本发明属于防火材料领域，具体涉及一种碳纳米管防火材料及其制备方法。
背景技术
普通纯尼龙属于可燃材料，在燃烧时会在短时间内迅速释放大量热，燃烧伴随着浓烟，并释放co，co2，hcn，nh3，ch4，c2h6等有毒或易燃气体；且由于尼龙熔体强度较低，因而在燃烧过程中极易产生大量有焰溶滴致使火势迅速蔓延；同时，材料点燃后会在短时间内释放大量热，易引起二次燃烧。从微观结构来看，其燃烧过程解释为：首先尼龙在火焰作用下受热，当温度达到220℃左右尼龙晶格被彻底破坏，材料逐渐软化熔融，随着温度的进一步升高，材料开始热氧化分解，高分子链的弱键处最先断裂，其分子链上与氮原子上α位相连的亚甲基上的氢首先被自由基攻击氧化，产生氢过氧化物，随之使尼龙主链断裂，分子量降低，热稳定性下降。并且主链断裂后形成的低分子量的链段上的亚甲基也会被游离的自由基攻击，使其彻底分解。由此，可以看出，尼龙材料的耐火性差，在应用与各个领域中的使用安全性较低，因此，如何提高尼龙材料的阻燃性能是目前研究的重点。
技术实现要素：
本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种碳纳米管防火材料及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种碳纳米管防火材料，它是由下述重量份的原料组成的：羟基锡酸锌4-5、木质素10-16、碳纳米管49-55、己内酰胺240-300、过硫酸铵4-6、2,2-二羟甲基丙酸3-5、硬脂酸钙1-2、氯化亚砜30-50、三乙胺0.1-0.14。
所述碳纳米管防火材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取羟基锡酸锌，加入到其重量5-8倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入木质素，升高温度为55-60℃，保温搅拌1-2小时，蒸馏除去乙醇，常温干燥，得活化木质素；
(2)取过硫酸铵，加入到其重量10-13倍的去离子水中，搅拌均匀；
(3)取碳纳米管，加入到其重量20-30倍的、96-98％的硫酸溶液中，超声1-2小时，过滤，将沉淀水洗，与2,2-二羟甲基丙酸混合，在60-70℃下保温搅拌70-100分钟，加入到氯化亚砜中，在70-75℃的水浴中保温搅拌20-24小时，出料，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得酰氯化碳纳米管；
(4)取活化木质素、酰氯化碳纳米管混合，加入到混合料重量10-20倍的去离子水中，搅拌均匀，加入三乙胺，送入到冰水浴中，搅拌反应3-5小时，出料，得改性碳纳米管分散液；
(5)取己内酰胺，加入到上述改性碳纳米管分散液中，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为60-75℃，加入上述过硫酸铵水溶液，保温搅拌3-5小时，出料，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得改性聚己内酰胺；
(6)取上述改性聚己内酰胺，与硬脂酸钙混合，搅拌均匀，送入到挤出机中，熔融挤出，冷却，即得所述碳纳米管防火材料。
本发明的优点：
本发明首先采用羟基锡酸锌活化木质素，采用2,2-二羟甲基丙酸的氯化亚砜溶液处理碳纳米管，得到酰氯化的碳纳米管，之后与活化木质素共混，通过木质素中的酚羟基与的酰氯反应，以三乙胺为缚酸剂，得到木质素改性的碳纳米管，之后与己内酰胺为单体，在该改性碳纳米管分散液中分散，在引发作用下聚合，得到改性聚己内酰胺，本发明实现了木质素、碳纳米管在聚己内酰胺间的良好分散相容性，从而提高了成品的力学强度，本发明将碳纳米管采用木质素改性，遇火燃烧时可以在碳纳米管中形成稳定的碳层，从而提高了成品材料的防火性能。
具体实施方式
实施例1
一种碳纳米管防火材料，它是由下述重量份的原料组成的：羟基锡酸锌4、木质素10、碳纳米管49、己内酰胺240、过硫酸铵4、2,2-二羟甲基丙酸3、硬脂酸钙1、氯化亚砜30、三乙胺0.1。
所述碳纳米管防火材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取羟基锡酸锌，加入到其重量5倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入木质素，升高温度为55℃，保温搅拌1小时，蒸馏除去乙醇，常温干燥，得活化木质素；
(2)取过硫酸铵，加入到其重量10倍的去离子水中，搅拌均匀；
(3)取碳纳米管，加入到其重量20倍的、96％的硫酸溶液中，超声1小时，过滤，将沉淀水洗，与2,2-二羟甲基丙酸混合，在60℃下保温搅拌70分钟，加入到氯化亚砜中，在70℃的水浴中保温搅拌20小时，出料，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得酰氯化碳纳米管；
(4)取活化木质素、酰氯化碳纳米管混合，加入到混合料重量10倍的去离子水中，搅拌均匀，加入三乙胺，送入到冰水浴中，搅拌反应3小时，出料，得改性碳纳米管分散液；
(5)取己内酰胺，加入到上述改性碳纳米管分散液中，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为60℃，加入上述过硫酸铵水溶液，保温搅拌3小时，出料，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得改性聚己内酰胺；
(6)取上述改性聚己内酰胺，与硬脂酸钙混合，搅拌均匀，送入到挤出机中，熔融挤出，冷却，即得所述碳纳米管防火材料。
实施例2
一种碳纳米管防火材料，它是由下述重量份的原料组成的：羟基锡酸锌5、木质素16、碳纳米管55、己内酰胺300、过硫酸铵6、2,2-二羟甲基丙酸5、硬脂酸钙2、氯化亚砜50、三乙胺0.14。
所述碳纳米管防火材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取羟基锡酸锌，加入到其重量8倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入木质素，升高温度为60℃，保温搅拌2小时，蒸馏除去乙醇，常温干燥，得活化木质素；
(2)取过硫酸铵，加入到其重量13倍的去离子水中，搅拌均匀；
(3)取碳纳米管，加入到其重量30倍的、98％的硫酸溶液中，超声2小时，过滤，将沉淀水洗，与2,2-二羟甲基丙酸混合，在70℃下保温搅拌100分钟，加入到氯化亚砜中，在75℃的水浴中保温搅拌24小时，出料，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得酰氯化碳纳米管；
(4)取活化木质素、酰氯化碳纳米管混合，加入到混合料重量20倍的去离子水中，搅拌均匀，加入三乙胺，送入到冰水浴中，搅拌反应5小时，出料，得改性碳纳米管分散液；
(5)取己内酰胺，加入到上述改性碳纳米管分散液中，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为75℃，加入上述过硫酸铵水溶液，保温搅拌5小时，出料，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得改性聚己内酰胺；
(6)取上述改性聚己内酰胺，与硬脂酸钙混合，搅拌均匀，送入到挤出机中，熔融挤出，冷却，即得所述碳纳米管防火材料。
实施例3
一种碳纳米管防火材料，它是由下述重量份的原料组成的：羟基锡酸锌4、木质素13、碳纳米管52、己内酰胺270、过硫酸铵5、2,2-二羟甲基丙酸4、硬脂酸钙1.5、氯化亚砜40、三乙胺0.12。
所述碳纳米管防火材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)取羟基锡酸锌，加入到其重量7倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入木质素，升高温度为58℃，保温搅拌1.5小时，蒸馏除去乙醇，常温干燥，得活化木质素；
(2)取过硫酸铵，加入到其重量12倍的去离子水中，搅拌均匀；
(3)取碳纳米管，加入到其重量25倍的、96％的硫酸溶液中，超声1.5小时，过滤，将沉淀水洗，与2,2-二羟甲基丙酸混合，在60℃下保温搅拌80分钟，加入到氯化亚砜中，在70℃的水浴中保温搅拌22小时，出料，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得酰氯化碳纳米管；
(4)取活化木质素、酰氯化碳纳米管混合，加入到混合料重量15倍的去离子水中，搅拌均匀，加入三乙胺，送入到冰水浴中，搅拌反应4小时，出料，得改性碳纳米管分散液；
(5)取己内酰胺，加入到上述改性碳纳米管分散液中，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为60℃，加入上述过硫酸铵水溶液，保温搅拌4小时，出料，抽滤，将滤饼水洗，常温干燥，得改性聚己内酰胺；
(6)取上述改性聚己内酰胺，与硬脂酸钙混合，搅拌均匀，送入到挤出机中，熔融挤出，冷却，即得所述碳纳米管防火材料。
力学性能测试(gb/t1040-92)：
本发明实施例1的碳纳米管防火材料的拉伸强度为：75.0mpa；
本发明实施例2的碳纳米管防火材料的拉伸强度为：80.4mpa；
本发明实施例3的碳纳米管防火材料的拉伸强度为：78.6mpa；
市售尼龙6：55-65mpa；
阻燃性能测试：
纯尼龙6粒子的ul-94为v-2级别，极限氧指数值为22-25、最大热释放速率为570-600kw/m2；
测得本发明的碳纳米管防火材料粒子的ul-94为v-1级别，极限氧指数值为29-31、最大热释放速率为425-450kw/m2。