CN114933797A - 一种增强过渡金属氧化物/聚合物复合材料界面相容性与阻燃性能的方法 - Google Patents
一种增强过渡金属氧化物/聚合物复合材料界面相容性与阻燃性能的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114933797A CN114933797A CN202210487481.8A CN202210487481A CN114933797A CN 114933797 A CN114933797 A CN 114933797A CN 202210487481 A CN202210487481 A CN 202210487481A CN 114933797 A CN114933797 A CN 114933797A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- transition metal
- metal oxide
- polymer
- nanoparticles
- polyhydroxy compound
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 229910000314 transition metal oxide Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 76
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 title claims abstract description 74
- 239000003063 flame retardant Substances 0.000 title claims abstract description 27
- RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 2,2,4,4,6,6-hexaphenoxy-1,3,5-triaza-2$l^{5},4$l^{5},6$l^{5}-triphosphacyclohexa-1,3,5-triene Chemical compound N=1P(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP(OC=2C=CC=CC=2)(OC=2C=CC=CC=2)=NP=1(OC=1C=CC=CC=1)OC1=CC=CC=C1 RNFJDJUURJAICM-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 24
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 title claims abstract description 8
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims abstract description 59
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims abstract description 22
- 239000000779 smoke Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000001629 suppression Effects 0.000 claims abstract description 13
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 17
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 claims description 10
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 claims description 10
- TUSDEZXZIZRFGC-UHFFFAOYSA-N 1-O-galloyl-3,6-(R)-HHDP-beta-D-glucose Natural products OC1C(O2)COC(=O)C3=CC(O)=C(O)C(O)=C3C3=C(O)C(O)=C(O)C=C3C(=O)OC1C(O)C2OC(=O)C1=CC(O)=C(O)C(O)=C1 TUSDEZXZIZRFGC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 239000001263 FEMA 3042 Substances 0.000 claims description 9
- LRBQNJMCXXYXIU-PPKXGCFTSA-N Penta-digallate-beta-D-glucose Natural products OC1=C(O)C(O)=CC(C(=O)OC=2C(=C(O)C=C(C=2)C(=O)OC[C@@H]2[C@H]([C@H](OC(=O)C=3C=C(OC(=O)C=4C=C(O)C(O)=C(O)C=4)C(O)=C(O)C=3)[C@@H](OC(=O)C=3C=C(OC(=O)C=4C=C(O)C(O)=C(O)C=4)C(O)=C(O)C=3)[C@H](OC(=O)C=3C=C(OC(=O)C=4C=C(O)C(O)=C(O)C=4)C(O)=C(O)C=3)O2)OC(=O)C=2C=C(OC(=O)C=3C=C(O)C(O)=C(O)C=3)C(O)=C(O)C=2)O)=C1 LRBQNJMCXXYXIU-PPKXGCFTSA-N 0.000 claims description 9
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 9
- 229940033123 tannic acid Drugs 0.000 claims description 9
- 235000015523 tannic acid Nutrition 0.000 claims description 9
- 229920002258 tannic acid Polymers 0.000 claims description 9
- LRBQNJMCXXYXIU-NRMVVENXSA-N tannic acid Chemical compound OC1=C(O)C(O)=CC(C(=O)OC=2C(=C(O)C=C(C=2)C(=O)OC[C@@H]2[C@H]([C@H](OC(=O)C=3C=C(OC(=O)C=4C=C(O)C(O)=C(O)C=4)C(O)=C(O)C=3)[C@@H](OC(=O)C=3C=C(OC(=O)C=4C=C(O)C(O)=C(O)C=4)C(O)=C(O)C=3)[C@@H](OC(=O)C=3C=C(OC(=O)C=4C=C(O)C(O)=C(O)C=4)C(O)=C(O)C=3)O2)OC(=O)C=2C=C(OC(=O)C=3C=C(O)C(O)=C(O)C=3)C(O)=C(O)C=2)O)=C1 LRBQNJMCXXYXIU-NRMVVENXSA-N 0.000 claims description 8
- 229910020599 Co 3 O 4 Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 6
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 6
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 6
- 238000013329 compounding Methods 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 5
- 239000012046 mixed solvent Substances 0.000 claims description 5
- 229920003225 polyurethane elastomer Polymers 0.000 claims description 5
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims description 5
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims description 5
- 229920000858 Cyclodextrin Polymers 0.000 claims description 4
- 238000009210 therapy by ultrasound Methods 0.000 claims description 4
- 238000005054 agglomeration Methods 0.000 claims description 3
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 claims description 3
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 3
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 2
- HFHDHCJBZVLPGP-UHFFFAOYSA-N schardinger α-dextrin Chemical compound O1C(C(C2O)O)C(CO)OC2OC(C(C2O)O)C(CO)OC2OC(C(C2O)O)C(CO)OC2OC(C(O)C2O)C(CO)OC2OC(C(C2O)O)C(CO)OC2OC2C(O)C(O)C1OC2CO HFHDHCJBZVLPGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 17
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 abstract description 6
- ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N N,N-Dimethylformamide Chemical compound CN(C)C=O ZMXDDKWLCZADIW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 49
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 16
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 16
- 238000000026 X-ray photoelectron spectrum Methods 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000000781 heat-release-rate curve Methods 0.000 description 3
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 3
- 238000000643 oven drying Methods 0.000 description 3
- 229920001864 tannin Polymers 0.000 description 3
- 235000018553 tannin Nutrition 0.000 description 3
- 239000001648 tannin Substances 0.000 description 3
- 239000001116 FEMA 4028 Substances 0.000 description 2
- 238000001157 Fourier transform infrared spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 2
- WHGYBXFWUBPSRW-FOUAGVGXSA-N beta-cyclodextrin Chemical compound OC[C@H]([C@H]([C@@H]([C@H]1O)O)O[C@H]2O[C@@H]([C@@H](O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O[C@H]3O[C@H](CO)[C@H]([C@@H]([C@H]3O)O)O3)[C@H](O)[C@H]2O)CO)O[C@@H]1O[C@H]1[C@H](O)[C@@H](O)[C@@H]3O[C@@H]1CO WHGYBXFWUBPSRW-FOUAGVGXSA-N 0.000 description 2
- 235000011175 beta-cyclodextrine Nutrition 0.000 description 2
- 229960004853 betadex Drugs 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 2
- 125000002887 hydroxy group Chemical group [H]O* 0.000 description 2
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 2
- 239000002341 toxic gas Substances 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 238000005033 Fourier transform infrared spectroscopy Methods 0.000 description 1
- 229910007541 Zn O Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 125000003118 aryl group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000003763 carbonization Methods 0.000 description 1
- 125000003178 carboxy group Chemical group [H]OC(*)=O 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009920 chelation Effects 0.000 description 1
- 238000007385 chemical modification Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000010292 electrical insulation Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 229910052736 halogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002367 halogens Chemical class 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002329 infrared spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000001000 micrograph Methods 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N phenol group Chemical group C1(=CC=CC=C1)O ISWSIDIOOBJBQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 235000013824 polyphenols Nutrition 0.000 description 1
- 229920002635 polyurethane Polymers 0.000 description 1
- 239000004814 polyurethane Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012827 research and development Methods 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
- C08K9/04—Ingredients treated with organic substances
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K9/00—Use of pretreated ingredients
- C08K9/08—Ingredients agglomerated by treatment with a binding agent
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2265—Oxides; Hydroxides of metals of iron
- C08K2003/2272—Ferric oxide (Fe2O3)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2289—Oxides; Hydroxides of metals of cobalt
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K3/00—Use of inorganic substances as compounding ingredients
- C08K3/18—Oxygen-containing compounds, e.g. metal carbonyls
- C08K3/20—Oxides; Hydroxides
- C08K3/22—Oxides; Hydroxides of metals
- C08K2003/2296—Oxides; Hydroxides of metals of zinc
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08K—Use of inorganic or non-macromolecular organic substances as compounding ingredients
- C08K2201/00—Specific properties of additives
- C08K2201/011—Nanostructured additives
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
- C08L—COMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
- C08L2201/00—Properties
- C08L2201/02—Flame or fire retardant/resistant
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Polymers & Plastics (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)
Abstract
本发明公开了一种增强过渡金属氧化物/聚合物复合材料界面相容性与阻燃性能的方法，首先利用生物基多羟基化合物修饰过渡金属氧化物纳米粒子，然后将改性后的过渡金属氧化物纳米粒子与聚合物基体复合。生物基多羟基化合物作为连接过渡金属氧化物纳米粒子与聚合物的桥梁，通过配位键或分子间作用力连接过渡金属氧化物与聚合物分子链，从而提升过渡金属氧化物纳米粒子在聚合物间的界面相容性。此外，基于过渡金属氧化物纳米粒子优良的催化性能，在聚合物基体中分散均匀的改性过渡金属氧化物纳米粒子具有显著提升聚合物阻燃、抑烟性能的效果。
Description
技术领域
本发明属于过渡金属氧化物纳米材料领域，具体涉及一种增强过渡金属氧化物/聚合物复合材料界面相容性与阻燃性能的方法。
背景技术
大多数聚合物具有耐磨抗震、防水防腐、电绝缘等性能，因而被广泛应用于生活的方方面面。然而，聚合物中含有较多的C、H、O等元素，在高温下极易燃烧，引发火灾。与此同时，聚合物在燃烧过程中会产生较多的烟雾和毒性气体。针对这一问题，科研人员通过在聚合物基体中引入阻燃剂的方式提升其阻燃性能。为了使聚合物达到令人满意的阻燃效果，通常需要添加较高含量的阻燃剂，这对聚合物的机械性能产生不利影响。此外，一些阻燃剂如卤系阻燃剂，会在燃烧过程中释放出较多的有毒气体，对生命和环境产生严重危害。基于此，科研工作开始探索纳米材料对聚合物阻燃性能的提升作用。
过渡金属氧化物纳米粒子作为一类价格低廉、制备方法简单的纳米材料，同时伴有优良的催化性能，常用以提升聚合物的阻燃和抑烟减毒性能。然而，过渡金属氧化物的表面活性较高，在聚合物中十分易于团聚，阻碍其对聚合物的增强效果。因此，对过渡金属氧化物纳米粒子进行化学改性以提升其与聚合物间的界面相容性，从而进一步发挥过渡金属氧化物纳米粒子优良的阻燃、抑烟性能是十分有必要的。
目前，有关过渡金属氧化物纳米粒子的化学改性大部分仅局限于催化领域，将改性过渡金属氧化物用于改善聚合物阻燃抑烟性能的研究还鲜有报道，且文献大都直接使用有机化合物在过渡金属氧化物纳米粒子表面引入羧基、羟基和环氧基等基团，在制备过程中通常会消耗大量有机溶剂，对环境产生严重污染。
发明内容
为了改善过渡金属氧化物纳米粒子在聚合物基体中的团聚现象，本发明提供了一种增强过渡金属氧化物/聚合物复合材料界面相容性与阻燃性能的方法。本发明采用生物基多羟基化合物修饰过渡金属氧化物纳米粒子，通过生物基多羟基化合物与聚合物分子链间的相互作用，提升聚合物与过渡金属氧化物纳米粒子间的分子间作用力，旨在解决过渡金属氧化物纳米粒子在聚合物基体中的团聚现象，以期更好地发挥过渡金属氧化物的催化成炭和催化抑烟作用，进一步改善聚合物阻燃和抑烟减毒性能。
本发明增强过渡金属氧化物/聚合物复合材料界面相容性与阻燃性能的方法，包括如下步骤：
步骤1：将过渡金属氧化物纳米粒子分散于混合溶剂中，加入生物基多羟基化合物，在常温、40Hz条件下超声搅拌；将超声后的分散液过滤并保留粉末，洗涤2-3次，烘干即得生物基多羟基化合物改性的过渡金属氧化物纳米粒子；
步骤2：采用溶剂混合法将改性后的过渡金属氧化物纳米粒子与聚合物基体材料复合，得到改性过渡金属氧化物/聚合物复合材料。
进一步地，步骤1中，将2g过渡金属氧化物纳米粒子分散于混合溶剂中，加入20g生物基多羟基化合物，在常温、40Hz条件下超声搅拌2h；将超声后的分散液过滤并保留粉末，洗涤2-3次，烘干后即得生物基多羟基化合物改性的过渡金属氧化物纳米粒子。
所述过渡金属氧化物纳米粒子包括ZnO纳米粒子、Co3O4纳米粒子、Fe2O3纳米粒子等。
步骤1中，所述生物基多羟基化合物为单宁酸或环糊精。所述生物基多羟基化合物与过渡金属氧化物的质量比为10：1。
步骤1中，所述混合溶剂由乙醇和去离子水复配构成，乙醇和去离子水的体积比为10： 1。
步骤2中，复合时所用溶剂根据聚合物类型选择相应的溶剂，如N,N二甲基甲酰胺(DMF)。所述聚合物基体包括聚氨酯弹性体树脂(TPU)。
步骤2中，改性后的过渡金属氧化物纳米粒子的添加质量为聚合物基体材料质量的1-5％。随添加量的增加，聚合物复合材料的力学性能和阻燃抑烟性能呈现上升趋势。
本发明首先利用生物基多羟基化合物修饰过渡金属氧化物纳米粒子，然后将改性后的过渡金属氧化物纳米粒子与聚合物基体复合。生物基多羟基化合物作为连接过渡金属氧化物纳米粒子与聚合物的桥梁，通过配位键或分子间作用力连接过渡金属氧化物与聚合物分子链，从而提升过渡金属氧化物纳米粒子在聚合物间的界面相容性。此外，基于过渡金属氧化物纳米粒子优良的催化性能，在聚合物基体中分散均匀的改性过渡金属氧化物纳米粒子具有显著提升聚合物阻燃、抑烟性能的效果。
与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：
1、本发明涉及的制备方法简单、价格低廉。
2、本发明制备的改性过渡金属氧化物纳米粒子兼具提升聚合物阻燃抑烟性能和力学性能的效果。
3、本发明制备的改性过渡金属氧化物纳米粒子与聚合物间的界面相容性较好。
4、本发明中使用到的改性剂均为生物基多羟基化合物，具有环境友好、可降解等优点，为制备绿色环保的高性能聚合物复合材料提供了新策略。
附图说明
图1是本发明实施例1中过渡金属氧化物改性前后的FTIR(a)和XPS(b)光谱测试图。
图2是本发明实施例1中过渡金属氧化物改性前后在聚合物基体中的分散状态对比图，即聚合物复合材料断面形貌的扫描电镜对比图；其中(a)为ZnO@TPU；(b)为ZnO-TA@TPU。
图3是本发明实施例1中过渡金属氧化物改性前后对聚合物拉伸力学性能影响的对比图。
图4是本发明实施例1中过渡金属氧化物改性前后对聚合物阻燃性能影响的对比图；其中(a)为热释放速率曲线，(b)为总热释放量曲线。
图5是本发明实施例1中过渡金属氧化物改性前后对聚合物抑烟性能影响的对比图；其中(a)烟生成速率曲线，(b)单位面积产烟量。
图6(a)(b)是本发明实施例2中过渡金属氧化物改性前后的X射线光电子能谱。
图7是本发明实施例2中过渡金属氧化物改性前(a)后(b)在聚合物基体中的分散状态对比图，即聚合物复合材料断面形貌的扫描电镜对比图。
图8是本发明实施例2中过渡金属氧化物改性前后对聚合物拉伸力学性能影响的对比图。
图9是本发明实施例2中过渡金属氧化物改性前后对聚合物阻燃性能影响的对比图；其中(a)为热释放速率曲线，(b)为总热释放量曲线。
图10是本发明实施例2中过渡金属氧化物改性前后对聚合物抑烟性能影响的对比图；其中(a)烟生成速率曲线，(b)单位面积产烟量。
图11是本发明实施例3中过渡金属氧化物改性前后对聚合物拉伸力学性能影响的对比图。
图12是本发明实施例3中过渡金属氧化物改性前后对聚合物阻燃性能影响的对比图；其中(a)为热释放速率曲线，(b)为总热释放量曲线。
图13是本发明实施例3中过渡金属氧化物改性前后对聚合物抑烟性能影响的对比图；其中(a)烟生成速率曲线，(b)单位面积产烟量。
具体实施方式
为了使本发明所述的内容更加便于理解，下面结合具体实施方式对本发明所述的技术方案做进一步的说明，但是本发明不仅限于此。
实施例1：
本实施例中，所用原料的纯度规格分别是：ZnO纳米粒子，单宁酸(分析纯)，N,N二甲基甲酰胺(99.5％)，聚氨酯弹性体(TPU)。
1、取2gZnO纳米粒子分散于250ml乙醇溶液中，加入25ml去离子水，在超声条件下不断搅拌。加入20g单宁酸粉末于上述分散液中，搅拌2h后，过滤、洗涤并烘干即得单宁酸改性的过渡金属氧化物纳米粒子(记作ZnO-TA)。
2、取2gZnO-TA分散于100ml的DMF中，在超声条件下搅拌均匀。取48g聚氨酯弹性体树脂分散于200ml的DMF中，并升温至80℃，搅拌2h后加入分散有ZnO-TA的DMF分散液，继续搅拌1h，得到ZnO-TA与TPU复合材料的DMF分散液。将所得分散液倒入500ml 的去离子水中，置换出DMF，即得润湿的ZnO-TA/TPU复合材料，烘干即可，记作 ZnO-TA@TPU。
检测结果：
本发明对实施例1中过渡金属氧化物改性前后的结构做了FTIR和XPS光谱测试，结果如图1所示。从图1中a图可以观察到，ZnO-TA的红外光谱中除了有明显的Zn-O和O-H吸收峰外，还具有单宁酸结构中的C-C、C-H和芳基吸收峰等。图1中b图展示了ZnO在单宁酸改性前后Zn 2p轨道的XPS光谱。相较于ZnO，ZnO-TA中Zn 2p轨道的结合能向更高的电压方向移动，这种现象归因于Zn2+与单宁酸上的酚羟基形成的螯合作用。综合FTIR和XPS 光谱可以证实单宁酸改性ZnO纳米粒子的成功。
进一步，本发明对实施例1中ZnO纳米粒子改性前后与TPU基体间的界面相容性进行了对比。如图2中a图，ZnO@TPU断面的形貌图中可以观察到较多凸起的小颗粒，而在图2中b图展示的ZnO-TA@TPU断面的形貌图中则可以看到较多因断裂形成的波纹，截面也更加粗糙，没有发现明显的小颗粒，表明改性后的ZnO纳米粒子与TPU间的界面相容性更好，分散的更均匀。
进一步，本发明对实施例1中ZnO@TPU和ZnO-TA@TPU的力学性能进行表征。如图3，ZnO和ZnO-TA的引入均具有提升TPU拉伸性能的作用。通过对比，可以发现改性后的ZnO 纳米粒子提升TPU力学拉伸性能的效果更加显著，更有利于实际应用。
更进一步，本发明采用锥形量热仪对ZnO@TPU和ZnO-TA@TPU的燃烧行为进行了分析。如图4所示，相比于ZnO@TPU，ZnO-TA@TPU的热释放速率峰值和总热释放量均明显下降，说明改性后的ZnO纳米粒子能够赋予聚合物良好的阻燃性能。
更进一步，本发明还对实施例1中ZnO@TPU和ZnO-TA@TPU的烟气释放量进行测试。从图5来看，ZnO-TA@TPU的烟释放速率峰值远低于ZnO@TPU，证实了改性后的ZnO纳米粒子能够显著提升TPU的抑烟性能。
综上所述，本发明提供了一种增强过渡金属氧化物纳米粒子/聚合物界面相容性和阻燃性能的制备方法。采用简单的超声处理，即可制备出生物基多羟基化合物修饰的过渡金属氧化物纳米粒子。基于生物基多羟基化合物与聚合物分子链间较强的分子间作用力，改性后的过渡金属氧化物与聚合物间的界面相容性显著提升。此外，改性后的过渡金属氧化物在聚合物基体中良好的分散性和催化性，进一步提升了聚合物的阻燃抑烟性能。本发明采用的改性剂均为生物基多羟基化合物，为制备绿色环保、污染小的聚合物复合材料提供了新策略。
实施例2：
1、取2g Fe2O3纳米粒子分散于250ml乙醇溶液中，加入25ml去离子水，在40Hz超声条件下不断搅拌。加入20g单宁酸粉末于上述分散液中，搅拌2h后，过滤、洗涤并烘干即得单宁酸改性的过渡金属氧化物纳米粒子(记作Fe2O3-TA)。
2、取2g Fe2O3-TA分散于100ml的DMF中，在超声条件下搅拌均匀。取48g聚氨酯弹性体树脂分散于200ml的DMF中，并升温至80℃，搅拌2h后加入分散有ZnO-TA的DMF 分散液，继续搅拌1h，得到Fe2O3-TA与TPU复合材料的DMF分散液。将所得分散液倒入 500ml的去离子水中，置换出DMF，即得润湿的Fe2O3-TA/TPU复合材料，烘干即可，记作 Fe2O3-TA@TPU。
实施例3：
本实施例中，所用原料的纯度规格分别是：Co3O4纳米粒子，β-环糊精(分析纯)，N,N二甲基甲酰胺(99.5％)。
1、取2gCo3O4纳米粒子分散于250ml乙醇溶液中，加入25ml去离子水，在40Hz超声条件下不断搅拌。加入20gβ-环糊精粉末于上述分散液中，搅拌2h后，过滤、洗涤并烘干即得单宁酸改性的过渡金属氧化物纳米粒子(记作Co3O4-βCD)。
2、取2g Co3O4-βCD分散于100ml的DMF中，在超声条件下搅拌均匀。取48g聚氨酯弹性体树脂分散于200ml的DMF中，并升温至80℃，搅拌2h后加入分散有Co3O4-βCD的 DMF分散液，继续搅拌1h，得到Co3O4-βCD与TPU复合材料的DMF分散液。将所得分散液倒入500ml的去离子水中，置换出DMF，即得润湿的Co3O4-βCD/TPU复合材料，烘干即可，记作Co3O4-βCD@TPU。
Claims (7)
1.一种增强过渡金属氧化物/聚合物复合材料界面相容性与阻燃性能的方法，其特征在于：
采用生物基多羟基化合物修饰过渡金属氧化物纳米粒子，通过生物基多羟基化合物与聚合物分子链间的相互作用，提升聚合物与过渡金属氧化物纳米粒子间的分子间作用力，解决过渡金属氧化物纳米粒子在聚合物基体中的团聚现象，以进一步改善聚合物阻燃和抑烟减毒性能；具体包括如下步骤：
步骤1：将过渡金属氧化物纳米粒子分散于混合溶剂中，加入生物基多羟基化合物，在常温下超声搅拌；将超声后的分散液过滤并保留粉末，洗涤，烘干即得生物基多羟基化合物改性的过渡金属氧化物纳米粒子；
步骤2：采用溶剂混合法将改性后的过渡金属氧化物纳米粒子与聚合物基体材料复合，得到改性过渡金属氧化物/聚合物复合材料。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述过渡金属氧化物纳米粒子包括ZnO纳米粒子、Co3O4纳米粒子或Fe2O3纳米粒子。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤1中，所述生物基多羟基化合物为单宁酸或环糊精。
4.根据权利要求1、2或3所述的方法，其特征在于：
所述生物基多羟基化合物与过渡金属氧化物的质量比为10：1。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤1中，所述混合溶剂由乙醇和去离子水复配构成，乙醇和去离子水的体积比为10：1。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述聚合物基体包括聚氨酯弹性体树脂。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
步骤2中，改性后的过渡金属氧化物纳米粒子的添加质量为聚合物基体材料质量的1-5％。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210487481.8A CN114933797A (zh) | 2022-05-06 | 2022-05-06 | 一种增强过渡金属氧化物/聚合物复合材料界面相容性与阻燃性能的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210487481.8A CN114933797A (zh) | 2022-05-06 | 2022-05-06 | 一种增强过渡金属氧化物/聚合物复合材料界面相容性与阻燃性能的方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN114933797A true CN114933797A (zh) | 2022-08-23 |
Family
ID=82863787
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210487481.8A Pending CN114933797A (zh) | 2022-05-06 | 2022-05-06 | 一种增强过渡金属氧化物/聚合物复合材料界面相容性与阻燃性能的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN114933797A (zh) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101525158A (zh) * | 2009-04-03 | 2009-09-09 | 天津大学 | 一种制备三氧化二铁一维纳米材料的方法 |
-
2022
- 2022-05-06 CN CN202210487481.8A patent/CN114933797A/zh active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101525158A (zh) * | 2009-04-03 | 2009-09-09 | 天津大学 | 一种制备三氧化二铁一维纳米材料的方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| XUAN WANG，等: "Bio-based polyphenol tannic acid as universal linker between metal oxide nanoparticles and thermoplastic polyurethane to enhance flame retardancy and mechanical properties", 《COMPOSITES PART B》 * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102504451B (zh) | 氟树脂/纳米复合材料的制备方法 | |
| CN103102509B (zh) | 一种核壳型碳微球及其制备方法和应用 | |
| CN105542495A (zh) | 改性炭黑、改性沥青及改性炭黑和改性沥青的制备方法 | |
| WO2022001244A1 (zh) | 一种仿木家具用耐老化木塑复合材料及其制备方法 | |
| CN111019123B (zh) | 仿生修饰的勒姆石/氧化石墨烯纳米复合材料阻燃改性聚酰胺56的方法 | |
| CN109054097A (zh) | 一种三聚氰胺改性木质素包覆红磷阻燃剂及其在abs树脂中的应用 | |
| CN106519363B (zh) | 一种氢化丁腈橡胶组合物 | |
| CN108623988A (zh) | 一种石墨烯/酚醛树脂复合材料及其用途 | |
| CN104650400A (zh) | 一种环戊二烯改性碳纳米管/橡胶复合材料及其制备方法 | |
| CN114933797A (zh) | 一种增强过渡金属氧化物/聚合物复合材料界面相容性与阻燃性能的方法 | |
| CN117844141A (zh) | 一种抗压耐磨电缆料及其制备方法 | |
| CN111423594B (zh) | 木质素/埃洛石杂化填料及其制备方法和应用 | |
| CN109988411B (zh) | 阻燃抑烟热塑性聚氨酯抗静电复合材料及其制备方法 | |
| CN111393720A (zh) | 一种纳米氧化锌改性纳米晶纤维素增强天然橡胶及其制备方法 | |
| WO2023061354A1 (zh) | 一种高分子复合材料添加剂及其应用 | |
| CN114752201B (zh) | 一种分散相纳米复合材料、高强高耐内应力开裂共混物及制备方法和应用 | |
| CN115678132A (zh) | 一种汽车轴承密封圈用抗疲劳橡胶材料 | |
| CN113416415B (zh) | 一种耐水耐磨聚苯硫醚/混杂纤维复合材料及其制备方法 | |
| CN113121958A (zh) | 一种协同阻燃复合材料及其制备方法 | |
| CN112239561B (zh) | 一种有机无机杂化抗熔滴功能材料及其制备方法和应用 | |
| CN110483941B (zh) | 低烟环保5va级阻燃abs材料及其制备方法 | |
| CN103497460A (zh) | 一种氟橡胶/n, n’-间亚苯基双马来酰亚胺复合材料 | |
| CN114213707A (zh) | 一种膨胀型阻燃剂、制备方法及其用途 | |
| CN113004677A (zh) | 用于防护的高分子材料及其制备方法 | |
| CN111518337A (zh) | 一种石墨烯/玄武岩纤维增强复合材料及其制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220823 |