[发明专利]一种含磷硅功能化氧化石墨烯的制备方法

说明书

本发明公开了一种含磷硅功能化氧化石墨烯的制备方法。本发明利用简洁方便的实验方法使γ‑氨丙基三乙氧基硅烷上的两个N‑H键同时接上DOPO，一步合成含磷硅元素化合物。本发明利用含磷硅元素化合物对石墨烯进行改性，有望提高石墨烯在有机溶剂中的分散性，及在环氧树脂中的相容性。本发明将磷、硅阻燃元素引入氧化石墨烯合成小分子阻燃剂，二者的协同作用有助于焦炭层的形成，有望提高环氧树脂的热稳定性。本发明反应条件温和，且不含卤族元素，是环境友好型的新型阻燃剂。

技术领域

本发明属于石墨烯改性技术领域，功能化氧化石墨烯具体涉及一种含磷硅功能化氧化石墨烯的制备方法用、。

背景技术

石墨烯因其独特的二维片层结构、极高的热稳定性、高达1000GPa的杨氏模量和125GPa断裂强度具有良好的阻燃与增韧的效果，因此，在防火阻燃材料领域有诱人的应用前景。然而，石墨烯片层之间的相互作用强烈，在有机溶剂中的分散性较差，造成制备聚合物纳米复合材料时容易发生团聚，与环氧树脂的相容性自然不高。所以，需要对石墨烯进行改性，既有效抑制片层间团聚，又能发挥一定的协同阻燃作用。

含磷化合物是目前应用最广泛的阻燃剂，起到了凝聚相和气相阻燃的作用，常见的有磷酸盐、磷氧化合物和有机磷化合物等。Liao等人通过DOPO上的P-H键与氧化石墨烯上的环氧基发生开环反应，制备出DOPO改性后的GO，尽管其阻燃性能有所提高，但提高幅度较低，LOI对比只添加GO时提高了13％。

硅系阻燃剂通过在凝聚相中形成炭层和捕获气相中的自由基，极大的抑制环氧树脂等基体的燃烧性，常见的有笼状倍半硅氧烷(POSS)及其衍生物、聚硅氧烷和无机硅等。Wang等人直接利用OapPOSS与氧化石墨烯形成共价键，并将其应用到环氧树脂，结果表明OapPOSS-rGO的添加量为2wt％时，环氧树脂复合材料起始热降解温度显着增加了43℃，总热释放量也比纯环氧的最大降低了58％，然而OapPOSS价格昂贵并不适合工业应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种含磷硅功能化氧化石墨烯的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种含磷硅功能化氧化石墨烯的制备方法，其结构式为：

具体包括如下步骤：

(1)氮气保护下，在第一溶剂和多聚甲醛的作用下，将9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物上的P-H键与γ-氨丙基三乙氧基硅烷上的氨基进行反应，反应温度为50～80℃，然后通过沉淀、减压抽滤和干燥对反应产物进行提纯后得到含磷硅元素化合物，其分子结构式为：

上述第一溶剂的用量为9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物、γ-氨丙基三乙氧基硅烷和多聚甲醛的总质量的5～30倍；上述γ-氨丙基三乙氧基硅烷、9，10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物和多聚甲醛的摩尔比为1∶2～20∶2～10；

(2)将氧化石墨烯在第二溶剂中超声处理后，加入用第三溶剂稀释后的上述含磷硅元素化合物，于75～100℃进行水解反应，然后通过离心和冻干提纯后，得到所述含磷硅功能化氧化石墨烯；上述氧化石墨烯和含磷硅元素化合物的质量比为1∶10～50。

在本发明的一个优选实施方案中，所述第一溶剂包括无水乙醇、四氯化碳和三氯甲烷。

在本发明的一个优选实施方案中，所述第二溶剂为无水乙醇、N，N-二甲基甲酰胺或丙酮与去离子水组成的混合溶剂。

在本发明的一个优选实施方案中，所述第三溶剂包括无水乙醇、甲苯和丙酮。

在本发明的一个优选实施方案中，所述超声处理的时间为30～60min。