一种磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂及其应用制造技术

本发明专利技术涉及一种阻燃剂，特别涉及一种磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂及其应用。一种磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂，所述阻燃剂的结构式为式中，片状碳结构表示氧化石墨烯，接枝物为磷氮系树枝状大分子。所述的磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂不溶于水、有机溶剂。本发明专利技术制得的磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂不仅具有阻燃性，而且能对聚合物基体起到补强作用。利用接枝反应等对石墨烯进行化学改性，将阻燃元素磷、氮负载在石墨烯表面，并通过阻燃材料的制备将有阻燃元素均匀分散于聚合物基体中，解决了阻燃剂在高分子材料中的分散性问题，提高了阻燃剂对聚合物的阻燃效果。

Phosphorus nitrogen type dendrimer macromolecule functional olefin flame retardant and its application

The invention relates to a flame retardant, in particular to a phosphorus nitrogen series dendrimer macromolecule functional olefin flame retardant and its application. The utility model relates to a phosphorus nitrogen series dendrimer macromolecule functional olefin flame retardant, wherein the structure of the flame retardant is in the formula, and the flaky carbon structure is represented by the oxidation of graphene. The phosphorus nitrogen series dendrimer macromolecule functional olefin flame retardant is insoluble in water and organic solvent. The invention relates to a phosphorus nitrogen type dendrimer macromolecule functional olefin flame retardant, which has the function of flame retardance and can reinforce the polymer matrix. The graphene was chemically modified by grafting reaction, the flame retardant elements of phosphorus and nitrogen load on the surface of graphene, and through the preparation of flame retardant materials will be flame retardant elements uniformly dispersed in the polymer matrix, solve the problem of dispersion of flame retardant in polymer materials, improve the flame retardant effect of flame retardant on polymer.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种阻燃剂，特别涉及一种磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂及其应用。
技术介绍
石墨烯是碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的一种碳质新材料，具有高强度、高导电率和高比表面积等特性。近期研究表明呈纳米级分散在聚合物基体中的石墨烯能有效提高纳米复合材料的力学性能、电学性能、热稳定性能和阻隔性能等。但聚合物基体中石墨烯的含量一般不能超过5wt％，最佳用量普遍在1～3wt％，含量太高会导致石墨烯在聚合物基体中的团聚加重，严重损害材料的各项性能。目前，常用的制备聚合物/石墨烯纳米复合材料的方法主要有溶液共混法、熔融共混法、原位聚合法和乳液混合法等。随着聚合物/石墨烯纳米复合材料研究的深入，聚合物/石墨烯纳米复合材料的阻燃性能引起了国内外学者广泛的关注。作为一种新型的“绿色环保”阻燃材料，与传统填充聚合物相比，具有阻燃效能高、环保低毒、综合性能优异等优点。通过化学方法制备的氧化石墨烯，表面含有大量的羟基、羧基、环氧基，可进一步利用接枝反应制得阻燃剂功能化石墨烯。功能化石墨烯将阻燃剂锚固在石墨烯的表面，大大降低了其在使用中的毒性以及对环境的危害，此外，阻燃剂与石墨烯的协同效应提高对聚合物基体的阻燃效果，降低了阻燃剂的添加量和阻燃高分子材料生产成本，为改善石墨烯阻燃效率提供了一种新的途径。
技术实现思路
本专利技术提供一种阻燃性优异的磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃>剂。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂，所述阻燃剂的结构式为式中，片状碳结构表示氧化石墨烯，接枝物为磷氮系树枝状大分子。所述的磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂不溶于水、有机溶剂。作为优选，所述的磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂，其接枝物的占阻燃剂总质量的5～70％。作为优选，所述的磷氮系树枝状大分子是通过六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、聚酰胺-胺(PAMAM)、2-氧代-2-氯-5和5-二甲基-1，3，2-二氧磷杂环己烷(DCCP)反应制得。作为优选，所述的磷氮系树枝状大分子，其中反应物HDI、PAMAM、DCCP的物质的量之比为1：0.5～1：3.5～7。作为优选，PAMAM的代数为零代、一代或二代。一种所述的磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂的制备方法，该方法包括如下步骤：HDI与氧化石墨烯进行表面接枝反应制得异氰酸酯功能化石墨烯，然后与PAMAM进行接枝反应制得树枝状大分子功能化石墨烯，再与DCCP进行反应，制得磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂。一种磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂在制备聚氨酯复合材料方面的应用。磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂使用时的添加量一般为聚氨酯质量的5-20％。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术制得的磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂不仅具有阻燃性，而且能对聚合物基体起到补强作用。利用接枝反应等对石墨烯进行化学改性，将阻燃元素磷、氮负载在石墨烯表面，并通过阻燃材料的制备将有阻燃元素均匀分散于聚合物基体中，解决了阻燃剂在高分子材料中的分散性问题，提高了阻燃剂对聚合物的阻燃效果。2、本专利技术所述的磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂，将磷、氮元素锚固在石墨烯的表面，大大降低了其在使用中的毒性以及对环境的危害；本专利技术所述的磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂，是以石墨烯为基体，对聚合物基体具有增强作用，提高了阻燃材料的力学性能。3、本专利技术所述的阻燃剂利用磷氮系化合物与石墨烯协同阻燃作用，提高对高分子材料的阻燃效果，减少阻燃剂在高分子材料的使用量，降低阻燃材料的成本。本专利技术所述的阻燃剂添加量低、阻燃效果好、适用范围广。附图说明图1是本专利技术磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯的红外光谱图；图2是本专利技术三氧化二锑负载溴化石墨烯XPS能谱图；图3是本专利技术磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯TEM图和元素Mapping图。具体实施方式下面通过具体实施例，对本专利技术的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本专利技术的实施并不局限于下面的实施例，对本专利技术所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本专利技术保护范围。在本专利技术中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。实施例1将2.0g氧化石墨烯粉末颗粒加入到200mL无水N,N-二甲基甲酰胺中，超声分散120分钟后，移入到装有机械搅拌、温度计、回流冷凝管及滴液漏斗的干燥250mL四口瓶中，室温下滴加含有0.336gHDI的20mL无水N,N-二甲基甲酰胺溶液，并升温至60℃，继续搅拌反应8小时，然后把反应得到的浆液过滤，用无水N,N-二甲基甲酰胺反复洗涤，干燥后得异氰酸酯功能化石墨烯。将1.168g上述反应制得异氰酸酯功能化石墨烯分散到100mL无水N,N-二甲基甲酰胺中，再加入1.429g一代的PAMAM，30℃超声反应10小时钟，然后把反应得到的浆液过滤得到黑色固体粉末，用无水甲醇洗涤三次，干燥后得树枝状大分子功能化石墨烯，测得接枝物的质量含量为66.5％。将1.30g上述反应制得树枝状大分子功能化石墨烯分散到100mL无水N,N-二甲基甲酰胺中，再滴加1.414g三乙胺和0.644gDCCP的N,N-二甲基甲酰胺溶液20mL，在30℃搅拌反应6小时，过滤得固体粉末，用甲醇和蒸馏水洗涤固体粉末三次，干燥得磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂。如图1所示，在1206cm-1处有P＝O伸缩振动峰；在1059cm-1和1011cm-1处有P-O-C伸缩振动峰，在2930cm-1和1489cm-1处有C-H伸缩和弯曲振动峰，在3340cm-1和1575cm-1处有N-H伸缩和弯曲振动峰，可见磷氮系树枝状大分子已接枝到石墨烯表面。如图2所示，在三氧化二锑负载溴化石墨烯XPS能谱图中，在399.6eV和398.9eV处出现了N1s峰，在191.3eV和199.1eV处出现了P2s峰，进一步表明磷氮系树枝状大分子已接到石墨烯表面。如图3所示，磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯TEM图和元素Mapping图表明P、N元素均匀分布在石墨烯表面。实施例2树枝状大分子功能化石墨烯的合成操作同实施例1，不同之处为：HDI、PAMAM、DCCP的物质的量之比为1：0.本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂，其特征在于：所述阻燃剂的结构式为式中，片状碳结构表示氧化石墨烯，接枝物为磷氮系树枝状大分子。

【技术特征摘要】
1.一种磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂，其特征在于：所述阻燃剂的结构式为式中，片状碳结构表示氧化石墨烯，接枝物为磷氮系树枝状大分子。
2.根据权利要求1所述的磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂，其特征在于：所述的磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂，其接枝物的占阻燃剂总质量的5～70％。
3.根据权利要求1所述的磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂，其特征在于：所述的磷氮系树枝状大分子是通过六亚甲基二异氰酸酯(HDI)、聚酰胺-胺(PAMAM)、2-氧代-2-氯-5和5-二甲基-1，3，2-二氧磷杂环己烷(DCCP)反应制得。
4.根据权利要求1所述的磷氮系树枝状大分子功能化石墨烯阻燃剂，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄国波，方国忠，吴鸿飞，
申请(专利权)人：黄国波，
类型：发明
国别省市：浙江;33