[发明专利]一种磷氮系纳米核壳结构阻燃剂及其制备方法和应用

说明书

本发明属于阻燃剂技术领域，具体涉及一种磷氮系纳米核壳结构阻燃剂及其制备方法和应用。本发明提供的磷氮系纳米核壳结构阻燃剂壳层的化学组成包括含多个苯环的磷氮系化合物，化合物中多个苯环能够形成大π键的共轭结构，与碳纳米管表面的大π键相互作用，使磷氮系化合物包覆在碳纳米管的外表面，这样一方面可以为碳纳米管耐热性能稳定发挥提供基础，另一方面还能提高碳纳米管在有机聚合材料中的相容性和分散性；而壳层化合物氮和磷元素则能进一步提高阻燃剂的阻燃性能。

技术领域

本发明属于阻燃剂技术领域，具体涉及一种磷氮系纳米核壳结构阻燃剂及其制备方法和应用。

背景技术

近些年来，碳纳米管凭借其独特的一维管状结构和优异的力学、电学及化学等性能，使其在化学、物理、生物医药、催化剂及材料科学等诸多领域中得到广泛应用。纳米阻燃材料是碳纳米管应用研究的另一热点，国内外学者对碳纳米管作为阻燃材料进行了大量研究，结果发现将碳纳米管单独作为阻燃剂使用其阻燃效率不高，很难达到传统阻燃测试要求。

为此，科研工作者们进行了更深入的研究，将3-氨基丙基三乙氧基硅烷(APTES)接枝到多壁碳纳米管表面得到改性多壁碳纳米管(f-CNTs)(参见Macromolecular ChemistryandPhysics，2014年，第215卷327-340页)；同时，中国专利CN105037734A(公开日期为：2015年11月11日)也报道了聚硅氧烷改性的碳纳米管。

上述公开的改性碳纳米管相对于未改性的碳纳米管而言，阻燃性能有所提升的，但仍无法满足现代阻燃材料的需求，限制了碳纳米管在阻燃剂领域的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种磷氮系纳米核壳结构阻燃剂及制备方法和应用，本发明提供的磷氮系纳米核壳结构阻燃剂具有较好的阻燃性能，能够与树脂基材复合使用，得到阻燃性能较好的环氧树脂材料。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种磷氮系纳米核壳结构阻燃剂，包括核体和壳层，所述核体包括碳纳米管；所述壳层的化学组成包括如式I所示的磷氮系化合物；所述壳层通过磷氮系化合物与碳纳米管之间的π-π堆积作用包覆到核体的表面；

优选的，所述壳层占磷氮系纳米核壳结构阻燃剂质量的70～95％。

优选的，所述磷氮系纳米核壳结构阻燃剂的平均粒径为30～500nm。

本发明另提供了上述技术方案所述磷氮系纳米核壳结构阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：

(1)将二苯基次膦酰氯、三聚氰酸、缚酸剂和有机溶剂混合，得到反应料液；

(2)对所述步骤(1)的反应料液进行加热，取代反应后得到含磷氮系化合物的混合液；

(3)将所述步骤(2)的混合液与碳纳米管混合，进行包覆反应，得到磷氮系纳米核壳结构阻燃剂。

优选的，所述步骤(1)反应液中，二苯基次膦酰氯与三聚氰酸的摩尔比为3.0～3.5:1。

优选的，所述步骤(1)反应液中，二苯基次膦酰氯与缚酸剂的摩尔比为1:0.5～1.5。

优选的，所述步骤(2)中取代反应的温度为60～100℃，取代反应的时间为6～14h。

优选的，所述步骤(3)中碳纳米管与步骤(1)中二苯基次膦酰氯的质量比为1:5.5～16.5。

优选的，所述步骤(3)的包覆反应后，对包覆反应得到的物料依次进行蒸发溶剂、洗涤和干燥，得到磷氮系纳米核壳结构阻燃剂。

本发明还提供了上述技术方案所述磷氮系纳米核壳结构阻燃剂或上述技术方案所述制备方法制备得到的磷氮系纳米核壳结构阻燃剂在阻燃环氧树脂材料中的应用