CN112877034A - 一种环保型阻燃复合材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种环保型阻燃复合材料，包括以下重量份原料：吸附树脂30‑50份、阻燃填料5‑10份、聚磷酸铵1‑3份、羧甲基淀粉10‑20份、纳米纤维素5‑10份、丙烯酸60‑80份、二甲基二烯丙基氯化铵60‑80份、N,N'‑亚甲基双丙烯酰胺0.5‑1份、丙三醇60‑80份、无水乙醇130‑150份、过硫酸铵1‑3份和偶联剂1份，本发明还公开了该环保型阻燃复合材料的制备方法，该复合材料不仅具有紧密的三维网状结构、优异的阻燃性能和吸附性能，并且由于具有高粘接性、高润湿性和耐风蚀性，用于治理粉尘、煤尘领域，能有效的保护环境减少粉尘污染。

Description

一种环保型阻燃复合材料及其制备方法

技术领域

本发明属于环保复合材料制备技术领域，具体地，涉及一种环保型阻燃复合材料及其制备方法。

背景技术

煤炭在开采、运输、存储的过程中会产生非常多的扬尘，扬尘不仅危害现场人员的身体健康，还会造成环境污染、资源浪费，甚至引发安全事故。

抑制扬尘的方法通常有修剪挡风墙、覆盖防尘网、采用封闭结构、洒水和采用化学抑尘剂等，修建挡风墙成本巨大，抑尘效果有限，覆盖防尘网抑尘的成本高、易兜风、容易造成污染，而且按照、拆卸时间较长。采用封闭结构抑尘的成本也高，并且无法捕获空气中的扬尘。洒水抑尘浪费水资源，水分蒸发快，抑制不彻底且持续时间短暂，由于化学抑尘剂的有效性和新颖性越来越受到人们的高度重视，在市政、煤炭开采、运输堆放等领域得到广泛的发展及应用，是解决扬尘的最佳方法。

在煤炭运输及堆存过程中，抑尘剂工作原理为表面黏结固定原理，在火车煤炭表面喷水抑尘剂一定时间后，就会在煤炭表面形成具有一定强度和韧性的固化层，防止煤炭逸洒，达到抑尘的目的，铁路煤炭运输抑尘剂应具有绿色环保、良好的粘结性、良好的抗雨淋和防冻性等性能，但现有的抑尘剂不具有阻燃性能，一旦有火源燃起很难灭除，容易引发火灾，并且大部分阻燃剂含有卤素等污染原子，不符合环保理念，并且现有的抑尘剂吸附黏结性能不强，对空气中漂浮的粉尘以及小颗粒物质吸附固化能力较差。因此，提供一种环保型阻燃复合材料是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环保型阻燃复合材料及其制备方法。

本发明需要解决的技术问题为：

现有技术中，抑尘剂不具有阻燃性能，一旦有火源燃起很难灭除，容易引发火灾，并且大部分阻燃剂含有卤素等污染原子，不符合环保理念，并且现有的抑尘剂吸附黏结性能不强，对空气中漂浮的粉尘以及小颗粒物质吸附固化能力较差。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

一种环保型阻燃复合材料，包括以下重量份原料：吸附树脂30-50份、阻燃填料5-10份、聚磷酸铵1-3份、羧甲基淀粉10-20份、纳米纤维素5-10份、丙烯酸60-80份、二甲基二烯丙基氯化铵60-80份、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.5-1份、丙三醇60-80份、无水乙醇130-150份、过硫酸铵1-3份和偶联剂1份；

该环保型阻燃复合材料由如下步骤制成：

第一步、将纳米纤维素和无水乙醇加入反应釜中，升温至80℃，然后向反应釜中滴加丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化铵，控制滴加速度为2mL/min，滴加结束后，向反应釜中加入过硫酸铵，转速300-500r/min条件下，搅拌1-2h后，得到第一混合物；

第二步、向第一混合物中加入N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，转速不变的情况下，保温反应4h后，反应结束后依次加入丙三醇、偶联剂、羧甲基淀粉、吸附树脂、阻燃填料和聚磷酸铵，保持温度、转速不变的情况下，搅拌反应4-6h后，冷却至室温，即得环保型阻燃复合材料。

进一步地，所述阻燃填料由以下步骤制成：

步骤A1、将天然鳞片石墨、质量分数85％的磷酸溶液和质量分数80％的硫酸溶液置于三口烧瓶中，之后向三口烧瓶中四次等量加入高锰酸钾，然后升温至50℃，转速200-300r/min搅拌10-12h，冷却至室温后，将反应产物稀释到蒸馏水中，转速40-80r/min搅拌5min，然后加入质量分数38％的过氧化氢溶液直至溶液体系变成亮黄色，静置1-3h，过滤，将沉淀用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，最后于90-100℃烘箱中干燥处理5-8h，得到氧化石墨烯；

步骤A2、将步骤A1得到的氧化石墨烯和去离子水加入烧杯中，于室温条件下，频率30-50kHz超声分散15-20min，得到石墨烯分散液，将空心玻璃微珠用质量分数1％的氢氧化钠溶液清洗一次，再用去离子水清洗空心玻璃微珠四次，然后将清洗过的空心玻璃微珠加入石墨烯分散液中，升温至60℃，转速80-120r/min条件下搅拌5h，减压抽滤出上层物，沉淀用蒸馏水洗涤3-5次，于真空干燥箱中80℃下干燥至恒重，得到复合填料；

步骤A3、将步骤A2得到的复合填料、去离子水和乙酸加入烧杯中，频率32kHz下超声分散10-15min，得到混合物1，将醋酸加入蒸馏水中得到pH值为3的醋酸溶液，将壳聚糖粉末加入醋酸溶液中，于转速100-150r/min条件下搅拌20min，得到壳聚糖分散液，将壳聚糖分散液与混合物1按照体积比1：1混合，控制温度50-60℃，转速200-300r/min条件下反应30-60min，静置2-4h，然后过滤，滤饼用去离子水洗涤3-5次，最后于70-80℃烘箱中干燥8-10h，得到所述阻燃填料。

进一步地，步骤A1中所述天然鳞片石墨、磷酸溶液、硫酸溶液、高锰酸钾和蒸馏水的用量比为4g：35mL：350mL：15-20g：300-500mL；步骤A2中所述氧化石墨烯、去离子水和空心玻璃微珠的用量比为5-10g：200mL：10g；步骤A3中所述复合填料、去离子水和乙酸按照质量比为1-3g：100mL：1g，壳聚糖粉末和醋酸溶液的用量比为1g：10-20mL。

利用天然鳞片石墨制备氧化石墨烯提高石墨烯的均匀分散能力，进而将石墨烯包裹在空心玻璃微珠的表面制备出复合填料，再将复合填料分散于乙酸溶液中，利用氧化石墨烯分子表面的-OH、-COOH与壳聚糖分子上的-OH、-NH₂发生脱水成醚、酯化反应、酰胺反应和氢键作用，是复合填料表面稳定接枝上壳聚糖分子，由于氧化石墨烯的蜂窝状网状结构可以有效抑制热量、烟以及降解产物的释放，并且氧化石墨烯在受热膨胀过程中自身的分子链会炭化形成骨架结构增加炭层强度，结合空心玻璃微珠独特的中空玻璃结构，具有隔热抑烟的作用，并且壳聚糖作为碳源，在燃烧过程中迅速形成致密炭层，阻隔氧气和热量的散发，共同促使阻燃填料具有良好的阻燃性能。

进一步地，所述吸附树脂制备步骤如下：

将丁酮和正庚烷按照体积比4:6混合均匀，得到混合溶剂，将马来酸酐和混合溶剂加入三口烧瓶中，转速60-100r/min条件下，搅拌30min后，向三口烧瓶中加入交联剂和引发剂，以3℃/min升温速率升温至70℃，调整转速至300r/min，氮气保护下，反应7-10h，反应结束后，将反应产物用丙酮索氏提取48h，然后在40℃下真空干燥10h，即得所述吸附树脂，其中马来酸酐、混合溶剂和交联剂的用量比为0.04mol：40mL：0.04mol，引发剂的用量为马来酸酐质量的1％，交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，引发剂为偶氮二异丁腈。

以马来酸酐为聚合单体，与交联剂通过沉淀聚合法合成吸附树脂，吸附树脂的酸酐有两种类型的氧原子(羰基O和单键O)可作为氢接受体，与空气中粉尘颗粒发生氢作用和静电吸附，进而达到吸附粉尘的目的。

进一步地，偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。

进一步地，一种环保型阻燃复合材料的制备方法，包括以下步骤：

第一步、将纳米纤维素和无水乙醇加入反应釜中，升温至80℃，然后向反应釜中滴加丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化铵，控制滴加速度为2mL/min，滴加结束后，向反应釜中加入过硫酸铵，转速300-500r/min条件下，搅拌1-2h后，得到第一混合物；

第二步、向第一混合物中加入N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，转速不变的情况下，保温反应4h后，反应结束后依次加入丙三醇、偶联剂、羧甲基淀粉、吸附树脂、阻燃填料和聚磷酸铵，保持温度、转速不变的情况下，搅拌反应4-6h后，冷却至室温，即得环保型阻燃复合材料。

本发明的有益效果：

本发明以纳米纤维素为接枝原料，在引发剂的作用下，使纳米纤维素与丙烯酸、二甲基二烯丙基氯化铵和交联剂N,N'-亚甲基双丙烯酰胺发生接枝共聚反应，通过添加羧甲基淀粉为聚合物中未接枝的单体提高更多的接枝点，反应生成更多的分子支链，各分子链之间相互缠绕，使得复合材料的粘黏度提高，由于吸附树脂的添加，吸附树脂的酸酐有两种类型的氧原子(羰基O和单键O)可作为氢接受体，与空气中粉尘颗粒发生氢作用和静电吸附，进而达到吸附粉尘的目的，阻燃填料和聚磷酸铵协同发挥阻燃作用，其中本发明利用天然鳞片石墨制备氧化石墨烯提高石墨烯的均匀分散能力，进而将石墨烯包裹在空心玻璃微珠的表面制备出复合填料，再将复合填料分散于乙酸溶液中，利用氧化石墨烯分子表面的-OH、-COOH与壳聚糖分子上的-OH、-NH₂发生脱水成醚、酯化反应、酰胺反应和氢键作用，是复合填料表面稳定接枝上壳聚糖分子，由于氧化石墨烯的蜂窝状网状结构可以有效抑制热量、烟以及降解产物的释放，并且氧化石墨烯在受热膨胀过程中自身的分子链会炭化形成骨架结构增加炭层强度，结合空心玻璃微珠独特的中空玻璃结构，具有隔热抑烟的作用，并且壳聚糖作为碳源，在燃烧过程中迅速形成致密炭层，阻隔氧气和热量的散发，共同促使阻燃填料具有良好的阻燃性能，因此，本发明制备的复合材料不仅具有紧密的三维网状结构、优异的阻燃性能和吸附性能，并且由于具有高粘接性、高润湿性和耐风蚀性，将本发明中的复合材料喷洒在煤尘或粉尘表面，能够快速渗入并在粘结力的作用下不同大小的尘埃颗粒紧密地凝聚在一起，形成完整的平面网状结构，不仅起到覆盖尘土防止其飞扬的作用，同时还能吸附空气中的悬浮颗粒，极易提高粉尘表面的抗风蚀能力；本发明中复合材料本身环保无污染，并且用于治理粉尘、煤尘领域，能有效的保护环境。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种环保型阻燃复合材料，包括以下重量份原料：吸附树脂30份、阻燃填料5份、聚磷酸铵1份、羧甲基淀粉10份、纳米纤维素5份、丙烯酸60份、二甲基二烯丙基氯化铵60份、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.5份、丙三醇60份、无水乙醇130份、过硫酸铵1份和偶联剂1份；

该环保型阻燃复合材料由如下步骤制成：

第一步、将纳米纤维素和无水乙醇加入反应釜中，升温至80℃，然后向反应釜中滴加丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化铵，控制滴加速度为2mL/min，滴加结束后，向反应釜中加入过硫酸铵，转速300r/min条件下，搅拌1h后，得到第一混合物；

第二步、向第一混合物中加入N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，转速不变的情况下，保温反应4h后，反应结束后依次加入丙三醇、偶联剂、羧甲基淀粉、吸附树脂、阻燃填料和聚磷酸铵，保持温度、转速不变的情况下，搅拌反应4h后，冷却至室温，即得环保型阻燃复合材料。

其中，所述阻燃填料由以下步骤制成：

步骤A1、将天然鳞片石墨、质量分数85％的磷酸溶液和质量分数80％的硫酸溶液置于三口烧瓶中，之后向三口烧瓶中四次等量加入高锰酸钾，然后升温至50℃，转速200r/min搅拌10h，冷却至室温后，将反应产物稀释到蒸馏水中，转速40r/min搅拌5min，然后加入质量分数38％的过氧化氢溶液直至溶液体系变成亮黄色，静置1h，过滤，将沉淀用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，最后于90℃烘箱中干燥处理5h，得到氧化石墨烯；

步骤A2、将步骤A1得到的氧化石墨烯和去离子水加入烧杯中，于室温条件下，频率30kHz超声分散15min，得到石墨烯分散液，将空心玻璃微珠用质量分数1％的氢氧化钠溶液清洗一次，再用去离子水清洗空心玻璃微珠四次，然后将清洗过的空心玻璃微珠加入石墨烯分散液中，升温至60℃，转速80r/min条件下搅拌5h，减压抽滤出上层物，沉淀用蒸馏水洗涤3次，于真空干燥箱中80℃下干燥至恒重，得到复合填料；

步骤A3、将步骤A2得到的复合填料、去离子水和乙酸加入烧杯中，频率32kHz下超声分散10min，得到混合物1，将醋酸加入蒸馏水中得到pH值为3的醋酸溶液，将壳聚糖粉末加入醋酸溶液中，于转速100r/min条件下搅拌20min，得到壳聚糖分散液，将壳聚糖分散液与混合物1按照体积比1：1混合，控制温度50℃，转速200r/min条件下反应30min，静置2h，然后过滤，滤饼用去离子水洗涤3次，最后于70℃烘箱中干燥8h，得到所述阻燃填料。

其中，步骤A1中所述天然鳞片石墨、磷酸溶液、硫酸溶液、高锰酸钾和蒸馏水的用量比为4g：35mL：350mL：15g：300mL；步骤A2中所述氧化石墨烯、去离子水和空心玻璃微珠的用量比为5g：200mL：10g；步骤A3中所述复合填料、去离子水和乙酸按照质量比为1g：100mL：1g，壳聚糖粉末和醋酸溶液的用量比为1g：10mL。

其中，所述吸附树脂制备步骤如下：

将丁酮和正庚烷按照体积比4:6混合均匀，得到混合溶剂，将马来酸酐和混合溶剂加入三口烧瓶中，转速60r/min条件下，搅拌30min后，向三口烧瓶中加入交联剂和引发剂，以3℃/min升温速率升温至70℃，调整转速至300r/min，氮气保护下，反应7h，反应结束后，将反应产物用丙酮索氏提取48h，然后在40℃下真空干燥10h，即得所述吸附树脂，其中马来酸酐、混合溶剂和交联剂的用量比为0.04mol：40mL：0.04mol，引发剂的用量为马来酸酐质量的1％，交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，引发剂为偶氮二异丁腈。

其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。

实施例2

一种环保型阻燃复合材料，包括以下重量份原料：吸附树脂40份、阻燃填料8份、聚磷酸铵2份、羧甲基淀粉15份、纳米纤维素8份、丙烯酸70份、二甲基二烯丙基氯化铵70份、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.8份、丙三醇70份、无水乙醇140份、过硫酸铵2份和偶联剂1份；

该环保型阻燃复合材料由如下步骤制成：

第一步、将纳米纤维素和无水乙醇加入反应釜中，升温至80℃，然后向反应釜中滴加丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化铵，控制滴加速度为2mL/min，滴加结束后，向反应釜中加入过硫酸铵，转速400r/min条件下，搅拌1.5h后，得到第一混合物；

第二步、向第一混合物中加入N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，转速不变的情况下，保温反应4h后，反应结束后依次加入丙三醇、偶联剂、羧甲基淀粉、吸附树脂、阻燃填料和聚磷酸铵，保持温度、转速不变的情况下，搅拌反应5h后，冷却至室温，即得环保型阻燃复合材料。

其中，所述阻燃填料由以下步骤制成：

步骤A1、将天然鳞片石墨、质量分数85％的磷酸溶液和质量分数80％的硫酸溶液置于三口烧瓶中，之后向三口烧瓶中四次等量加入高锰酸钾，然后升温至50℃，转速250r/min搅拌10-12h，冷却至室温后，将反应产物稀释到蒸馏水中，转速60r/min搅拌5min，然后加入质量分数38％的过氧化氢溶液直至溶液体系变成亮黄色，静置2h，过滤，将沉淀用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，最后于95℃烘箱中干燥处理7h，得到氧化石墨烯；

步骤A2、将步骤A1得到的氧化石墨烯和去离子水加入烧杯中，于室温条件下，频率40kHz超声分散18min，得到石墨烯分散液，将空心玻璃微珠用质量分数1％的氢氧化钠溶液清洗一次，再用去离子水清洗空心玻璃微珠四次，然后将清洗过的空心玻璃微珠加入石墨烯分散液中，升温至60℃，转速100r/min条件下搅拌5h，减压抽滤出上层物，沉淀用蒸馏水洗涤4次，于真空干燥箱中80℃下干燥至恒重，得到复合填料；

步骤A3、将步骤A2得到的复合填料、去离子水和乙酸加入烧杯中，频率32kHz下超声分散12min，得到混合物1，将醋酸加入蒸馏水中得到pH值为3的醋酸溶液，将壳聚糖粉末加入醋酸溶液中，于转速120r/min条件下搅拌20min，得到壳聚糖分散液，将壳聚糖分散液与混合物1按照体积比1：1混合，控制温度55℃，转速250r/min条件下反应45min，静置3h，然后过滤，滤饼用去离子水洗涤4次，最后于75℃烘箱中干燥9h，得到所述阻燃填料。

其中，步骤A1中所述天然鳞片石墨、磷酸溶液、硫酸溶液、高锰酸钾和蒸馏水的用量比为4g：35mL：350mL：18g：400mL；步骤A2中所述氧化石墨烯、去离子水和空心玻璃微珠的用量比为8g：200mL：10g；步骤A3中所述复合填料、去离子水和乙酸按照质量比为2g：100mL：1g，壳聚糖粉末和醋酸溶液的用量比为1g：15mL。

其中，所述吸附树脂制备步骤如下：

将丁酮和正庚烷按照体积比4:6混合均匀，得到混合溶剂，将马来酸酐和混合溶剂加入三口烧瓶中，转速80r/min条件下，搅拌30min后，向三口烧瓶中加入交联剂和引发剂，以3℃/min升温速率升温至70℃，调整转速至300r/min，氮气保护下，反应8h，反应结束后，将反应产物用丙酮索氏提取48h，然后在40℃下真空干燥10h，即得所述吸附树脂，其中马来酸酐、混合溶剂和交联剂的用量比为0.04mol：40mL：0.04mol，引发剂的用量为马来酸酐质量的1％，交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，引发剂为偶氮二异丁腈。

其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。

实施例3

一种环保型阻燃复合材料，包括以下重量份原料：吸附树脂50份、阻燃填料10份、聚磷酸铵3份、羧甲基淀粉20份、纳米纤维素10份、丙烯酸80份、二甲基二烯丙基氯化铵80份、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺1份、丙三醇80份、无水乙醇150份、过硫酸铵3份和偶联剂1份；

该环保型阻燃复合材料由如下步骤制成：

第一步、将纳米纤维素和无水乙醇加入反应釜中，升温至80℃，然后向反应釜中滴加丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化铵，控制滴加速度为2mL/min，滴加结束后，向反应釜中加入过硫酸铵，转速500r/min条件下，搅拌2h后，得到第一混合物；

第二步、向第一混合物中加入N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，转速不变的情况下，保温反应4h后，反应结束后依次加入丙三醇、偶联剂、羧甲基淀粉、吸附树脂、阻燃填料和聚磷酸铵，保持温度、转速不变的情况下，搅拌反应6h后，冷却至室温，即得环保型阻燃复合材料。

其中，所述阻燃填料由以下步骤制成：

步骤A1、将天然鳞片石墨、质量分数85％的磷酸溶液和质量分数80％的硫酸溶液置于三口烧瓶中，之后向三口烧瓶中四次等量加入高锰酸钾，然后升温至50℃，转速300r/min搅拌12h，冷却至室温后，将反应产物稀释到蒸馏水中，转速80r/min搅拌5min，然后加入质量分数38％的过氧化氢溶液直至溶液体系变成亮黄色，静置3h，过滤，将沉淀用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，最后于100℃烘箱中干燥处理8h，得到氧化石墨烯；

步骤A2、将步骤A1得到的氧化石墨烯和去离子水加入烧杯中，于室温条件下，频率50kHz超声分散20min，得到石墨烯分散液，将空心玻璃微珠用质量分数1％的氢氧化钠溶液清洗一次，再用去离子水清洗空心玻璃微珠四次，然后将清洗过的空心玻璃微珠加入石墨烯分散液中，升温至60℃，转速120r/min条件下搅拌5h，减压抽滤出上层物，沉淀用蒸馏水洗涤5次，于真空干燥箱中80℃下干燥至恒重，得到复合填料；

步骤A3、将步骤A2得到的复合填料、去离子水和乙酸加入烧杯中，频率32kHz下超声分散15min，得到混合物1，将醋酸加入蒸馏水中得到pH值为3的醋酸溶液，将壳聚糖粉末加入醋酸溶液中，于转速150r/min条件下搅拌20min，得到壳聚糖分散液，将壳聚糖分散液与混合物1按照体积比1：1混合，控制温度60℃，转速300r/min条件下反应60min，静置4h，然后过滤，滤饼用去离子水洗涤5次，最后于80℃烘箱中干燥10h，得到所述阻燃填料。

其中，步骤A1中所述天然鳞片石墨、磷酸溶液、硫酸溶液、高锰酸钾和蒸馏水的用量比为4g：35mL：350mL：20g：500mL；步骤A2中所述氧化石墨烯、去离子水和空心玻璃微珠的用量比为10g：200mL：10g；步骤A3中所述复合填料、去离子水和乙酸按照质量比为3g：100mL：1g，壳聚糖粉末和醋酸溶液的用量比为1g：20mL。

其中，所述吸附树脂制备步骤如下：

将丁酮和正庚烷按照体积比4:6混合均匀，得到混合溶剂，将马来酸酐和混合溶剂加入三口烧瓶中，转速100r/min条件下，搅拌30min后，向三口烧瓶中加入交联剂和引发剂，以3℃/min升温速率升温至70℃，调整转速至300r/min，氮气保护下，反应10h，反应结束后，将反应产物用丙酮索氏提取48h，然后在40℃下真空干燥10h，即得所述吸附树脂，其中马来酸酐、混合溶剂和交联剂的用量比为0.04mol：40mL：0.04mol，引发剂的用量为马来酸酐质量的1％，交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，引发剂为偶氮二异丁腈。

其中，所述偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。

对比例1

将实施例1中的阻燃填料去除，其余原料及制备过程不变。

对比例2

将实施例2中的吸附树脂去除，其余原料及制备过程不变。

对比例3

将实施例3中的羧甲基淀粉去除，其余原料及制备过程不变。

对比例4

本对比例为市场上常见的一种抑尘复合材料。

将实施例1-3和对比例1-4的复合材料进行性能测试，测试标准如下：

TB/T 3210.1-2009《铁路煤炭运输抑尘技术条件第1部分：抑尘剂》规定了铁路煤炭运输用抑尘剂的产品性能要求，其中要求在喷洒量不少于1.5L/m²时，风蚀率<1％，固化层厚度不小于10mm。按照规定的测试方法对阻燃抑尘剂的抗风蚀和固化层厚度进行测试。

1、抗风风蚀性

选取10-30目的煤样，在烘箱中45℃的条件下烘干5h，取适量的煤分别盛放于2个(300mm×210mm×30mm)搪瓷托盘，使煤层表面与托盘平齐，并分别进行称重，其中煤的质量为M₁,将两个托盘中分别喷洒质量分数2％的各组复合材料(喷洒量为1.5L/m²)，在烘箱中50℃条件下烘120min后放入风洞中，煤层表面风速30m/s的条件下进行5min的吹蚀，然后分别进行称重，剩余煤样的质量为M₂，按照下列公式计算样品的风蚀率：

2、固化层厚度

任意取各组煤样的4处固化层，用刻度尺测量其厚度，取其平均值。

3、阻燃性能测试

取各组煤样30g分别使用等量质量分数2％的复合材料和水处理，干燥后放入三个烧瓶中，将烧瓶接通空气抽气泵并放入温度计，气体流速设定在250mL/min，然后将烧瓶置于80℃油浴锅，用CO气体检测仪检测CO浓度，并且不断提高温度至150℃结束，分别记录不同温度下CO浓度，分析对比复合材料处理CO浓度差异，确定阻燃效果，CO浓度越小，表面阻燃效果越好，阻化率计算公式如下：

式中：

Z-阻化率，％；

S₁-经水处理煤样排放CO浓度，g/L；

S₂-经复核材料处理煤样排放CO浓度，g/L。

4、膜抗拉伸测试

将制备的复合材料在聚四氟乙烯板上流延成1mm的薄膜，干燥后揭下使用承德金建检测仪器有限公司的XWW-20B万能试验机按照国家标准(GB13022-91)测试其断裂伸长率。

测试结果如下表所示：

由上表可以看出实施例1-3在抗风蚀、固化能力、阻燃性能以及成膜性能均优于对比例1-4，说明本发明制备的复合材料具有优异的固化、阻燃性能，在抑尘领域具有巨大的应用价值。

以上内容仅仅是对本发明的构思所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的构思或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种环保型阻燃复合材料，其特征在于，包括以下重量份原料：吸附树脂30-50份、阻燃填料5-10份、聚磷酸铵1-3份、羧甲基淀粉10-20份、纳米纤维素5-10份、丙烯酸60-80份、二甲基二烯丙基氯化铵60-80份、N,N'-亚甲基双丙烯酰胺0.5-1份、丙三醇60-80份、无水乙醇130-150份、过硫酸铵1-3份和偶联剂1份；

该环保型阻燃复合材料由如下步骤制成：

第一步、将纳米纤维素和无水乙醇加入反应釜中，升温至80℃，然后向反应釜中滴加丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化铵，控制滴加速度为2mL/min，滴加结束后，向反应釜中加入过硫酸铵，转速300-500r/min条件下，搅拌1-2h后，得到第一混合物；

第二步、向第一混合物中加入N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，转速不变的情况下，保温反应4h后，反应结束后依次加入丙三醇、偶联剂、羧甲基淀粉、吸附树脂、阻燃填料和聚磷酸铵，保持温度、转速不变的情况下，搅拌反应4-6h后，冷却至室温，即得环保型阻燃复合材料。

2.根据权利要求1所述的一种环保型阻燃复合材料，其特征在于，所述阻燃填料由以下步骤制成：

步骤A1、将天然鳞片石墨、质量分数85％的磷酸溶液和质量分数80％的硫酸溶液置于三口烧瓶中，之后向三口烧瓶中四次等量加入高锰酸钾，然后升温至50℃，转速200-300r/min搅拌10-12h，冷却至室温后，将反应产物稀释到蒸馏水中，转速40-80r/min搅拌5min，然后加入质量分数38％的过氧化氢溶液直至溶液体系变成亮黄色，静置1-3h，过滤，将沉淀用去离子水洗涤至洗涤液呈中性，最后于90-100℃烘箱中干燥处理5-8h，得到氧化石墨烯；

步骤A2、将步骤A1得到的氧化石墨烯和去离子水加入烧杯中，于室温条件下，频率30-50kHz超声分散15-20min，得到石墨烯分散液，将空心玻璃微珠用质量分数1％的氢氧化钠溶液清洗一次，再用去离子水清洗空心玻璃微珠四次，然后将清洗过的空心玻璃微珠加入石墨烯分散液中，升温至60℃，转速80-120r/min条件下搅拌5h，减压抽滤出上层物，沉淀用蒸馏水洗涤3-5次，于真空干燥箱中80℃下干燥至恒重，得到复合填料；

步骤A3、将步骤A2得到的复合填料、去离子水和乙酸加入烧杯中，频率32kHz下超声分散10-15min，得到混合物1，将醋酸加入蒸馏水中得到pH值为3的醋酸溶液，将壳聚糖粉末加入醋酸溶液中，于转速100-150r/min条件下搅拌20min，得到壳聚糖分散液，将壳聚糖分散液与混合物1按照体积比1：1混合，控制温度50-60℃，转速200-300r/min条件下反应30-60min，静置2-4h，然后过滤，滤饼用去离子水洗涤3-5次，最后于70-80℃烘箱中干燥8-10h，得到所述阻燃填料。

3.根据权利要求2所述的一种环保型阻燃复合材料，其特征在于，步骤A1中所述天然鳞片石墨、磷酸溶液、硫酸溶液、高锰酸钾和蒸馏水的用量比为4g：35mL：350mL：15-20g：300-500mL；步骤A2中所述氧化石墨烯、去离子水和空心玻璃微珠的用量比为5-10g：200mL：10g；步骤A3中所述复合填料、去离子水和乙酸按照质量比为1-3g：100mL：1g，壳聚糖粉末和醋酸溶液的用量比为1g：10-20mL。

4.根据权利要求1所述的一种环保型阻燃复合材料，其特征在于，所述吸附树脂制备步骤如下：

将丁酮和正庚烷按照体积比4:6混合均匀，得到混合溶剂，将马来酸酐和混合溶剂加入三口烧瓶中，转速60-100r/min条件下，搅拌30min后，向三口烧瓶中加入交联剂和引发剂，以3℃/min升温速率升温至70℃，调整转速至300r/min，氮气保护下，反应7-10h，反应结束后，将反应产物用丙酮索氏提取48h，然后在40℃下真空干燥10h，即得所述吸附树脂，其中马来酸酐、混合溶剂和交联剂的用量比为0.04mol：40mL：0.04mol，引发剂的用量为马来酸酐质量的1％，交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯，引发剂为偶氮二异丁腈。

5.根据权利要求1所述的一种环保型阻燃复合材料，其特征在于，偶联剂为硅烷偶联剂KH-550。

6.根据权利要求1所述的一种环保型阻燃复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步、将纳米纤维素和无水乙醇加入反应釜中，升温至80℃，然后向反应釜中滴加丙烯酸和二甲基二烯丙基氯化铵，控制滴加速度为2mL/min，滴加结束后，向反应釜中加入过硫酸铵，转速300-500r/min条件下，搅拌1-2h后，得到第一混合物；

第二步、向第一混合物中加入N,N'-亚甲基双丙烯酰胺，转速不变的情况下，保温反应4h后，反应结束后依次加入丙三醇、偶联剂、羧甲基淀粉、吸附树脂、阻燃填料和聚磷酸铵，保持温度、转速不变的情况下，搅拌反应4-6h后，冷却至室温，即得环保型阻燃复合材料。