[发明专利]磷氮型阻燃剂功能化石墨烯及其制备方法

说明书

本发明公开一种磷氮型阻燃剂功能化石墨烯及其制备方法，其特征在于：该物质的结构如下式(I)所示，其中，m和n为1～300范围内的整数。本发明经改性后的氧化石墨烯，减弱了原本氧化石墨烯层与层之间很强的作用力，因此分散情况有很大的改善。同时，改性后的氧化石墨烯表面的酰胺和磷酰胺基团有着较强的极性，大大增强与PLA链段的相互作用，因此提高了在基体中的分散性。

技术领域

本发明涉及一种磷氮型阻燃剂功能化石墨烯及其制备方法。此类功能化石墨烯可以应用于阻燃聚合物材料领域中，且这类聚合物不含卤素，属于环保型阻燃剂。

背景技术

石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，具有高强度、高导电率和高比表面积等特性，在聚合物基复合材料领域应用十分广泛。但石墨稀片层之间有较强的范德华力，还原后很容易团聚堆积，且与基体之间作用力较弱，很难在基体中获得良好分散，因此直接限制了石墨烯在复合材料中的应用。利用石墨烯片层对气体的阻隔性能，可以提高聚合物复合材料热稳定性和阻燃性能，但是通常需要很大的添加量，和其它层状化合物相比效率不高。随着强制性环保阻燃法规的相继出台，开发阻燃效率高的无卤环保阻燃剂已成为近年来的研究热点。因此，如何制备一种阻燃效率高的环保型功能化石墨烯是一亟待解决的问题。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种阻燃效果优异、制备工艺操作简单，易于控制，且不易在基体之间发生团聚堆积的磷氮型阻燃剂功能化石墨烯。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种磷氮型阻燃剂功能化石墨烯，该物质的结构如下：

其中，m和n为1～300范围内的整数。

本发明还提供一种上述的磷氮型阻燃剂功能化石墨烯的制备方法，制备步骤包：

(1)将氧化石墨烯(GO)分散在去离子水中，进行超声处理以促进氧化石墨烯在水中的充分分散；使得下一步反应更好地进行；

(2)将支化聚乙烯亚胺(BPEI)预先溶解于去离子水中配备成水溶液，然后将上述水溶液加入到步骤(1)的材料中，进行反应得到聚乙烯亚胺接枝氧化石墨烯(BPEI@GO)；支化聚乙烯亚胺与普通聚乙烯亚胺相比，会有更多的活性位点，从而更利于与后续的DOPO 反应；

(3)以二氯甲烷为溶剂，向反应容器中加入9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物 (DOPO)；然后将缚酸剂和聚乙烯亚胺接枝氧化石墨烯依次加入至上述反应容器中，再将此反应容器放入超声波清洗仪中进行超声处理；以二氯甲烷为溶剂并通过超声处理，促进了氧化石墨烯在溶剂中的分散，使得下一步反应更好地进行；

(4)超声结束后，将步骤(3)中的反应容器转移至冰水混合浴中，控制温度为0℃，再向反应容器中滴加催化剂四氯化碳；滴加完毕后，将反应容器转移至室温条件下，反应48～60h后过滤，并用去离子水和丙酮洗涤；产物真空干燥得到磷氮型阻燃剂功能化石墨烯(PNFR@RGO)。

本发明步骤(1)中氧化石墨烯在去离子水中的浓度范围是1～4g/L；超声处理为在超声波清洗仪中，用大于等于250W的功率在室温下超声0.5～1h。

本发明步骤(2)中支化聚乙烯亚胺在去离子水中的浓度范围是0.1～0.2g/mL；反应温度为80～85℃，恒温反应8～10h；反应结束后，由于BPEI易溶于水，用温度为40-50℃的去离子水洗涤过量的BPEI；产物在真空条件下冻干12～16h，得到聚乙烯亚胺接枝氧化石墨烯 (BPEI@GO)，BPEI@GO如果用真空干燥容易团聚，会影响下一步的反应效率，而冻干之后的BEPI@GO可以较好地在溶剂中分散；步骤(2)中所述的氧化石墨烯和支化聚乙烯亚胺的重量配比为1：2.5～3.5。