[发明专利]一种含磷硅接枝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硅接枝氧化石墨烯阻燃剂及其制备方法，它涉及一种无卤环保型阻燃剂。本发明首先采用改进的Hummers制备氧化石墨烯，然后将DOPO加入到氧化石墨烯的乙醇溶液中，利用乙醇溶剂热法制备含磷接枝氧化石墨烯，再通过水浴法将乙烯基三乙氧基硅烷接枝在氧化石墨烯的表面。本发明中乙烯基三乙氧基硅烷是一种有机硅化合物，可以接枝在氧化石墨烯的表面，通过磷硅协同作用提高阻燃剂的热稳定性和阻燃性能。

技术领域

本发明涉及的是一种无卤环保型阻燃剂，具体涉及一种含磷硅接枝氧化石墨烯阻燃剂及其制备方法。

背景技术

高分子材料作为一种重要的材料，在建筑、包装、医学、水处理、交通运输和机械等领域有着广泛的应用，由于其主要由碳、氢等元素组成，导致本质上具有易于燃烧的特性，并且在燃烧过程中热量释放速率大、火焰传播快、释放出大量的有毒有害气体，给人们的生命和财产安全构成了威胁，存在极大的安全隐患。因此，高分子材料的阻燃处理具有非常重要的意义，目前阻燃剂已成为仅次于增塑剂的第二大高分子材料助剂。

阻燃剂是一类用来提高和改善高分子材料的抗燃性的助剂，可以有效阻止材料的点燃及其抑制火焰的扩散。按照化学结构，阻燃剂又可分为无机和有机两类。无机阻燃剂具有热稳定性好、无毒、不产生有毒有害烟气等优点，但是为达到一定的阻燃性能而需要很高的添加量，这容易导致材料机械性能的降低，限制了其应用。卤系阻燃剂作为一种主流的有机阻燃剂，以气相阻燃为主，在火灾中产生腐蚀气体和有毒气体，生烟量大，对人体造成极大的伤害以及污染生态环境。近年来，阻燃剂的无卤化成为阻燃的发展趋势，有机磷系阻燃剂可以发挥凝聚相和气相阻燃的作用，以其优异的阻燃性能和环保的优点，已成为当今阻燃剂行业的一个研究热点。

石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构，据文献报道[刘珊.石墨烯微片阻燃环氧树脂的研究[D].浙江大学,2014.]石墨烯片层的气体阻隔作用对高分子材料的燃烧有一定的抑制作用，有助于减少聚合物燃烧过程中的热释放速率和总热释放量。然而，由于石墨烯在空气气氛中的可燃性，单独地将石墨烯添加到聚合物中，尚不能达到较高的阻燃性能。9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)是一种有机磷类杂环化合物，具有较高的热稳定性和抗氧化性，是一种良好的反应型和添加型阻燃剂，可广泛用于不饱和聚酯、环氧树脂、聚氨酯等高分子材料，用以提高材料的阻燃性能。有文献报道[X.Wang,L.Song,W.Pornwannchai,et al.The effect of graphene presence in flame retarded epoxyresin matrix on the mechanical and flammability properties of glass fiber-reinforced composites[J].Composites Part A Applied Science&Manufacturing,2013,53:88-96.]DOPO和石墨烯同时加入到环氧树脂中，石墨烯的物理阻碍作用延迟了热量的传递，DOPO具有催化成炭作用，形成的炭层可以有效地阻碍热量传播和可燃气体的溢出，起到很好的协同阻燃效果。采用有机硅化合物对氧化石墨烯表面进行功能化，有机硅化合物在受热时生成耐热的二氧化硅，增加了炭层的热稳定性,生成更多的剩炭，形成稳定的保护炭层，从而发挥磷/硅协同阻燃效果。

综上所述，本发明设计了一种含磷硅接枝氧化石墨烯阻燃剂及其制备方法。

发明内容

针对现有技术上存在的不足，本发明目的是在于提供一种含磷硅接枝氧化石墨烯阻燃剂及其制备方法，解决现有阻燃剂添加量大、对环境有害、阻燃性能不理想的问题，分别将DOPO和乙烯基三乙氧基硅烷接枝在氧化石墨烯的表面，以发挥磷硅协同阻燃作用。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一种含磷硅接枝氧化石墨烯阻燃剂及其制备方法，包括以下步骤：

1、首先，以鳞片石墨为原料采用改进的Hummers法和超声波剥离法制备氧化石墨烯；