[发明专利]一种P-N化合物协同氧化石墨烯阻燃剂的制备及在环氧树脂中的应用

说明书

本发明涉及高分子阻燃材料技术领域，公开了一种P‑N化合物协同氧化石墨烯阻燃剂的制备及其在环氧树脂中的应用，所述制备方法包括以下步骤：S1.在惰性气体保护下将对氨基苯乙酮、苯胺、对甲基苯磺酸加入三口烧瓶中加热熔融，再加入DOPO磁力搅拌，抽滤、洗涤并干燥制得固体粉末I；S2.将氧化石墨烯分散在有机溶剂，加入三乙胺和氯代类化合物，油浴加热反应，反应结束后减压抽滤、洗涤并干燥得到固体粉末II；S3.将II分散在有机溶剂中，加入I和三乙胺，通过加热反应，反应结束后减压抽滤，用乙醇和去离子水洗涤多次后，干燥得到产物。将该产物应用于环氧树脂固化体系阻燃研究，证实其具有高效阻燃、无毒、相容性好等优异性能。

技术领域

本发明涉及高分子阻燃材料技术领域，是一种无卤磷氮化合物协同改性氧化石墨烯的高效阻燃剂制备方法及其在环氧树脂中的应用。

背景技术

树脂的发现和发展历史悠久，从古代发现的天然树脂，到近代合成树脂在塑料工业中的广泛应用，如今我国已经成为树脂生产和消耗大国。环氧树脂是热固性树脂中用量较大的一类，具有易加工、绝缘性好、耐腐蚀性等优点而被广泛应用。然而，环氧树脂主要由碳氢氧组成，存在极易燃烧的缺点，应用过程中存在火灾隐患，因此对环氧树脂基复合材料的阻燃研究广受关注。

阻燃剂按照添加类型可分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂。工业常用的是添加型阻燃剂，其使用简单并且价格较为低廉，但是对复合材料的力学性能影响较大，阻燃性能效果不显著，随着使用时间的增长，其阻燃性能也随之降低。反应型阻燃剂对复合材料力学性能小，有利于阻燃性能的发挥，但是往往价格较贵。其中，卤素系阻燃剂发展较早，已经工业化生产，具有价格便宜、阻燃性能优异而被应用广泛。但在1980年大量研究指出卤素阻燃剂在阻燃过程中释放大量致癌物质而被各国禁用。近年来，因磷系阻燃剂具有优异的阻燃性能，且磷系阻燃剂来源广泛，可分为无机磷阻燃剂（包括聚磷酸铵、三聚氰胺聚磷酸盐和三聚氰胺磷酸盐等）和有机磷阻燃剂（包括膦酸酯、有几次膦酸、磷睛和林杂菲等），而且磷系阻燃剂可与其他阻燃剂协同，具有较好的设计性、阻燃性和低毒性，因而被人们广泛研究和应用。另外，氮系阻燃剂具有毒性小、阻燃效率高、腐蚀性小等优点，因此常被研究者用于含磷、硅系等阻燃剂的协同阻燃，氮系阻燃剂在受热时会分解出不燃性气体，从而稀释可燃性气体和氧气，达到较好的阻燃作用。

众多研究表明，单一组分阻燃剂的阻燃效率有限，且可能对复合材料的其他性能，如力学性能、热性能等有所降低。如何设计和制备多种组分协同作用阻燃剂，在充分发挥阻燃作用的同时，不会影响其他性能，是当前研究的热点。

因此，我们亟需开发一种能够在磷、氮元素杂化，有机与无机组分协同的无卤多组分协同阻燃剂，在应用过程中提高复合材料阻燃性能，同时保证复合材料的其他性能不会明显降低。

发明内容

本发明的目的提供的是一种P-N化合物协同氧化石墨烯阻燃剂的制备及在环氧树脂中的应用。

制备P-N化合物协同改性氧化石墨烯协阻燃剂的具体步骤为：

S1.在惰性气体保护作用下将一定摩尔比的对氨基苯乙酮、苯胺、对甲基苯磺酸装入三口烧瓶中在80~100℃油浴加热熔融，然后加入DOPO在100~150℃磁力搅拌12~24h，抽滤，洗涤和干燥得到固体粉末I；

S2.将氧化石墨烯分散在有机溶剂，加入三乙胺和氯代类化合物，在0~25℃反应8~12h，反应结束后减压抽滤，洗涤，干燥得到固体粉末II；

S3.将固体粉末II分散在有机溶剂中，加入三乙胺和固体粉末I，在60~90℃下加热反应8~12h，然后静置6~12h，反应结束后减压抽滤，用乙醇和去离子水交替洗涤多次后放入真空烘箱干燥得到最终产物。

进一步的，（1）中所述的对氨基苯乙酮、苯胺、DOPO和对甲基苯磺酸的摩尔比为1:3~5:1:0.2~0.5。

进一步的，（2）中所述的氯代类化合物可以用六氯环三磷腈、苯膦酰二氯和三氯氧磷中的一种代替。