[发明专利]一种含磷杂菲结构的碳纳米管及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种碳纳米管的改性技术，特别涉及一种含磷杂菲结构的碳纳米管及其制备方法。

背景技术

碳纳米管（CNT）自20世纪90年代被发现以来，以其独特的结构、特性以及潜在的巨大应用前景而日益受到人们的关注，引起了各国科学家的极大兴趣，目前已成为物理学、化学、材料学等领域的国际研究热点之一。应用研究表明，CNT可以提高有机聚合物的阻燃性能（参见文献：① B. B. Marosf?i, Gy. J. Marosi, Complex activity of clay and CNT particles in flame retarded EVA copolymer，Polymers for Advanced Technologies, 2006,17: 255-262. ②Takashi Kashiwagi, Flammability properties of polymer nanocomposites with single-walled carbon nanotubes: effects of nanotube dispersion and concentration, Polymer,2005,46: 471-481）。但是，由于碳纳米管属纳米无机材料，具有很高的表面自由能，处于热力学不稳定状态，极易聚集，因此未表面处理的CNT难以在有机高聚物中很好地分散；此外，碳纳米管的阻燃性能在聚合物中的阻燃性能也是十分有限（参见文献：Hongdian Luay and Charles A. Wilkie，Fire performance of flame retardant polypropylene and polystyrene composites screened with microscale combustion calorimetry，Polymers for Advanced Technologies, 2011, 22:14-21）。

磷系阻燃剂不仅具有高效、多功能的特点，且安全环保，是目前卤系阻燃剂最主要的替代品种。碳纳米管与磷阻燃剂可以在发挥各自阻燃优势的同时，还具有协同效应（参见文献：Hai-yun Ma, Li-fang Tong, Functionalizing Carbon Nanotubes by Grafting on Intumescent Flame Retardant: Nanocomposite Synthesis, Morphology, Rheology, and Flammability，Advanced Functional Materials, 2008, 18, 414-421）。然而，目前文献中报道的CNT上接枝阻燃剂，由于缺少与聚合物反应的活性基团，不仅不易在聚合物中分散，而且不能获得良好的界面，不易获得良好的力学性能，且阻燃性不能充分发挥。

目前，兼具碳纳米管和含磷阻燃剂性能的优势，并含有活性基团的碳纳米管材料还未见报道。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种集成碳纳米管和含磷阻燃剂性能优势，且含有活性基团的新型碳纳米管及其制备方法。

实现本发明目的所采用的技术方案是：提供一种含磷杂菲结构的碳纳米管，所述碳纳米管表面以化学键的形式接有磷杂菲结构的化合物。

上述含磷杂菲结构的碳纳米管的制备方法，其步骤包括：

（1）按质量比30：1～36：1，将60～75wt%硝酸与碳纳米管混合，再在60～80℃的温度条件下回流24～48小时，冷却后用去离子水稀释，抽滤，多次洗涤处理至中性后烘干，得到酸化后的碳纳米管；

（2）按质量比，将1份酸化后的碳纳米管与10～15份溶剂A混合，超声处理0.5～1小时后得到均匀的悬浮液；将20～30份环氧树脂分散在60份溶剂A中，再加入0.01份催化剂，经超声处理后加入到上述悬浮液中，加热至60～80℃，反应12～36小时，洗涤，过滤，烘干后，得到环氧功能化的碳纳米管；所述的溶剂A为能溶解环氧树脂且沸点高于80⁰C的溶剂；所述的环氧树脂为分子中含有两个或两个以上环氧基团的有机高分子化合物；