[发明专利]一种磷-氮基超分子稀土配合物及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种磷‑氮基超分子稀土配合物及其制备方法和在聚碳酸酯阻燃、耐热、增韧改性中的应用，属于有机合成、超分子组装、高分子材料加工技术领域。本发明以硝酸铈水合物和磷、氮系有机配体(DPA)为原料制备的磷‑氮基超分子稀土配合物阻燃剂具有稳定的超分子结构、具有可调控的二维片层状形貌且可在凝聚相‑气相中同时发挥阻燃作用。将磷‑氮基超分子稀土配合物引入到聚碳酸酯，其在聚碳酸酯基体内可以良好而均匀的分散，对聚碳酸酯进行改性，在增强聚碳酸酯阻燃性能的同时还提高其热稳定性能和韧性，克服了传统阻燃策略中阻燃性能与其他使用性能难以兼顾的缺陷。

技术领域

本发明属于聚合物复合材料的加工、有机合成、超分子组装技术领域，具体涉及一种磷-氮基超分子稀土配合物及其制备方法和应用。

背景技术

聚碳酸酯(polycarbonate，PC)是一种商品化工程塑料，由于其良好的尺寸稳定性、机械强度、热稳定性、高透明性、加工延展特性等，已经广泛应用在建筑、通讯、照明采光、电子电气、车辆工程等诸多领域。然而，由于其分子链内丰富的碳氢和苯环结构，PC具有较高的易燃性。一旦PC制品暴露于明火或持续高温下，就容易发生剧烈燃烧或热氧化裂解，产生大量热辐射的同时释放出有毒的窒息性浓黑烟雾，不仅造成材料的失效，且会引发火灾造成更大的损失和伤亡。传统的PC阻燃材料虽然具有较好阻燃效果，但材料的热稳定性、力学性能等大打折扣。

稀土金属作为一种战略资源，被冠以“工业维生素”的美称，由于其自身的可变价态，具有一定捕捉自由基、抗氧化和催化炭化反应的作用，近年来在阻燃中逐渐开始应用，最初，稀土氧化物在化学性质较为稳定的聚烯烃、乙丙橡胶等中直接使用，对提高材料的极限氧指数(LOI)和垂直燃烧等级都有良好的效果，但在聚酯类、聚碳酸酯、聚酰胺等聚合物中应用较少，这是由于稀土氧化物与之熔融共混时，会造成酯键、碳酸酯键、酰胺键等断裂，造成基体严重的降解以致材料失效，因此有必要将稀土金属以更稳定的形式引入聚合物中。如果可以将稀土元素与较成熟的有机磷氮系阻燃剂相结合，制备成金属-有机化合物或配合物，发挥各自的优势，对于提升聚合物的阻燃效率、制备高性能复合材料具有重要意义。进一步利用金属-有机配合物之间的物理驱动作用(范德华力、π-π共轭、氢键等)，可以诱导其自组装为超分子化合物，根据目前的研究，超分子稀土金属配合物在聚合物阻燃领域鲜有应用，而其又具备了作为聚合物阻燃剂甚至高附加值添加剂的条件。除稀土元素、有机配体各自的优势外，其可调控的形貌也是提升阻燃效果、兼顾力学性能的重要因素。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种应用于高分子复合材料的磷-氮基超分子稀土配合物阻燃剂，该阻燃剂具有稳定的超分子结构、具有可调控的二维片层状形貌且可在凝聚相-气相中同时发挥阻燃作用。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种磷-氮基超分子稀土配合物，所述配合物的化学结构式为：

本发明磷-氮基超分子稀土配合物中磷氮基有机配体可捕捉高活性自由基并稀释可燃性气体；稀土元素可抑制熔滴物的形成、催化基体成炭，提高材料的热(氧化)稳定性；此外，该磷-氮基超分子稀土配合物形貌可调控为二维片层状，能良好的分散在基体内，有效屏蔽、阻隔聚合物材料在燃烧过程中产生的热辐射和有毒烟雾，在凝聚相-气相中同时发挥阻燃作用。

作为优选，所述磷、氮基超分子稀土配合物的原料包括硝酸铈水合物和磷、氮系有机配体(DPA)。

进一步优选，所述硝酸铈水合物和DPA的摩尔比为1:(1-5)。

本发明的第二个目的在于提供一种磷-氮基超分子稀土配合物的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1：按比例称取硝酸铈水合物和DPA，备用；

S2：将硝酸铈水合物溶解于去离子水中，制得溶液Ⅰ，将DPA溶解于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，制得溶液Ⅱ；