维素(SFMC)，充分分散在100 mL 0.1 mol/LNaCl，0.2wt%超支化聚酰胺胺(HPAMAM)溶液（含1% v/v乙酸，pH约为3.5）中，磁力搅拌10min。搅拌结束后用去离子水（含乙酸1% v/v）洗涤抽滤4次。将抽干的剑麻纤维素微晶分散到100 mL，0.1 M NaCl，浓度为1wt%植酸(PA)溶液（pH未调，约为1.5）中，磁力搅拌10 min后，用pH≈1.5去离子水洗涤抽滤4次。

重复以上操作，分别制备出n=1、3、5、10、20层SFMC(HPAMAM/PA)_n复合材料。

实施例5：

（1）带电处理

（2）SFMC(HPAMAM/APP)_n纳米剑麻基复合材料制备；

将1.0 g经硫酸处理后的剑麻微晶纤维素(SFMC)，充分分散在100 mL 0.1 mol/LNaCl，0.2wt%超支化聚酰胺胺(HPAMAM)溶液（含1% v/v乙酸，pH约为3.5）中，磁力搅拌10min。搅拌结束后用去离子水（含乙酸1% v/v）洗涤抽滤4次。将抽干的剑麻纤维素微晶分散到1000 mL，浓度为1 mg/mL聚磷酸铵(APP)溶液中，磁力搅拌一小时后，抽滤回收聚磷酸铵(APP)溶液，再用蒸馏水洗涤抽滤2次。

重复以上操作，分别制备出n=1、3、5、10、20层SFMC(HPAMAM/APP)_n复合材料。

实施例6：

（1）带电处理

（2）SFMC(HPAMAM/PSS)_n纳米剑麻基复合材料制备

将1.0 g经硫酸处理后的剑麻微晶纤维素(SFMC)，充分分散在100 mL 0.1 mol/LNaCl，0.2wt%超支化聚酰胺胺(HPAMAM)溶液（含1% v/v乙酸，pH约为3.5）中，磁力搅拌10min。搅拌结束后用去离子水（含乙酸1% v/v）洗涤抽滤4次。将抽干的剑麻纤维素微晶分散到100 mL pH≈2， 0.1 M NaCl，浓度为0.5wt%聚对苯乙烯磺酸钠(PSS)溶液中，磁力搅拌10min后，用PH≈2去离子水洗涤抽滤4次。

重复以上操作，分别制备出n=1、3、5、10、20层SFMC(HPAMAM/PSS)_n复合材料。

Claims

1.一种纳米剑麻基SFMC(A/B)n层层自组装阻燃复合材料，其特征在于该阻燃复合材料由基材和修饰层组成，所述基材为剑麻纤维素微晶，所述修饰层是聚阳离子电解质和聚阴离子电解质，聚阳离子电解质和聚阴离子电解质通过静电层层自组装交替沉积于剑麻纤维素微晶表面。

2.一种如权利要求1所述的纳米剑麻基SFMC(A/B)n层层自组装阻燃复合材料的制备方法，其特征在于具体步骤为：

（1）带电处理

将剑麻纤维素微晶加入到质量浓度为20-60%的硫酸酸溶液中，30-60 ℃下搅拌1-5分钟后，用蒸馏水洗涤过滤2-6次，烘干，备用；

（2）纳米剑麻基SFMC(A/B)n层层自组装阻燃复合材料的制备

把带电处理后的剑麻纤维素微晶充分分散在聚阳离子电解质溶液中，磁力搅拌1-20分钟，搅拌结束后，洗涤抽滤1-6次；将抽干的剑麻纤维素微晶分散到聚阴离子电解质溶液中，磁力搅拌1-20分钟，洗涤抽滤1-6次；完成一层A、B涂层的吸附过程，重复以上操作1-20次，即制备出纳米剑麻基SFMC(A/B)n层层自组装阻燃复合材料，其中n=1-20；

所述聚阳离子电解质为笼型结构多面体低聚倍半硅氧烷(POSS)、超支化聚酰胺胺(HPAMAM)、聚丙胺、聚赖氨酸、支化聚醚酰亚胺BPEI、聚丙烯酰胺、聚二烯丙基二甲基氯化铵、瓜尔胶(瓜尔胶羟丙基三甲基氯化铵)或亚甲基蓝；

所述聚阴离子电解质为植酸(PA)、磺化聚苯胺、羟基磷灰石、聚对苯乙烯磺酸钠(PSS)、多聚磷酸铵(APP)或聚(1,2-乙二酸乙烯螺环季戊四醇次磷酸盐)(PEPBP)；

所述聚阳离子电解质溶液的质量浓度为0.1-5%；

所述聚阴离子电解质溶液的质量浓度为0.1-5%。