[发明专利]一种氮磷协效Al基MOFs阻燃剂及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种氮磷协效Al基MOFs阻燃剂及其制备方法与应用，包括以下步骤：S1:将活化处理后的Al‑MOFs分散在溶剂A中，将所得溶液倒入四口烧瓶中在一定的搅拌速度、温度下使其均匀分散。S2:将一定浓度的PA溶液通过恒压滴液漏斗缓慢滴加置步骤S1中，在一定温度下回流反应一段时间，得到沉淀。本发明所制备的阻燃材料中‑NH2与环氧树脂相容性好，可明显增强阻燃剂与EP之间的界面相互作用力，且将氮、磷元素的阻燃作用与Al‑MOFs相结合，具有优异的催化成碳和抑烟效果，可赋予EP优异的阻燃性能。本发明实现了传统氮磷阻燃元素与MOFs一体化的设计合成，同时具有成本低廉、工艺简单、阻燃效率高等优点，在高分子阻燃领域具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及阻燃材料技术领域，具体地说，涉及一种氮磷协效Al基MOFs阻燃剂及其制备方法与应用。

背景技术

环氧树脂(EP)是指分子中含有两个及两个以上环氧基团聚合物的总称，是一种热固性树脂。EP由于具有优异的绝缘性、抗老化性、物理机械性能及耐腐蚀性等优点，已广泛应用于航天航空、建筑材料、胶黏剂、电子电器等多个领域。但由于EP阻燃性能差、LOI值低、且燃烧过程中释放大量有毒气体，这大大制约了其在各个领域的进一步应用。然而传统的无机阻燃剂用量大、阻燃效率低、相容性差；传统的有机阻燃剂如卤素阻燃剂燃烧时会产生有毒有害气体，使其应用受限。因此开发新型的MOFs无机-有机杂化阻燃剂，充分考虑其与基体的相容性、阻燃效率、热稳定性等因素具有极大的实际应用价值和意义。

金属有机骨架材料(MOFs)是由金属离子与有机配体配位形成的一类新型多孔材料。MOFs具有可调的拓扑结构、较大的比表面积、高孔隙率及热稳定性，因此其被广泛应用于催化、传感、吸附、储能等领域。近年来，MOFs因其高度可设计性(提供过渡金属元素，N、P等阻燃元素)在高分子阻燃领域受到广泛关注。氮磷协效Al-MOFs阻燃材料是以含氮配体Al-MOFs与含磷植酸(PA)为原料，通过一步反应制备PA功能化Al-MOFs新型阻燃剂。其中Al-MOFs的含氮配体可增强与EP的相容性，且受热分解可释放出H₂O与NH₃等不可燃气体，使可燃气体的浓度在一定程度上得到稀释。此外，Al-MOFs具有优异的催化成碳作用，PA中的磷酸根受热分解可生成磷酸或聚磷酸等物质，可作为脱水剂促进残炭的形成。目前为止，关于将传统氮磷阻燃元素与Al-MOFs一体化的设计合成并应用于改性EP阻燃性能的研究却鲜有报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种氮磷协效Al基MOFs阻燃剂及其制备方法，该方法采用含磷PA功能化含氮Al-MOFs制备得到氮磷协效Al-MOFs材料，应用于改性EP阻燃性能。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种氮磷协效Al基MOFs阻燃剂及其制备方法，首先将Al-MOFs在80～120℃活化处理，然后分散于溶剂A中，并在搅拌下使其分散均匀；其次将浓度在30～70％的PA溶液通过恒压滴液漏斗缓慢滴加到Al-MOFs溶液中，在一定温度下回流反应一段时间，得到沉淀；最后用溶剂洗涤上述产物，真空干燥，得到氮磷协效Al基MOFs材料。

优选的，所述Al-MOFs的活化温度为80～100℃。

优选的，所述Al-MOFs选自NH₂-MIL-101(Al)、NH₂-MIL-53(Al)、CAU-1-NH₂(Al)中的一种或几种，所述Al-MOFs的平均粒径在2～12μm。

优选的，所述溶剂A、洗涤溶剂为无水乙醇或甲醇。

优选的，所述PA浓度为40～70％，所述恒压滴液漏斗的滴加时间为25～50min。

优选的，所述回流反应温度为70～100℃，所述反应时间在4～8h。

优选的，所述Al-MOFs和PA的质量比为1:0.4～0.8。