[发明专利]磷氮高负载石墨烯阻燃剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种阻燃剂的制备方法，特别涉及一种磷氮高负载石墨烯阻燃剂的制备方法。该方法包括如下步骤：(1)取异氰酸酯与氧化石墨烯进行表面接枝反应，制得异氰酸酯功能化石墨烯；(2)上述异氰酸酯功能化石墨烯与树枝状大分子聚酰胺‑胺(PAMAM)反应，制得树枝状大分子功能化石墨烯；(3)上述树枝状大分子功能化石墨烯与磷酰氯化合物进行反应，制得所述的磷氮高负载石墨烯阻燃剂。本发明制得的磷氮高负载石墨烯阻燃剂不仅能阻燃改性高分子材料，而且能提高高分子材料的力学性能。

技术领域

本发明涉及一种阻燃剂的制备方法，特别涉及一种磷氮高负载石墨烯阻燃剂的制备方法。

背景技术

随着聚合物/石墨烯纳米复合材料研究的深入，聚合物/石墨烯纳米复合材料的阻燃性能引起了国内外学者广泛的关注。作为一种新型的阻燃材料，与传统填充聚合物相比，具有阻燃效能高、环保低毒、综合性能优异等优点。与传统填充聚合物相比，聚合物/石墨烯纳米复合材料虽然具有添加量少和阻燃效能高等优点，但由于阻燃级别较低严重限制其使用范围。为了进一步提高聚合物/石墨烯纳米复合材料的阻燃性能，利用石墨烯与其它阻燃剂复配共同改性高分子材料。研究表明，在相同添加量条件下，聚合物/石墨烯/阻燃剂纳米复合材料的阻燃性能均优聚合物/石墨烯和聚合物/阻燃剂复合材料，可见阻燃剂和石墨烯具有一定的协同阻燃作用。但这种体系只是通过两者简单的物理共混得到，石墨烯和阻燃剂在聚合物基体中很难实现均匀分散，严重影响在材料燃烧过程中两者协同阻燃作用的发挥。通过化学反应将阻燃剂负载到石墨烯表面，制得新型的功能化石墨烯阻燃剂，不仅提高石墨烯在聚合物基体的分散性以及材料的力学性能，而且能显著增强阻燃剂与石墨烯协同阻燃作用。有学者将六氯环三磷腈、丙烯酸羟乙酯接枝到石墨烯表面得到功能化石墨烯(FGO)，再加入到苯乙烯单体中通过原位聚合制得聚苯乙烯/功能化石墨烯(PS/FGO)纳米复合材料。与纯PS相比，添加3wt％FGO的PS的热释放速率峰值下降了53％，CO和CO₂释放速率峰值分别下降了66％和54％，大大降低了基体材料阻燃性能，拓宽了其在火灾安全领域的应用(J Mater Chem，2012年，第22卷)。也有人利用N-氨乙基哌嗪与石墨烯表面的羧基脱水反应制得AEPZ-GO，再与含磷化合物DAMP(由二氯磷酸甲酯与丙烯酸羟乙酯反应制得)继续反应，制得一种新型的磷氮化合物功能化石墨烯，添加3wt％该功能化石墨能使聚乙烯的热释放速率峰值降低了约30％，使聚乙烯的极限氧指数从18.5％上升至20.5％(Ind EngChem Res，2014年，第53卷)。将聚哌嗪双螺环磷酸酯酰胺(PPSPB)通过化学反应接枝到石墨烯，制得一种新型膨胀型阻燃剂功能化石墨烯(CRG-PPSPB)。PPSPB的有机化改性不仅提高石墨烯在聚合物基体的分散性以及材料的力学性能，而且能显著增强膨胀型阻燃剂与石墨烯协同阻燃作用，与纯EVA树脂相比，添加1wt％CRG-PPSPB的EVA复合材料的热释放速率峰值下降了约56％(Mater Chem Phys，2012年，第135卷)。

发明内容

本发明提供一种磷氮高负载石墨烯阻燃剂的制备方法，该方法制备操作简便、易于工业化。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种磷氮高负载石墨烯阻燃剂的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)取异氰酸酯与氧化石墨烯进行表面接枝反应，制得异氰酸酯功能化石墨烯；(2)上述异氰酸酯功能化石墨烯与树枝状大分子聚酰胺-胺(PAMAM)反应，制得树枝状大分子功能化石墨烯；(3)上述树枝状大分子功能化石墨烯与磷酰氯化合物进行反应，制得所述的磷氮高负载石墨烯阻燃剂。发明所述的磷氮高负载石墨烯阻燃剂，其结构中磷氮化合物通过化学键负载在石墨烯上。步骤(1)在反应结束后，可采用过滤等常规分离方法分离得到异氰酸酯功能化石墨烯，步骤(2)在反应结束后，可采用过滤等常规分离方法分离得到树枝状大分子功能化石墨烯。

作为优选，该方法包括如下步骤：

(1)在第一溶剂中，三异氰酸酯与氧化石墨烯于0～90℃反应2～8小时，分离得异氰酸酯功能化石墨烯；