[发明专利]一种富磷化石墨烯阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明提供了一种富磷化石墨烯阻燃剂，其结构式为：本发明还提供了该富磷化石墨烯阻燃剂的制备方法。它是以氧化石墨烯为基本原料，充分利用了含硅炭层改善剂——硅烷偶联剂两端的反应性基团，使其一端连接酸源组分的CEPPA、DOPO或其衍生物，另一端则连接氧化石墨烯，获得一种集物理炭层、酸源、炭层改善剂为一体的大分子阻燃剂。本发明阻燃效率高、极性低，吸湿性小，能很好保持材料力学性能，且该阻燃剂不含卤素，对人体和环境友好，符合未来阻燃剂绿色化发展方向。

技术领域

本发明涉及一种富磷化石墨烯阻燃剂。

背景技术

高分子材料在汽车、建筑、包装、航天航空以及军事等国民经济的重要领域有着广泛的应用，但因其化学组成(主要由碳、氢组成)，高分子材料极易燃烧，且在燃烧过程中释放出大量有毒有害气体，给人们的生命和财产安全带来了极大的安全隐患。因此高分子材料阻燃十分重要，阻燃剂是高分子材料第二大助剂。且随着环保压力增大，新型绿色环保阻燃剂必将成为今后研究开发的热点。

磷系阻燃剂是非常重要的一类无卤阻燃剂，其主要靠释放酸源催化聚合物形成炭层阻隔热、氧、分解的小分子物质来实现阻燃，同时分解产生的含磷酸为非燃性液态膜，可进一步脱水形成玻璃状液态膜，在凝聚相起到了很好的隔热隔氧作用。已有研究表明释放酸源的磷系阻燃剂对高分子材料阻燃具有双重影响，在燃烧初期(较低温度区间)，阻燃剂释放酸源主要表现为催化聚合物分解，从而会加速小分子释放，使燃料供给速率加快，不利于材料阻燃；而在燃烧后期(高温区间)则主要表现为催化聚合物形成石墨化炭层，这种阻隔性化学炭层的形成有利于阻燃。由此可见，通过酸源催化成炭的磷系阻燃剂的阻燃机制具有滞后效应，初期聚合物以分解为主而成碳较慢，此时炭层对热、氧及可燃小分子难以有效阻隔，因此初期阻燃性较差，这样导致阻燃材料整体阻燃效率下降。

石墨烯是一种以sp2杂化轨道形成单层碳原子二维平面材料，各炭原子间呈六角形蜂巢状结构，是目前阻隔性最好的材料之一。因此当石墨烯片层很好分散于聚合物材料基体中，则能起到一种物理炭层阻隔作用，有利于改善材料阻燃性。但由于石墨烯单独添加使用时对聚合物阻燃性能的提高程度有限，因此不能独立作为阻燃剂使用。

发明内容

本发明的目的是提供了一种通过硅、磷元素改性的高效富磷化石墨烯阻燃剂。本发明的另一目的是提供了该阻燃剂的制备方法。

本发明提供了一种富磷化石墨烯阻燃剂，其结构式为：

所述的PFR反应型含磷阻燃剂包括：2-羧乙基苯基次磷酸(CEPPA)或9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)及其衍生物。

本发明阻燃剂是由氧化石墨烯、反应型含磷阻燃剂2-羧乙基苯基次磷酸(CEPPA)或9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)及其衍生物、硅烷偶联剂制备而成，其中，反应型含磷阻燃剂与硅烷偶联剂的摩尔比为：1:1-1:1.5；氧化石墨烯与含磷化合物的质量比1:1-1:10。

其中，所述的反应型含磷化合物9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)或其衍生物是：10-(2,5-二羟基苯基)-9,10-二氢-9-氧杂-10-磷酰杂菲-10-氧化物(ODOPB)、6-氧-6H-二苯并(c,e)(1,2)氧磷杂己环-6-酮-丁二酸(DOPO-MA)、DOPO-衣康酸(DOPO-ITA)、DOPO-萘醌(DOPO-NQ)、DOPO-苯醌(DOPO-BQ)、DOPO-4,4'-二(甲氨基)二苯甲酮(2DOPO-2NH₂)和DOPO-甲醛中的一种或两种以上的混合。

所述的硅烷偶联剂为：氨丙基三乙氧基硅烷(KH550)、氨丙基三甲氧基硅烷(APS)、2-氨乙基-氨丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三氨基丙基三甲氧基硅烷、二-(三甲氧基甲硅烷基丙基)胺、氨乙基氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3,4-环氧环己基乙基三甲氧基硅烷、缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(KH560)中的一种或两种以上的混合。