[發明專利]一種納米氨基三亞甲基膦酸鎂負載還原氧化石墨烯阻燃劑的制備方法

在審

• 申請號: 201810049751.0
• 申請日: 2018-01-18
• 公開（公告）號: CN108250488A
• 公開（公告）日: 2018-07-06
• 發明（設計）人: 王正洲;劉磊;朱萌荷
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: C08K9/12
• 分類號: C08K9/12;C08K9/04;C08K3/04;C08K5/5317
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

本發明涉及一種納米氨基三亞甲基膦酸鎂負載還原氧化石墨烯阻燃劑的制備方法。所述的納米氨基三亞甲基膦酸鎂負載還原氧化石墨烯阻燃劑，其組成和結構是氨基三亞甲基膦酸鎂在還原氧化石墨烯的同時，以納米粒子形式負載在還原氧化石墨烯片層的表面。制備方法為：將天然石墨、硝酸鈉、高錳酸鉀和濃硫酸混合，通過Hummers方法制備氧化石墨烯；然后將氨基三亞甲基膦酸鎂的前驅物溶液加入到氧化石墨烯溶液中攪拌均勻，再通過回流的方法，一步法制備出納米氨基三亞甲基膦酸鎂負載還原氧化石墨烯阻燃劑。本發明利用氨基三亞甲基膦酸鎂作為一種還原劑和阻燃劑，它在還原氧化石墨烯同時并以納米顆粒的形式負載在其表面上,可提高石墨烯片層在高分子材料中的熱穩定性和阻燃效果。

技術領域

本發明屬于材料制備領域, 具體涉及一種納米氨基三亞甲基膦酸鎂負載還原氧化石墨烯阻燃劑的制備方法。

背景技術

氧化石墨烯（GO）是一種由碳原子構成的具有二維平面層狀結構的碳基納米材料，具有大的比表面積和優異的機械性能，利用氧化石墨烯片層對氣體的阻隔性能，可以提高聚合物復合材料熱穩定性和阻燃性能。然而，據文獻報道[Carbon, 2016, 101:152-158]，在聚合物燃燒過程中, 氧化石墨烯由于其熱氧穩定性較差，導致其在聚合物基體中的物理屏障作用減弱，阻燃效率變差。為了解決這些問題，因此需要對氧化石墨烯進行改性處理。有文獻報道[Journal of Materials Chemistry, 2012, 22, 22037-22043.]，在氧化石墨烯表面負載納米二氧化硅可以提高其熱穩定性，但是二氧化硅只是一種惰性不燃的填料，對氧化石墨烯的阻燃效果改善不明顯。

氨基三亞甲基膦酸鎂是一種有機膦酸金屬化合物, 由于其具有良好的熱氧穩定性，同時結構中含有氨基和磷羥基，當加入到高分子材料中時，可以通過磷-氮協效作用提高聚合物復合材料的熱穩定性和阻燃性能，同時結構中活性氨基可以作為一種還原劑進行還原反應。因此, 本發明利用氨基三亞甲基膦酸鎂作為一種還原劑與阻燃劑，一步法完成對氧化石墨烯的還原和負載，將氨基三亞甲基膦酸鎂以納米顆粒的形式負載在還原氧化石墨烯片層的表面, 賦予還原氧化石墨烯片更好的熱氧穩定性和阻隔作用，提高其在聚合物中阻燃效果，擴大其應用領域。

發明內容

為了克服現有技術中存在的上述缺陷, 本發明的目的在于提出一種納米氨基三亞甲基膦酸鎂負載的還原氧化石墨烯阻燃劑的制備方法。氨基三亞甲基膦酸鎂是一種熱穩定性好的阻燃劑，同時它又是一種還原劑，將其負載到氧化石墨烯表面上時又能夠對氧化石墨烯進行還原，以提高氧化石墨烯的熱氧穩定性和阻燃性能。

本發明提出的納米氨基三亞甲基膦酸鎂負載還原氧化石墨烯阻燃劑的制備方法，納米氨基三亞甲基膦酸鎂負載的還原氧化石墨烯阻燃劑組成中含有納米氨基三亞甲基膦酸鎂和還原氧化石墨烯納米片。首先通過Hummers氧化膨脹的方法制備氧化石墨烯；然后將氨基三亞甲基膦酸鎂的前驅物的溶液加入到氧化石墨烯水溶液中，再通過回流的方法制備氨基三亞甲基膦酸鎂負載的還原氧化石墨烯阻燃劑。具體步驟如下：

（1）制備氨基三亞甲基膦酸鎂的前驅物溶液：將0.5~3g氯化鎂(MgCl₂·6H₂O)溶解在去25ml離子水中，再緩慢加入10~40ml 50%的氨基三亞甲基膦酸，混合均勻，制得氨基三亞甲基膦酸鎂的前驅物溶液；

（2）將步驟（1）得到的氨基三亞甲基膦酸鎂的前驅物溶液加入到90~120ml濃度為3mg/ml的氧化石墨烯水溶液中，混合均勻，在90~110℃下，攪拌反應24~48 h, 離心, 洗滌，干燥，得到氨基三亞甲基膦酸鎂負載還原氧化石墨烯阻燃劑。

本發明中，所述的氧化石墨烯為多層結構的氧化石墨烯。

本發明中，具體步驟如下：

（a）將2 g天然石墨和2 g硝酸鈉均勻混合，并將形成的混合反應體系保持在冰水浴，且緩慢加入80 ml濃硫酸持續攪拌2h；