[发明专利]COFs改性的聚磷酸铵阻燃剂及其制备方法、应用和阻燃环氧树脂

说明书

本发明提供了一种COFs改性的聚磷酸铵阻燃剂及其制备方法、应用和阻燃环氧树脂。所述阻燃剂为以聚磷酸铵为核、COFs材料为壳的核壳结构，其水接触角＞95°，比表面积5 m²/g，平均孔径6.07 nm。其是以聚磷酸铵、对苯二胺、1,3,5‑三（4‑氨基苯基）苯与1,3,5‑三（4‑氨基苯基）苯为原料，采用一步法合成；阻燃环氧树脂是在环氧树脂中添加COFs改性的聚磷酸铵阻燃剂。本发明操作简单，条件温和，所得阻燃剂具有较高的疏水性和阻燃性能，对于稳定性差的阻燃剂提供了一种可行的处理方法；将所制得的阻燃剂添加至环氧树脂中，可大幅提高所得环氧树脂的阻燃效果，具有广泛的工业应用前景。

技术领域

本发明涉及一种阻燃剂，具体地说是涉及一种COFs改性的聚磷酸铵阻燃剂及其制备方法、应用和阻燃环氧树脂。

背景技术

环氧树脂(EP)是一种重要的热固性聚合物，具有优异的物理化学性质，广泛应用于复合材料基体、涂料等领域。然而，EP具有高易燃性，目前研究学者主要通过添加阻燃剂改善环氧树脂的易燃性。目前常用的EP的阻燃剂主要是磷系阻燃剂，其中聚磷酸铵(APP)是一种兼具磷和氮的化合物，可同时作为酸源和气源。因此，它在阻燃EP中具有广阔的应用前景。然而，APP的强吸水性导致其在潮湿环境中容易从基质中析出。此外，无机粒子APP与聚合物的相容性差也导致聚合物复合材料的力学性能较差。目前对APP的改进主要是对APP进行微胶囊化，从而满足阻燃需求，但在微胶囊化的过程中存在操作繁琐等问题。因此，开发合成工艺简单、与环氧树脂等高分子材料相容性良好的APP类阻燃剂，并提高其疏水性和阻燃效果是APP应用研究中的重要课题。

共价有机骨架(COFs)是通过共价键连接的二维或三维结晶多孔材料。骨架结构完全由C、H、O、N、B等轻元素组成，因此COFs的骨架密度远低于传统多孔材料。此外，COFs还具有更高的比表面积、更均匀的孔结构和更好的稳定性。自2005年问世以来，具有独特特性的COFs备受关注，成为科研人员的研究热点之一。目前，COFs广泛应用于催化、储气与分离、光伏、储能和吸附等领域。苯环和氮元素大量存在于席夫碱COFs材料的分子骨架中，表明它们在燃烧过程中具有优异的成炭性能。同时，COFs是有机成分，相较于无机添加剂，相容性会大大提高。然而，单独使用COFs作为阻燃剂的阻燃效果并不理想，其主要作为碳源，但成炭性能较差，如果引入含磷成分，便可以获得集酸源、碳源、气源于一体的阻燃体系。因此，如何开发工艺简单、阻燃效率优异的APP基阻燃剂，并将其用于改善环氧树脂的性能是尤为重要的。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种COFs改性的APP阻燃剂，以解决目前APP吸水性强、与环氧树脂相容性差以及阻燃效率较差等问题。

本发明的目的之二是提供一种COFs改性的APP阻燃剂的制备方法，以解决现有APP改性合成工艺复杂的问题。

本发明的目的之三是提供COFs改性的APP阻燃剂在制备阻燃材料方面的应用。

本发明的目的之四是提供一种阻燃环氧树脂，以提高环氧树脂的阻燃性能。

本发明的目的之一是这样实现的：一种COFs改性的聚磷酸铵阻燃剂，所述阻燃剂为以聚磷酸铵为核、COFs材料为壳的核壳结构，所述阻燃剂的水接触角＞95°，比表面积5m²/g，平均孔径6.07nm。

所述的阻燃剂采用下述方法制备得到：

(a)将聚磷酸铵分散于有机溶剂中，制得浓度为1～10g/L的聚磷酸铵分散液；

(b)将1,3,5-三(4-氨基苯基)苯和2,5-二乙烯基对苯二甲醛分别溶于与步骤(a)相同的有机溶剂中，得到浓度为1～4g/L的1,3,5-三(4-氨基苯基)苯溶液和浓度为1～3g/L的2,5-二乙烯基对苯二甲醛溶液；