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CN118325228A - 一种高强度阻燃复合集流体基膜及其制备方法 - Google Patents

一种高强度阻燃复合集流体基膜及其制备方法 Download PDF

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CN118325228A
CN118325228A CN202410449277.6A CN202410449277A CN118325228A CN 118325228 A CN118325228 A CN 118325228A CN 202410449277 A CN202410449277 A CN 202410449277A CN 118325228 A CN118325228 A CN 118325228A
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於冬雷
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Yangzhou Boheng New Energy Material Technology Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种高强度阻燃复合集流体基膜及其制备方法，属于锂电池技术及功能膜材料制备技术领域，基膜包括以下组分：PP树脂、聚(N‑苯基取代的氮杂环卡宾)、硬脂酸钙、聚醚改性硅油、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂。本发明通过聚(N‑苯基取代的氮杂环卡宾)、硬脂酸钙、聚醚改性硅油三者的协同作用，大幅度提升了pp膜的阻燃性能，在此同时，对强度等力学参数不造成负面影响。

Description

一种高强度阻燃复合集流体基膜及其制备方法
技术领域
本发明属于锂电池技术及功能膜材料制备技术领域，具体涉及一种高强度阻燃复合集流体基膜及其制备方法。
背景技术
集流体基膜是一种重要的材料，尤其在电池技术中扮演着关键角色。它是电池内部结构中用于收集和传导电流的部分，有助于实现高效的能量转换和储存。集流体基膜的设计和优化对于提高电池性能、降低成本以及确保安全性都至关重要。PP膜，即聚丙烯膜，在集流体基膜领域有着广泛的应用。PP膜具有良好的绝缘性、化学稳定性和机械强度，使其成为集流体基膜的理想选择。它能够帮助提高电池的能量密度、循环寿命和安全性能。然而，PP膜的熔点相对较低，加工难度较高，这在一定程度上限制了其在某些高温或高电流密度应用中的使用。传统集流体多为金属集流体，其存在的大量问题在本领域内已广为人知，因此，近年来复合集流体的研发成为热点。其中高分子复合基膜是复合集流体的重要组成部分也是核心。
高分子复合基膜则结合了多种材料的优点，具有出色的性能。其优点包括：优异的机械性能：高分子复合基膜具有较高的拉伸强度和韧性，能够承受较大的外力作用。良好的化学稳定性：高分子复合基膜对多种化学物质具有较好的抵抗性，不易受到腐蚀或降解。优异的绝缘性能：高分子复合基膜具有良好的绝缘性能，能够有效隔离电流，提高电池的安全性。然而，尽管高分子复合基膜具有诸多优点，但仍存在一些技术难点和不足。例如，生产工艺复杂，成本较高；材料间的相容性和界面性能需要进一步优化；在使用过程中可能受到温度、湿度等环境因素的影响，导致性能下降。此外，产品机械性能和阻燃性能也是集流体基膜领域需要关注的重要问题。阻燃性能不足可能导致电池在过热或短路时发生燃烧，从而引发安全事故。机械性能不佳则可能导致集流体基膜在使用过程中寿命短，影响电池的性能和寿命，并且也涉及倒近年来备受关注的电池使用安全问题。因此，在研发和生产过程中，需要针对这些问题进行深入研究，采取相应的措施来提高产品的性能。
发明内容
为解决上述问题，本发明主要从配方角度优化，提供一种高强度、高阻燃性的高分子复合集流体基膜，该基膜在符合其他集流体基膜应用的力学性能、金属表面附着力的同时，具备更高的阻燃性和强度。具体方案如下：
一种高强度阻燃复合集流体基膜，包括以下组分：PP树脂、聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)、硬脂酸钙、聚醚改性硅油、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂。
优选地，所述高强度阻燃复合集流体基膜中各组份，按质量份数计包括：
PP树脂：70-90份
聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)：5-20份
硬脂酸钙：1-3份
聚醚改性硅油：1-3份
偶联剂：0.5-2份
苯二胺硫酸盐：1-4份
异氰尿酸三缩水甘油酯：2-6份
导电剂：2-5份
抗氧剂：0.5-2份。
优选地，所述聚醚改性硅油包括DY-ET100、DY-ET211中的一种或二种。
优选地，所述偶联剂包括硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、钛酸酯偶联剂TC-4中的一种或二种以上。
优选地，所述导电剂包括碳纳米管或碳纤维。
优选地，所述碳纳米管的直径为10-50nm，长度为8-30μm。
优选地，所述碳纤维的直径为5-15μm，长度为0.8-1.5mm。
优选地，所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂Irganox 1010、Irganox 1076、亚磷酸酯类抗氧剂Tinuvin 123、硫代酯类抗氧剂DLTP中的一种或二种以上。
优选地，所述聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)，分子量为5000-15000g/mol，分子量分布PDI＝1.2-1.5。
优选地，所述聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)的制备方法，包括以下步骤：
S1、将1,3-二(2-咪唑基)丙烷单体溶解在溶剂中；
S2、加入催化剂，并在惰性气体保护下搅拌混合；
S3、将反应体系加热进行聚合反应，反应结束后经冷却、过滤、洗涤和干燥，得到含氮杂环卡宾类聚合物的粗产物；
S4、含氮杂环卡宾类聚合物的粗产物与苯基溴化镁在溶剂中混合，室温下反应，分离后得到聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)。
优选地，S1所述溶剂为DMF，1,3-二(2-咪唑基)丙烷单体与溶剂的质量比为(60-70):(25-35)。
优选地，S2所述催化剂为醋酸钯，1,3-二(2-咪唑基)丙烷单体与催化剂的质量比为(60-70):(1-3)。
优选地，S3所述聚合反应，温度为温度为80-100℃，时间为12-24h。
优选地，S3所得含氮杂环卡宾类聚合物聚合物分子量为4000-12000。
优选地，S4中苯基溴化镁：聚合物中的可取代基团＝1.2:1(摩尔比)。
优选地，S4所述溶剂为四氢呋喃，用量为含氮杂环卡宾类聚合物的粗产物质量的6-8倍。
优选地，S4所述分离包括却、过滤、洗涤、干燥、柱层析。
优选地，S4所述反应，反应时间为12-48h。
本发明还提供上述高强度阻燃复合集流体基膜的制备方法，具体为：
(1)将PP树脂、聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)、硬脂酸钙、聚醚改性硅油、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
优选地，步骤(2)所述挤出，模头温度为160-170℃。
优选地，步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为80-120℃，纵向拉伸2-3倍，横向拉伸1.5-2.5倍，热定型温度为130-150℃。
有益效果
在传统的高阻燃性pp基膜的制备中，由于单一阻燃组分能够带来的阻燃性能加成并不显著，如果为了增加阻燃性而增加阻燃组分的用量，往往会对机械性能造成负面影响，而多种阻燃组分的作用则能够在一定程度上降低这种机械性能的下降，但并不能消除这种影响。本发明提供了一种新的高强度、高阻燃性的高分子复合集流体基膜，通过在配方中加入新的聚合物聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)，配合硬脂酸钙、聚醚改性硅油共同产生作用，在大幅度提高了产品的阻燃性能的前提下，对产品的力学参数不造成负面影响。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
除非另行定义，文中所使用的所有专业与科学用语与本领域技术人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法及材料皆可应用于本发明中。文中所述的较佳实施方法与材料仅作示范之用，但不能限制本申请的内容。
下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法、下述实施例中所用的试验材料如无特殊说明，均为从商业渠道购买得到的。具体如下：
PP树脂：苏州常亿鑫塑化有限公司(M1600)；
硬脂酸钙：湖北成丰化工有限公司(CAS1592-23-0)；
聚醚改性硅油：济南金昊化工有限公司(H-204)；
偶联剂：山东舜泰新材料有限公司(硅烷偶联剂KH550)；
苯二胺硫酸盐：湖北成丰化工有限公司(CAS 6065-27-6)；
异氰尿酸三缩水甘油酯(TGIC)：南京百慕达生物科技有限公司(CAS 2451-62-9)；
导电剂：碳纳米管：江苏先丰纳米材料科技有限公司(CAS1333-86-4)，直径：10-20纳米，长度：10-30μm；
抗氧剂：巴斯夫(BASF)(阻酚类抗氧剂Irganox 1010)；
1,3-二(2-咪唑基)丙烷：南通润丰化学品有限公司；
DMF(N,N-二甲基甲酰胺)：湖北成丰化工有限公司；
醋酸钯：上海久岭化工有限公司；
苯基溴化镁：湖北鑫鸣泰化学有限公司；
四氢呋喃：济南宏巨化工有限公司。
制备例1：聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)的制备(后聚合取代)：
S1、将1,3-二(2-咪唑基)丙烷单体溶解在溶剂中；
S2、加入催化剂，并在惰性气体保护下搅拌混合；
S3、将反应体系加热进行聚合反应，反应结束后经冷却、过滤、洗涤和干燥，得到含氮杂环卡宾类聚合物的粗产物；
S4、含氮杂环卡宾类聚合物的粗产物与苯基溴化镁在溶剂中混合，室温下反应，分离后得到聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)。
S1所述溶剂为DMF，1,3-二(2-咪唑基)丙烷单体与溶剂的质量比为60:35。
S2所述催化剂为醋酸钯，1,3-二(2-咪唑基)丙烷单体与催化剂的质量比为60:3。
S3所述聚合反应，温度为温度为80℃，时间为24h。
S3所得含氮杂环卡宾类聚合物聚合物分子量为8000-12000。
S4中苯基溴化镁：聚合物中的可取代基团＝1.2:1(摩尔比)。
S4所述溶剂为四氢呋喃，用量为含氮杂环卡宾类聚合物的粗产物质量的6倍。
S4所述分离包括却、过滤、洗涤、干燥、柱层析。
制备例2：聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)的制备(后聚合取代)：
S1、将1,3-二(2-咪唑基)丙烷单体溶解在溶剂中；
S2、加入催化剂，并在惰性气体保护下搅拌混合；
S3、将反应体系加热进行聚合反应，反应结束后经冷却、过滤、洗涤和干燥，得到含氮杂环卡宾类聚合物的粗产物；
S4、含氮杂环卡宾类聚合物的粗产物与苯基溴化镁在溶剂中混合，室温下反应，分离后得到聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)。
S1所述溶剂为DMF，1,3-二(2-咪唑基)丙烷单体与溶剂的质量比为70:25。
S2所述催化剂为醋酸钯，1,3-二(2-咪唑基)丙烷单体与催化剂的质量比为70:1。
S3所述聚合反应，温度为温度为100℃，时间为12h。
S3所得含氮杂环卡宾类聚合物聚合物分子量为4000-6000。
S4中苯基溴化镁：聚合物中的可取代基团＝1.2:1(摩尔比)。
S4所述溶剂为四氢呋喃，用量为含氮杂环卡宾类聚合物的粗产物质量的8倍。
S4所述分离包括却、过滤、洗涤、干燥、柱层析。
制备例3：聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)的制备(单体预取代)：
S1、咪唑环的溴化：在溶剂中将1,3-二(2-咪唑基)丙烷、N-溴代琥珀酰亚胺、偶氮二异丁腈和碳酸氢钠混合，加热至回流温度，搅拌反应，反应结束后，冷却至室温，过滤除去固体残渣，得到含溴化咪唑环的中间体溶液；
S2、溴化咪唑环与苯基的取代反应：在氮气保护下，将含溴化咪唑环的中间体、苯硼酸、碳酸钾和四(三苯基膦)钯(0)溶解在溶剂中，将反应体系加热后搅拌反应，反应结束后，冷却至室温，分离得到预取代的单体；
S3、聚合：将预取代的单体溶解在溶剂中，加入催化剂，在惰性气体保护下搅拌混合，加热聚合反应，反应结束后，冷却至室温，分离得到聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)。
S1所述溶剂为四氯化碳。
S1所述1,3-二(2-咪唑基)丙烷、N-溴代琥珀酰亚胺的摩尔比为1:1.2。
S1所述偶氮二异丁腈与1,3-二(2-咪唑基)丙烷的摩尔比为0.05:1。
S1所述碳酸氢钠与1,3-二(2-咪唑基)丙烷的摩尔比为1:1。
S1所述反应，温度为78℃，时间为4-6h。
S2所述溶剂为1,4-二氧六环和水的混合溶剂，1,4-二氧六环与水的体积比为3:1。
S2所述溴化咪唑环的中间体与苯硼酸的摩尔比为1:1.2。
S2所述碳酸钾与含溴化咪唑环的中间体的摩尔比为2:1。
S2所述四(三苯基膦)钯(0)与含溴化咪唑环的中间体的摩尔比为0.05:1。
S2所述反应，温度为80-90℃，时间为24h。
S2所述分离，包括过滤除去固体残渣，通过浓缩、如柱层析得到预取代的单体。
S3所述溶剂为DMF。
S3所述催化剂为醋酸钯。
S3所述溶剂、预取代的单体、催化剂的质量比为(15-25):(70-85):(1-3)。
S3所述聚合反应，温度为80-100℃，时间为24h。
S3所述分离包括却、过滤、洗涤、干燥、柱层析。
实施例1高强度阻燃复合集流体基膜
配方：
PP树脂：70份
聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)：15份(制备例1)
硬脂酸钙：3份
聚醚改性硅油：3份
偶联剂：2份
苯二胺硫酸盐：4份
异氰尿酸三缩水甘油酯：6份
导电剂：2份
抗氧剂：2份。
制备方法：
(1)将PP树脂、聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)、硬脂酸钙、聚醚改性硅油、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
步骤(2)所述挤出，模头温度为165℃。
步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为100℃，纵向拉伸2倍，横向拉伸1.5倍，热定型温度为145℃。
实施例2高强度阻燃复合集流体基膜
配方：
PP树脂：90份
聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)：15份(制备例1)
硬脂酸钙：2份
聚醚改性硅油：2份
偶联剂：1份
苯二胺硫酸盐：2份
异氰尿酸三缩水甘油酯：3份
导电剂：3份
抗氧剂：1份。
制备方法：
(1)将PP树脂、聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)、硬脂酸钙、聚醚改性硅油、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
步骤(2)所述挤出，模头温度为165℃。
步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为100℃，纵向拉伸2倍，横向拉伸1.5倍，热定型温度为145℃。
实施例3高强度阻燃复合集流体基膜
配方：
PP树脂：90份
聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)：15份(制备例2)
硬脂酸钙：2份
聚醚改性硅油：2份
偶联剂：1份
苯二胺硫酸盐：2份
异氰尿酸三缩水甘油酯：3份
导电剂：3份
抗氧剂：1份。
制备方法：
(1)将PP树脂、聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)、硬脂酸钙、聚醚改性硅油、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
步骤(2)所述挤出，模头温度为165℃。
步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为100℃，纵向拉伸2倍，横向拉伸1.5倍，热定型温度为145℃。
对比例1高强度阻燃复合集流体基膜
配方：
PP树脂：90份
聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)：15份(制备例3)
硬脂酸钙：2份
聚醚改性硅油：2份
偶联剂：1份
苯二胺硫酸盐：2份
异氰尿酸三缩水甘油酯：3份
导电剂：3份
抗氧剂：1份。
制备方法：
(1)将PP树脂、聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)、硬脂酸钙、聚醚改性硅油、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
步骤(2)所述挤出，模头温度为165℃。
步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为100℃，纵向拉伸2倍，横向拉伸1.5倍，热定型温度为145℃。
对比例2高强度阻燃复合集流体基膜
配方：
PP树脂：90份
PP树脂：15份
PP树脂：2份
PP树脂：2份
偶联剂：1份
苯二胺硫酸盐：2份
异氰尿酸三缩水甘油酯：3份
导电剂：3份
抗氧剂：1份。
制备方法：
(1)将PP树脂、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
步骤(2)所述挤出，模头温度为165℃。
步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为100℃，纵向拉伸2倍，横向拉伸1.5倍，热定型温度为145℃。
对比例3高强度阻燃复合集流体基膜
配方：
PP树脂：90份
聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)：15份(制备例2)
PP树脂：2份
PP树脂：2份
偶联剂：1份
苯二胺硫酸盐：2份
异氰尿酸三缩水甘油酯：3份
导电剂：3份
抗氧剂：1份。
制备方法：
(1)将PP树脂、聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
步骤(2)所述挤出，模头温度为165℃。
步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为100℃，纵向拉伸2倍，横向拉伸1.5倍，热定型温度为145℃。
对比例4高强度阻燃复合集流体基膜
配方：
PP树脂：90份
PP树脂：15份
硬脂酸钙：2份
PP树脂：2份
偶联剂：1份
苯二胺硫酸盐：2份
异氰尿酸三缩水甘油酯：3份
导电剂：3份
抗氧剂：1份。
制备方法：
(1)将PP树脂、硬脂酸钙、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
步骤(2)所述挤出，模头温度为165℃。
步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为100℃，纵向拉伸2倍，横向拉伸1.5倍，热定型温度为145℃。
对比例5高强度阻燃复合集流体基膜
配方：
PP树脂：90份
PP树脂：15份
PP树脂：2份
聚醚改性硅油：2份
偶联剂：1份
苯二胺硫酸盐：2份
异氰尿酸三缩水甘油酯：3份
导电剂：3份
抗氧剂：1份。
制备方法：
(1)将PP树脂、聚醚改性硅油、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
步骤(2)所述挤出，模头温度为165℃。
步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为100℃，纵向拉伸2倍，横向拉伸1.5倍，热定型温度为145℃。
对比例6高强度阻燃复合集流体基膜
配方：
PP树脂：90份
聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)：15份(制备例2)
硬脂酸钙：2份
PP树脂：2份
偶联剂：1份
苯二胺硫酸盐：2份
异氰尿酸三缩水甘油酯：3份
导电剂：3份
抗氧剂：1份。
制备方法：
(1)将PP树脂、聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)、硬脂酸钙、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
步骤(2)所述挤出，模头温度为165℃。
步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为100℃，纵向拉伸2倍，横向拉伸1.5倍，热定型温度为145℃。
对比例7高强度阻燃复合集流体基膜
配方：
PP树脂：90份
聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)：15份(制备例2)
PP树脂：2份
聚醚改性硅油：2份
偶联剂：1份
苯二胺硫酸盐：2份
异氰尿酸三缩水甘油酯：3份
导电剂：3份
抗氧剂：1份。
制备方法：
(1)将PP树脂、聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)、聚醚改性硅油、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
步骤(2)所述挤出，模头温度为165℃。
步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为100℃，纵向拉伸2倍，横向拉伸1.5倍，热定型温度为145℃。
对比例8高强度阻燃复合集流体基膜
配方：
PP树脂：90份
PP树脂：15份
硬脂酸钙：2份
聚醚改性硅油：2份
偶联剂：1份
苯二胺硫酸盐：2份
异氰尿酸三缩水甘油酯：3份
导电剂：3份
抗氧剂：1份。
制备方法：
(1)将PP树脂、硬脂酸钙、聚醚改性硅油、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
步骤(2)所述挤出，模头温度为165℃。
步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为100℃，纵向拉伸2倍，横向拉伸1.5倍，热定型温度为145℃。
对比例9高强度阻燃复合集流体基膜
配方：
PP树脂：90份
聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)：15份(制备例3)
硬脂酸钙：2份
PP树脂：2份
偶联剂：1份
苯二胺硫酸盐：2份
异氰尿酸三缩水甘油酯：3份
导电剂：3份
抗氧剂：1份。
制备方法：
(1)将PP树脂、聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)、硬脂酸钙、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
步骤(2)所述挤出，模头温度为165℃。
步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为100℃，纵向拉伸2倍，横向拉伸1.5倍，热定型温度为145℃。
对比例10高强度阻燃复合集流体基膜
配方：
PP树脂：90份
聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)：15份(制备例3)
PP树脂：2份
聚醚改性硅油：2份
偶联剂：1份
苯二胺硫酸盐：2份
异氰尿酸三缩水甘油酯：3份
导电剂：3份
抗氧剂：1份。
制备方法：
(1)将PP树脂、聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)、聚醚改性硅油、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
步骤(2)所述挤出，模头温度为165℃。
步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为100℃，纵向拉伸2倍，横向拉伸1.5倍，热定型温度为145℃。
对比例11高强度阻燃复合集流体基膜
配方：
PP树脂：90份
聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)：15份(制备例3)
硬脂酸钙：2份
聚醚改性硅油：2份
偶联剂：1份
苯二胺硫酸盐：2份
异氰尿酸三缩水甘油酯：3份
导电剂：3份
抗氧剂：1份。
制备方法：
(1)将PP树脂、聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
步骤(2)所述挤出，模头温度为165℃。
步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为100℃，纵向拉伸2倍，横向拉伸1.5倍，热定型温度为145℃。
对比例12一种阻燃复合集流体基膜
配方：
PP树脂：90份
三聚氰胺磷酸盐：8份
十溴二苯乙烷：8份
硼酸锌：3份
偶联剂：1份
苯二胺硫酸盐：2份
异氰尿酸三缩水甘油酯：3份
导电剂：3份
抗氧剂：1份。
制备方法：
(1)将PP树脂、三聚氰胺磷酸盐、、十溴二苯乙烷、硼酸锌、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
步骤(2)所述挤出，模头温度为165℃。
步骤(3)所述拉伸，拉伸温度为100℃，纵向拉伸2倍，横向拉伸1.5倍，热定型温度为145℃。
对上述全部实施例及对比例所得膜产品进行以下检测：
一、极限耐氧指数(LOI)：
标准文件名：GB/T 5464-2014《建筑材料氧指数测定方法》。
检测方法：在氮氧混合气流中，测定试样刚好维持有焰燃烧所需的最低氧浓度。
参数单位：体积分数(％)，即氧在氧氮混合气体中所占的体积百分比。
二、燃烧等级：
标准文件名：GB 8624-2012《建筑材料及制品燃烧性能分级》。
检测方法：通过特定的燃烧试验来评估材料的燃烧性能，包括点燃时间、火焰传播速度、燃烧持续时间等参数。
参数单位：通常使用字母等级，如A级、B1级、B2级等，用于标识不同的燃烧性能级别，A级、B1级、B2级阻燃性能依次降低。
从实验数据可知，对比例2、4、5、8所得材料从极限耐氧指数和燃烧等级来看都属于易燃材料，由此可知，在单纯的PP材料中加入硬脂酸钙、聚醚改性硅油中的一种或两种，对材料的燃烧性能没有显著影响；从对比例11、对比例3可见，在PP中加入制备例3、制备例2所得聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)，分别对材料的阻燃性能有较为显著的影响，但制备例2所得聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)的正面影响显然更显著；从对比例3、对比例6、7可知，聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)与硬脂酸钙、聚醚改性硅油中的一种不存在协同作用，硬脂酸钙、聚醚改性硅油中任何一种的加入，不会对聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)对材料阻燃性能的影响产生加成，从对比例11、对比例9、10同样可以得出该结论；从对比例11、对比例1可知，在聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)(制备例3)存在的前提下，同时向PP树脂体系中加入硬脂酸钙、聚醚改性硅油，对材料的阻燃性能起到了显著影响；通过对比例3、实施例3、对比例1可知，硬脂酸钙、聚醚改性硅油的加入对聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)(制备例3)在PP中阻燃作用的影响显然更加显著。
从上述分析可知，在聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)存在的前提下，同时向PP树脂体系中加入硬脂酸钙、聚醚改性硅油，对材料的阻燃性能起到了显著影响，然而这两者对单纯的PP材料并不造成影响，因此我们推测是硬脂酸钙、聚醚改性硅油与聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)之间形成了协同作用，硬脂酸钙、聚醚改性硅油的加入，对聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)在PP中的分布方式、作用方式造成了复杂的影响，从而影响了材料的阻燃性能，我们推测，一方面可能的原因是：聚醚改性硅油中的极性基团可能与PP或PNBC形成氢键或其他相互作用，从而影响材料的整体性能。硬脂酸钙则可能通过其长链烷烃结构与PP产生范德华力，但这种相互作用单独发生时并不能对材料整体阻燃性能产生影响；另一方面的可能是：聚醚改性硅油由于其硅氧烷链段的特殊性质，可能在一定程度上改善与PP的相容性，提高PNBC在PP中的分散性，但单独加入聚醚改性硅油与PNBC时，这一可能的影响也并不体现在阻燃性能上；同时，在自自由基步骤能力方面，硬脂酸钙和聚醚改性硅油可能通过占据PNBC的活性位点或与其形成某种复合物，从而影响PNBC的自由基捕捉能力，如果这种影响导致PNBC的自由基捕捉能力下降，那么材料的阻燃性能可能会受到负面影响；因此，对于以上实验数据体现的效果，我们并不能得出一个准确的三者协同作用提高材料阻燃性能的原理，仅仅能够提供一些可能性，仍需要进一步的研究。通过本发明的实验可见通过后聚合取代制备的聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)在本发明方案中的效果显著高于单体预取代制备的聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)，我们知道，预聚合取代通常可能得到性能更加均一、稳定的聚合物，而后聚合取代所得产物的性能存在不均一性，并且在某些情况下，后聚合取代可能导致聚合物链的交联等，从而对产物的性能造成复杂的影响，申请人的实验表明二者在提高PP材料阻燃性能方面表现差异巨大，可能是由此产生的。
对实施例1、2、3、对比例12分别进行力学参数检测，以确保其能够复合应用标准，检测得到全部实施例所得材料横向拉伸强度不小于334MPa，纵向拉伸强度不小于331MPa，横向断裂延伸率不小于50％，纵向断裂延伸率不小于100％，符合应用标准。而对比例2所得材料横向拉伸强度259MPa，纵向拉伸强度253MPa，横向断裂延伸率48％，纵向断裂延伸率82％；对比例12所得材料横向拉伸强度247MPa，纵向拉伸强度241MPa，横向断裂延伸率41％，纵向断裂延伸率77％，显然，对比例12中常用的三种阻燃剂的加入对PP膜的力学性能产生了虽然不显著但确实存在的负面影响，并且通过我们的大量实验发现，随着阻燃剂添加量的增加，这种负面影响会在一定程度上放大。此外需要说明的是，本发明制备例1、2、4所得聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)，在200℃以下热稳定性良好，不产生其他物质。此外全部实施例及对比例膜配方中所涉及的出PP外其他组分，在200℃以下热稳定性均良好，不产生其他物质。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
以上对本发明及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，所示的也只是本发明的实施方式之一，实际的应用并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高强度阻燃复合集流体基膜，其特征在于：包括以下组分：PP树脂、聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)、硬脂酸钙、聚醚改性硅油、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂。
2.根据权利要求1所述的高强度阻燃复合集流体基膜，其特征在于：所述高强度阻燃复合集流体基膜中各组份，按质量份数计包括：
PP树脂：70-90份，
聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)：5-20份，
硬脂酸钙：1-3份，
聚醚改性硅油：1-3份，
偶联剂：0.5-2份，
苯二胺硫酸盐：1-4份，
异氰尿酸三缩水甘油酯：2-6份，
导电剂：2-5份，
抗氧剂：0.5-2份。
3.根据权利要求1所述的高强度阻燃复合集流体基膜，其特征在于：所述聚醚改性硅油包括DY-ET100、DY-ET211中的一种或二种。
4.根据权利要求1所述的高强度阻燃复合集流体基膜，其特征在于：所述偶联剂包括硅烷偶联剂KH-550、硅烷偶联剂KH-560、钛酸酯偶联剂TC-4中的一种或二种以上。
5.根据权利要求1所述的高强度阻燃复合集流体基膜，其特征在于：所述抗氧剂包括受阻酚类抗氧剂Irganox 1010、Irganox 1076、亚磷酸酯类抗氧剂Tinuvin 123、硫代酯类抗氧剂DLTP中的一种或二种以上。
6.根据权利要求1所述的高强度阻燃复合集流体基膜，其特征在于：所述聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)，分子量为5000-15000g/mol，分子量分布PDI＝1.2-1.5。
7.根据权利要求1或6所述的高强度阻燃复合集流体基膜，其特征在于：所述聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)的制备方法，包括以下步骤：
S1、将1,3-二(2-咪唑基)丙烷单体溶解在溶剂中；
S2、加入催化剂，并在惰性气体保护下搅拌混合；
S3、将反应体系加热进行聚合反应，反应结束后经冷却、过滤、洗涤和干燥，得到含氮杂环卡宾类聚合物的粗产物；
S4、含氮杂环卡宾类聚合物的粗产物与苯基溴化镁在溶剂中混合，室温下反应，分离后得到聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)。
8.根据权利要求7所述的高强度阻燃复合集流体基膜，其特征在于：
S1所述溶剂为DMF，1,3-二(2-咪唑基)丙烷单体与溶剂的质量比为(60-70):(25-35)；S2所述催化剂为醋酸钯，1,3-二(2-咪唑基)丙烷单体与催化剂的质量比为(60-70):(1-3)；S3所述聚合反应，温度为温度为80-100℃，时间为12-24h；S3所得含氮杂环卡宾类聚合物聚合物分子量为4000-12000。
9.根据权利要求7所述的高强度阻燃复合集流体基膜，其特征在于：S4中苯基溴化镁：聚合物中的可取代基团＝1.2:1(摩尔比)；S4所述溶剂为四氢呋喃，用量为含氮杂环卡宾类聚合物的粗产物质量的6-8倍；S4所述反应，反应时间为12-48h。
10.一种根据权利要求1-9所述的高强度阻燃复合集流体基膜的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将PP树脂、聚(N-苯基取代的氮杂环卡宾)、硬脂酸钙、聚醚改性硅油、偶联剂、苯二胺硫酸盐、异氰尿酸三缩水甘油酯、导电剂、抗氧剂互混，加热熔融，获得树脂熔体；
(2)将PP树脂熔体挤出形成厚片；
(3)将厚片纵向拉伸后，再进行横向拉伸，热定型后即得高强度阻燃复合集流体基膜。
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