[发明专利]一种纳米氨基三亚甲基膦酸镁负载还原氧化石墨烯阻燃剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种纳米氨基三亚甲基膦酸镁负载还原氧化石墨烯阻燃剂的制备方法。所述的纳米氨基三亚甲基膦酸镁负载还原氧化石墨烯阻燃剂，其组成和结构是氨基三亚甲基膦酸镁在还原氧化石墨烯的同时，以纳米粒子形式负载在还原氧化石墨烯片层的表面。制备方法为：将天然石墨、硝酸钠、高锰酸钾和浓硫酸混合，通过Hummers方法制备氧化石墨烯；然后将氨基三亚甲基膦酸镁的前驱物溶液加入到氧化石墨烯溶液中搅拌均匀，再通过回流的方法，一步法制备出纳米氨基三亚甲基膦酸镁负载还原氧化石墨烯阻燃剂。本发明利用氨基三亚甲基膦酸镁作为一种还原剂和阻燃剂，它在还原氧化石墨烯同时并以纳米颗粒的形式负载在其表面上,可提高石墨烯片层在高分子材料中的热稳定性和阻燃效果。

技术领域

本发明属于材料制备领域, 具体涉及一种纳米氨基三亚甲基膦酸镁负载还原氧化石墨烯阻燃剂的制备方法。

背景技术

氧化石墨烯（GO）是一种由碳原子构成的具有二维平面层状结构的碳基纳米材料，具有大的比表面积和优异的机械性能，利用氧化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。然而，据文献报道[Carbon, 2016, 101:152-158]，在聚合物燃烧过程中, 氧化石墨烯由于其热氧稳定性较差，导致其在聚合物基体中的物理屏障作用减弱，阻燃效率变差。为了解决这些问题，因此需要对氧化石墨烯进行改性处理。有文献报道[Journal of Materials Chemistry, 2012, 22, 22037-22043.]，在氧化石墨烯表面负载纳米二氧化硅可以提高其热稳定性，但是二氧化硅只是一种惰性不燃的填料，对氧化石墨烯的阻燃效果改善不明显。

氨基三亚甲基膦酸镁是一种有机膦酸金属化合物, 由于其具有良好的热氧稳定性，同时结构中含有氨基和磷羟基，当加入到高分子材料中时，可以通过磷-氮协效作用提高聚合物复合材料的热稳定性和阻燃性能，同时结构中活性氨基可以作为一种还原剂进行还原反应。因此, 本发明利用氨基三亚甲基膦酸镁作为一种还原剂与阻燃剂，一步法完成对氧化石墨烯的还原和负载，将氨基三亚甲基膦酸镁以纳米颗粒的形式负载在还原氧化石墨烯片层的表面, 赋予还原氧化石墨烯片更好的热氧稳定性和阻隔作用，提高其在聚合物中阻燃效果，扩大其应用领域。

发明内容

为了克服现有技术中存在的上述缺陷, 本发明的目的在于提出一种纳米氨基三亚甲基膦酸镁负载的还原氧化石墨烯阻燃剂的制备方法。氨基三亚甲基膦酸镁是一种热稳定性好的阻燃剂，同时它又是一种还原剂，将其负载到氧化石墨烯表面上时又能够对氧化石墨烯进行还原，以提高氧化石墨烯的热氧稳定性和阻燃性能。

本发明提出的纳米氨基三亚甲基膦酸镁负载还原氧化石墨烯阻燃剂的制备方法，纳米氨基三亚甲基膦酸镁负载的还原氧化石墨烯阻燃剂组成中含有纳米氨基三亚甲基膦酸镁和还原氧化石墨烯纳米片。首先通过Hummers氧化膨胀的方法制备氧化石墨烯；然后将氨基三亚甲基膦酸镁的前驱物的溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，再通过回流的方法制备氨基三亚甲基膦酸镁负载的还原氧化石墨烯阻燃剂。具体步骤如下：

（1）制备氨基三亚甲基膦酸镁的前驱物溶液：将0.5~3g氯化镁(MgCl₂·6H₂O)溶解在去25ml离子水中，再缓慢加入10~40ml 50%的氨基三亚甲基膦酸，混合均匀，制得氨基三亚甲基膦酸镁的前驱物溶液；

（2）将步骤（1）得到的氨基三亚甲基膦酸镁的前驱物溶液加入到90~120ml浓度为3mg/ml的氧化石墨烯水溶液中，混合均匀，在90~110℃下，搅拌反应24~48 h, 离心, 洗涤，干燥，得到氨基三亚甲基膦酸镁负载还原氧化石墨烯阻燃剂。

本发明中，所述的氧化石墨烯为多层结构的氧化石墨烯。

本发明中，具体步骤如下：

（a）将2 g天然石墨和2 g硝酸钠均匀混合，并将形成的混合反应体系保持在冰水浴，且缓慢加入80 ml浓硫酸持续搅拌2h；