[发明专利]一种接枝石墨烯的氮磷硅协效无卤阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明属于阻燃剂技术领域，主要涉及一种接枝石墨烯的氮磷硅协效无卤阻燃剂及其制备方法，将3‑氨丙基‑三乙氧基硅烷通过水解缩合聚合法合成八氨丙基笼型硅倍半氧烷；将石墨烯通过改进的hummers法经化学氧化及剥离后制备氧化石墨烯；将9,10‑二氢‑9‑氧杂‑10‑磷杂菲‑10‑氧化物与氧化石墨烯经原位聚合法合成带反应活性官能团的接枝产物1；八氨丙基笼型硅倍半氧烷与接枝产物1经原位聚合法合成接枝石墨烯的氮磷硅协效无卤阻燃剂。本发明制备的接枝石墨烯的氮磷硅协效无卤阻燃剂的制备方法具有制备工艺简单、安全环保等优点，可广泛应用于电子电器、汽车、电缆、包装、航空等领域的阻燃，具有广阔的发展前景。

技术领域

本发明属于阻燃剂技术领域，主要涉及一种接枝石墨烯的氮磷硅协效无卤阻燃剂及其制备方法。

背景技术

笼型低聚硅倍半氧烷(POSS)是一种纳米有机硅材料，具有独特的多面体笼型结构，笼型骨架由Si—O—Si键组成，多面体顶角的Si原子可以连接不同有机官能团。这种特殊的结构使POSS具有独特的物理化学性质，即无机内核与有机官能团构成的有机-无机杂化结构赋予笼型低聚硅倍半氧烷优良的耐热性能与较高的反应活性；纳米级尺寸赋予其特殊的热力学、磁学以及光学性能；通过分子设计，制备各种官能化笼型低聚倍半硅氧烷，可以赋予其不同的反应性与功能性。与其他聚合物相比，有机硅聚合物与笼型低聚硅倍半氧烷的相容性更好，通过物理或化学的方法，将功能化笼型低聚硅倍半氧烷应用于高分子材料的制备与改性，能够显著改善材料的物理化学性能，拓宽其应用领域。

9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)含有活泼的P-H键，与烯基、炔基、环氧基、羰基、亚胺、氰基、胺类等均可反应，且磷杂菲基团具有非共平面性、与分子内或分子间基团的相互作用性、大体积结构、分子极性等特征，其作为改性基团用于构建小分子和聚合物，可使分子分别获得阻燃特性、独特的聚集态结构、发光性能和良好的有机溶解性能，因此，9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物衍生物作为一种环保阻燃剂，除了具有无卤、低毒、无烟等特点，还具有很高的阻燃效率。因此，无论从环境保护或降低成本考虑，9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物基阻燃体系都显示了明显的优势，具有良好的应用前景。

氧化石墨烯(GO)是利用氧化还原法制备石墨烯的中间产物，通过与聚合物复合可提高聚合物的力学性能、热性能等，在复合材料领域得到了很好的应用。然而，研究发现氧化石墨烯除了在材料领域是用于制备石墨烯的前驱体外，在化学、化工等其他领域同样显示了很好的应用前景。氧化石墨烯除具有特殊的二维片层结构，其表面还含有大量的含氧官能团，这不仅赋予其在极性溶剂中良好的分散性能，而且还赋予其良好的表面反应活性，这就为其功能化和参与合成新化合物的化学反应奠定了结构基础。

高分子材料化学组成是以碳、氢、氧等元素为主，绝大多数极限氧指数低，极易燃烧而引发火灾，会给人民的生命财产造成巨大损失，因此必须对高分子材料进行阻燃，研制和开发高性能的无卤阻燃剂。用于高分子材料的阻燃剂主要包括卤系阻燃剂、无机阻燃剂、无卤阻燃剂等。传统卤系阻燃剂优点是阻燃效率较高、添加量较少，但卤系阻燃剂在阻燃制品燃烧时会释放大量有毒、有害气体和烟雾，严重损害人身及财产安全。无卤阻燃剂中无机阻燃剂如氢氧化镁具有安全性高、抑烟、无毒、价廉等优点，但缺点是添加量大(一般在50％～60％)，对材料机械和电学性能影响较大，燃烧时易产生熔滴。除无机阻燃剂外，其他无卤阻燃剂如氮磷体系以阻燃效果较好、低烟、无毒、添加量相对较少正逐渐受到人们的关注，尤其在解决复合材料阻燃化的熔滴难题上具有其它类型阻燃剂不可比拟的优点。因此，随着人们对健康和环境保护的日益关注，卤系阻燃剂将被逐渐禁止使用，研制环境友好的本征型或添加型的多元素协效膨胀型无卤阻燃化合物具有十分重要的科学意义和广阔的市场前景，也是十分必要的。

未来阻燃剂的发展方向是：顺应环保要求，研制卤系阻燃剂如十溴二苯醚的替代品如某些有独特性能的无卤阻燃剂和膨胀型阻燃剂，赋予阻燃高分子材料良好的流动性、低渗透性、相容性、易回收以及良好的尺寸稳定性。