本发明涉及阻燃材料技术领域，具体涉及一种高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料及制备方法。
背景技术：
众所周知，随着高分子合成材料的迅速发展，各类塑料制品也更广泛地应用在各种领域，在人们的生活环境中发挥着越来越重要的作用，然而由于塑料组分中富含碳和氢，一般具有很高的可燃性，在有氧和加热的条件下易燃，会产生毒性烟雾，危害环境。因此，阻燃对塑料而言已经是一个很重要的课题，使阻燃剂的开发和应用得到了很大的重视。
聚合物的燃烧是一个非常复杂、激烈的连续氧化过程。在外界热源不断加热下，聚合物与空气中的氧发生自由基链式降解反应，产生挥发性可燃物，当达到一定温度和浓度时，就发生燃烧，燃烧释放出光和热使聚合物降解进一步加剧，产生更多的可燃性气体，使燃烧更加剧烈。 阻燃剂的作用机理比较复杂，且不同阻燃剂的阻燃机理也各不相同，但其基本功能是以物理和化学途径来干扰氧、热和可燃物这三个维系燃烧的基本要素。主要是通过气相阻燃、凝聚相阻燃或中断热交换等机理来实现阻燃的。
在我国聚氨酯泡沫塑料生产过程中采用的阻燃剂按化学成分可以分为有机阻燃剂和无机阻燃剂两大类。 其中无机阻燃剂虽然具有热稳定好、高效、抑烟、阻滴、填充安全、对环境基本无污染等特点，但其和高聚物在物理形态和化学结构上极不相同，两者结合性差，对高分子基体材料的加工性能和物理性能影响较大。有机阻燃剂多采用磷酸酯类物质，且多数含有卤素，在人们的生活中逐渐被淘汰。
因此，研究开发一种既具有较好的阻燃效果，又能够对环境无污染的阻燃材料成为目前研究的重点，也具有较好的应用前景及使用价值。
技术实现要素：
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料及制备方法，所述高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料不仅具有较好的阻燃性和稳定性，还具有绿色无污染的特点，属环境友好型阻燃材料，为人们的成产、生活提供了保障。此外，所述制备方法简单易行，具有较好的应用价值。
本发明解决技术问题采用如下技术方案：
本发明涉及一种高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料，包括以下重量份的原料：改性凹凸棒石粘土60~80份、石墨烯5~10份、碳酸氢钠10~15份、烷基苯磺酸钠5~10份、无机阻燃剂20~30份、分散剂3~10份、聚丙烯酰胺30~50份、稳定剂5~10份，还包括适量的溶剂。
优选地，所述凹凸棒石粘土为热改性后的凹凸棒石粘土。
优选地，所述无机阻燃剂为氢氧化铝、氢氧化镁、无水碳酸镁和纳米层状硅酸盐中的任一种。
优选地，所述稳定剂为铅盐稳定剂。
优选地，所述分散剂为聚乙二醇或者十二烷基硫酸钠。
优选地，所述溶剂包括甲醇和水。
本发明还涉及一种制备高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料的方法，包括如下步骤：
（1）将天然凹凸棒石粘土进行粉碎至100~200目，加水，搅拌形成悬浮泥浆，再通过超声充分分散后，取上层悬浊液于3000转/min的离心机中离心处理5~10min，静置后真空抽滤；将滤饼置于烧杯中，加入甲醇，于超声波条件下超声10~20min，静置后真空抽滤，干燥得到凹凸棒石粘土预处理产物；
（2）将凹凸棒石粘土预处理产物烘干后置于500℃~800℃的马弗炉中焙烧1~2h，冷却后研磨至粒径为100~200目，即得热改性后的凹凸棒石粘土；
（3）按照配比分别称取聚丙烯酰胺、石墨烯、碳酸氢钠、烷基苯磺酸钠加入到反应釜中，加入适量水，于70~80℃搅拌反应1~3h，再加入改性后的凹凸棒石粘土、分散剂，搅拌均匀，然后置于超声波中超声10~20min，得混合物一；
（4）向混合物一中加入无机阻燃剂、稳定剂，继续超声10~20min，真空抽滤并洗涤滤饼，然后将滤饼烘干，研磨至50~100目，即得所述阻燃凹凸棒土基纳米复合材料。
优选地，所述步骤（1）中加水的重量为凹凸棒石粘土重量的3~8倍。
优选地，所述步骤（1）中甲醇的加入体积与凹凸棒石粘土质量比为50mL：10~15g。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
（1）本发明所述的高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料，具有优异的阻燃效果，由于复合材料中凹凸棒石粘土自身微孔中存在大量的物理和化学吸附水，在高温下产生水蒸汽，阻断氧气，吸收热量，达到多层阻燃的功效，为复合材料的优异的阻燃效果提供了第一道保障。
（2）本发明所述复合材料中添加有石墨烯材料，由于石墨烯具有独特的片层状结构，层层叠加形成致密的物理隔绝层，使得石墨烯改性后制备得到的复合材料具有较好的物理隔绝作用，为复合材料的优异的阻燃效果提供了第二道保障。
（3）本发明所述复合材料在制备过程中聚丙烯酰胺与石墨烯接枝改性，大大增加了石墨烯的分散均匀性，再在分散剂的协调作用下，使得凹凸棒土能够更加充分的与聚丙烯酰胺改性石墨烯及无机阻燃剂接触，进而使得各有效组分能够更加均匀的负载至凹凸棒土的表面，为复合材料优异的阻燃效果提供了条件。
（4）本发明所述的复合材料具有绿色无污染的特点，适合应用于多种场合，符合环境友好型材料的标准，适合推广应用，具有较好的应用价值。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。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。
实施例1：
本发明优选实施例的一种高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料及制备方法；
高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料，包括以下重量份的原料：改性凹凸棒石粘土70份、石墨烯8份、碳酸氢钠12份、烷基苯磺酸钠7份、无机阻燃剂25份、分散剂8份、聚丙烯酰胺40份、稳定剂8份，还包括适量的溶剂。
其中，凹凸棒石粘土为热改性后的凹凸棒石粘土，大大增大了凹凸棒土的比表面积，使其自身微孔中能够存在大量的物理和化学吸附水，在高温下产生水蒸汽，阻断氧气，吸收热量，达到多层阻燃的功效。
无机阻燃剂为氢氧化铝，稳定剂为铅盐稳定剂，分散剂为聚乙二醇，溶剂包括甲醇和水。
本发明还涉及一种制备高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料的方法，包括如下步骤：
（1）将天然凹凸棒石粘土进行粉碎至200目，加入凹凸棒石粘土重量的5倍量的水，搅拌形成悬浮泥浆，再通过超声充分分散后，取上层悬浊液于3000转/min的离心机中离心处理8 min，静置后真空抽滤；将滤饼置于烧杯中，加入甲醇，于超声波条件下超声15 min，静置后真空抽滤，干燥得到凹凸棒石粘土预处理产物，其中，甲醇的加入体积与凹凸棒石粘土质量比为50mL：13 g；
（2）将凹凸棒石粘土预处理产物烘干后置于700℃的马弗炉中焙烧1.5 h，冷却后研磨至粒径为200目，即得热改性后的凹凸棒石粘土；
（3）按照配比分别称取聚丙烯酰胺、石墨烯、碳酸氢钠、烷基苯磺酸钠加入到反应釜中，加入适量水，于80℃搅拌反应2 h，再加入改性后的凹凸棒石粘土、分散剂，搅拌均匀，然后置于超声波中超声15 min，得混合物一；
（4）向混合物一中加入无机阻燃剂、稳定剂，继续超声20 min，真空抽滤并洗涤滤饼，然后将滤饼烘干，研磨至100目，即得所述阻燃凹凸棒土基纳米复合材料。
实施例2：
本发明优选实施例的一种高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料及制备方法；
高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料，包括以下重量份的原料：改性凹凸棒石粘土60份、石墨烯5份、碳酸氢钠10份、烷基苯磺酸钠5份、无机阻燃剂20份、分散剂3份、聚丙烯酰胺30份、稳定剂5份，还包括适量的溶剂。
其中，凹凸棒石粘土为热改性后的凹凸棒石粘土，大大增大了凹凸棒土的比表面积，使其自身微孔中能够存在大量的物理和化学吸附水，在高温下产生水蒸汽，阻断氧气，吸收热量，达到多层阻燃的功效。
无机阻燃剂为氢氧化镁，稳定剂为铅盐稳定剂，分散剂为十二烷基硫酸钠，溶剂包括甲醇和水。
本发明还涉及一种制备高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料的方法，包括如下步骤：
（1）将天然凹凸棒石粘土进行粉碎至100目，加入凹凸棒石粘土重量的3倍量的水，搅拌形成悬浮泥浆，再通过超声充分分散后，取上层悬浊液于3000转/min的离心机中离心处理5 min，静置后真空抽滤；将滤饼置于烧杯中，加入甲醇，于超声波条件下超声10 min，静置后真空抽滤，干燥得到凹凸棒石粘土预处理产物，其中，甲醇的加入体积与凹凸棒石粘土质量比为50mL：10 g；
（2）将凹凸棒石粘土预处理产物烘干后置于500℃的马弗炉中焙烧2 h，冷却后研磨至粒径为100目，即得热改性后的凹凸棒石粘土；
（3）按照配比分别称取聚丙烯酰胺、石墨烯、碳酸氢钠、烷基苯磺酸钠加入到反应釜中，加入适量水，于70℃搅拌反应3h，再加入改性后的凹凸棒石粘土、分散剂，搅拌均匀，然后置于超声波中超声20 min，得混合物一；
（4）向混合物一中加入无机阻燃剂、稳定剂，继续超声10 min，真空抽滤并洗涤滤饼，然后将滤饼烘干，研磨至50目，即得所述阻燃凹凸棒土基纳米复合材料。
实施例3：
本发明优选实施例的一种高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料及制备方法；
高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料，包括以下重量份的原料：改性凹凸棒石粘土80份、石墨烯10份、碳酸氢钠15份、烷基苯磺酸钠10份、无机阻燃剂30份、分散剂10份、聚丙烯酰胺50份、稳定剂10份，还包括适量的溶剂。
其中，凹凸棒石粘土为热改性后的凹凸棒石粘土，大大增大了凹凸棒土的比表面积，使其自身微孔中能够存在大量的物理和化学吸附水，在高温下产生水蒸汽，阻断氧气，吸收热量，达到多层阻燃的功效。
无机阻燃剂为纳米层状硅酸盐，稳定剂为铅盐稳定剂，分散剂为十二烷基硫酸钠，溶剂包括甲醇和水。
本发明还涉及一种制备高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料的方法，包括如下步骤：
（1）将天然凹凸棒石粘土进行粉碎至100目，加入凹凸棒石粘土重量的8倍量的水，搅拌形成悬浮泥浆，再通过超声充分分散后，取上层悬浊液于3000转/min的离心机中离心处理10 min，静置后真空抽滤；将滤饼置于烧杯中，加入甲醇，于超声波条件下超声20 min，静置后真空抽滤，干燥得到凹凸棒石粘土预处理产物，其中，甲醇的加入体积与凹凸棒石粘土质量比为50mL：15 g；
（2）将凹凸棒石粘土预处理产物烘干后置于800℃的马弗炉中焙烧1 h，冷却后研磨至粒径为100目，即得热改性后的凹凸棒石粘土；
（3）按照配比分别称取聚丙烯酰胺、石墨烯、碳酸氢钠、烷基苯磺酸钠加入到反应釜中，加入适量水，于80℃搅拌反应1 h，再加入改性后的凹凸棒石粘土、分散剂，搅拌均匀，然后置于超声波中超声20 min，得混合物一；
（4）向混合物一中加入无机阻燃剂、稳定剂，继续超声20 min，真空抽滤并洗涤滤饼，然后将滤饼烘干，研磨至100目，即得所述阻燃凹凸棒土基纳米复合材料。
综上所述，本发明所制备的高阻燃凹凸棒土基纳米复合材料，具有优异的阻燃效果，由于复合材料中凹凸棒石粘土自身微孔中存在大量的物理和化学吸附水，在高温下产生水蒸汽，阻断氧气，吸收热量达到多层阻燃的功效；制备过程中聚丙烯酰胺与石墨烯接枝改性，大大增加了石墨烯的分散均匀性，再在分散剂的协调作用下，使得凹凸棒土能够更加充分的与聚丙烯酰胺改性石墨烯及无机阻燃剂接触，进而使得各组分能够更加均匀的负载至凹凸棒土的表面，为复合材料优异的阻燃效果提供了条件。此外，本发明所述的复合材料具有绿色无污染的特点，适合应用于多种场合，符合环境友好型材料的标准，适合推广应用，具有较好的应用价值。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。