[发明专利]一种含磷氮硅聚合物改性氧化石墨烯阻燃剂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种含磷氮硅聚合物改性氧化石墨烯阻燃剂及其制备方法。本发明通过合理调整含磷氮硅元素聚合物中MAdiDOPO，MAPOSS，GMA三种结构单元比例，进一步用于改性氧化石墨烯，从而获得具有良好阻燃性、热稳定性能的含磷氮硅聚合物改性氧化石墨烯阻燃剂，同时解决了石墨烯的团聚问题以及阻燃剂在高分子材料中的分散性问题。

技术领域

本发明属于阻燃剂技术领域，具体涉及一种含磷氮硅聚合物改性氧化石墨烯阻燃剂的制备方法。

背景技术

有机合成高分子材料在电子器件、航空材料、国防军工、交通运输等领域有非常广泛的运用，但是这些材料大部分都可燃或者易燃的，可能会对人类造成不同程度的火灾威胁。传统的无卤阻燃材料主要是将含磷氮硅等阻燃元素的阻燃剂添加到有机合成高分子材料基体中，通过在基体中溶解或分散阻燃剂来达到阻燃的目的。但是这些阻燃剂的添加量大，会牺牲材料的热稳定性和力学性能。

石墨烯具有独特的二维单原子片层结构，拥有优异的力学性能、热学性能等，已有研究表明将石墨烯暴露在火焰中，其受热变红但是火焰不蔓延，移去火焰后自行熄灭，说明了石墨烯本身具备难燃性。但是在制备聚合物纳米复合材料时容易发生团簇现象，因此需要对石墨烯进行功能化，能够有效的抑制石墨烯片层的团聚并且发挥协同阻燃作用。近年来对功能化石墨烯阻燃材料报道很多，通过氧化还原法制备氧化石墨烯，接枝含磷氮硅元素官能团或接枝阻燃聚合物分子链，形成一种新型环保阻燃材料，与传统无卤阻燃材料相比，具有阻燃效率高，绿色环保，力学性能优异等特点。

CN103073749A公开的一种含DOPO和石墨烯的纳米复合阻燃剂，用含异氰酸根的硅烷对石墨烯改性，然后接枝上DOPO，即形成含磷、硅改性石墨烯的阻燃剂，该发明能够增强有机高分子基体的阻燃性能，但是小分子改性石墨烯依然无法充分解决其在有机高分子基体中的分散性问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种含磷氮硅聚合物改性氧化石墨烯阻燃剂。

本发明的另一目的在于提供上述含磷氮硅聚合物改性氧化石墨烯阻燃剂的制备方法。

本发明的技术方案如下：

一种含磷氮硅聚合物改性氧化石墨烯阻燃剂，其特征在于：其结构式如下：

其中，R为异丁基，l:m:n＝10～50:5～10:5～30，～～～片状碳结构为氧化石墨烯，接枝物为含磷氮硅聚合物，所述的含磷氮硅聚合物改性氧化石墨烯阻燃剂不溶于水，乙醇，能在丙酮、氯仿、二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺有机溶剂里分散良好。

上述含磷氮硅聚合物改性氧化石墨烯阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将第一聚合单体MAdiDOPO、第二聚合单体MAPOSS(甲基丙烯酸酯型多面体齐聚倍半硅氧烷)和甲基丙烯缩水甘油酯(GMA)溶于第一溶剂中，加入引发剂，通入氮气鼓泡除掉其中的氧气，在45～95℃下，搅拌反应12～48h，反应结束后，用沉淀剂沉淀，得到含磷氮硅聚合物，其中第一聚合单体MAdiDOPO、第二聚合单体MAPOSS和甲基丙烯酸缩水甘油酯的摩尔比为10～50:5～10：5～30；

上述第一聚合单体MAdiDOPO结构式为：

上述含磷氮硅聚合物的结构式为：

(2)将步骤(1)制备的含磷氮硅聚合物和氧化石墨烯溶解在第二溶剂中，超声处理1～12h，使氧化石墨烯分散均匀，加入催化剂，通入氮气鼓泡除掉其中的氧气，在90～150℃下，搅拌反应12～24h，通过甲基丙烯缩水甘油酯环氧基开环与氧化石墨烯羧基反应，结束后用N,N-二甲基甲酰胺对反应粗产物洗涤，干燥，提纯后即得所述含磷氮硅聚合物改性氧化石墨烯阻燃剂。