[发明专利]一种多巴胺表面功能化可膨胀石墨阻燃环氧树脂制备方法

说明书

一种多巴胺表面功能化可膨胀石墨阻燃环氧树脂制备方法，涉及一种阻燃环氧树脂复合材料制备方法，本发明采用多巴胺氧化自聚合技术，对可膨胀石墨(EG)进行表面功能化，在EG粒子表面修饰上均匀的粘附性富含邻苯二酚基团的聚多巴胺层，制备多巴胺表面功能化EG，并应用于环氧树脂。利用聚多巴胺层中的活性官能团与环氧基团发生化学键合，形成界面结合，进而使阻燃剂与基体“一体化”，解决EG在环氧树脂基体中分散不均、界面相容性差等问题，并显著提升其阻燃效率。同时采用室温固化和高温固化相结合的工艺制备阻燃环氧树脂复合材料，可进一步改善在环氧树脂固化过程中阻燃剂的分散性。本发明中所涉及的方法绿色环保可调控性强，具有很好地应用前景。

技术领域

本发明属于阻燃剂制备及高分子材料改性技术领域，具体涉及一种多巴胺表面功能化可膨胀石墨阻燃环氧树脂制备方法。

背景技术

高分子材料因其具有物理、化学、热学和机械等方面的卓越性能而被广泛地应用于建筑、交通运输、农业、电气电子工业等领域。当然，部分高分子材料也存在诸如力学性能低、抗冲击性能差，以及各向异性等缺点，从而限制了其应用领域。高分子材料最主要的缺点是耐火性能差。当高分子材料暴露于高温环境(如300-400℃)时，分解燃烧释放出大量热、烟尘和有毒气体。当暴露于适当温度(如100-200℃)时，部分高分子材料也能发生软化、蠕变和屈服形变，由此可能导致承重的高分子材料结构的弯曲和失效。高分子材料燃烧释放出的热量、烟气，以及结构完整性的下降会给消防救援造成极大的危险，同时也会加重火灾对人员生命及健康的危害。因此，高分子材料的易燃性是其在基础设施和公共交通领域应用受限的关键因素。

近些年来，在我国，与高分子材料使用相关的重特大火灾事故时有发生，给人民生命和财产造成了巨大损失。2009年2月9日中央电视台大火事件，是由于违规施放的礼花弹爆炸后的高温残片引燃了作为外墙保温的钛合金挤塑聚苯乙烯泡沫复合材料而造成的，事故造成一名消防指战员牺牲，经济损失巨大。2010年11月15日上海静安区住宅楼发生特大火灾，是由于违章动火作业引燃了作为保温层材料的硬质聚氨酯泡沫材料而引起的，事故造成58位居民在火灾中罹难，另有10余人受伤，火灾损失惨重。2013年6月3日吉林省长春市德惠特大火灾事故，是由于电气线路故障引燃了作为保温材料的硬质聚氨酯泡沫和聚苯乙烯泡沫夹芯板而酿成的，事故造成121人死亡、76人受伤。在这三起典型火灾案例中，高分子材料的易燃性是导致火灾快速蔓延和严重后果的根本原因。因此，高分子材料的安全使用必须引起人们的高度重视。

环氧树脂(EP)是一种常用的热固性树脂，具有优异的综合性能，是工业应用最常见的高分子材料之一，被广泛地应用于电子电器、工程塑料、涂料等方面。然而，与绝大多数高分子材料一样，EP容易燃烧，在使用过程中存在较大的火灾安全隐患。因此，如何提高EP的火灾安全性能成为了环氧树脂应用过程中需要考虑的问题之一，阻燃型EP的研发引起了人们越来越多的关注。

可膨胀石墨(EG)是一种新型的环保型膨胀阻燃剂，属于石墨层间化合物，主要由天然鳞片石墨经化学处理而成，普遍采用的是硫酸氧化法制备硫酸插层EG。EG的阻燃机理属于凝固相阻燃，受热后EG由最初的鳞片状结构转变成蠕虫链状结构，体积瞬时膨胀数百倍，形成良好的绝热、绝氧层，并且释放出插层结构中的酸根离子促进脱水炭化，从而起到阻燃的目的。由于EG资源丰富，制备工艺简单，不但具有环保性，而且还具有无毒、低烟、高效阻燃等优点，因而EG在阻燃高分子材料中的应用越来越受到关注。然而，EG在应用中还存在一些问题，如分散不均匀，界面相容性差，这些问题将劣化EG的阻燃效率及材料的使用性能。为提高EG与高分子基体的界面相容性，需要对EG进行表面功能化，解决阻燃剂与基体之间的界面结合问题，进而使阻燃剂与基体“一体化”。