[发明专利]镧负载有机磷修饰氮掺杂石墨烯的制备方法及其阻燃改性ABS

说明书

本发明公开了一种镧负载有机磷修饰氮掺杂石墨烯的制备方法及其阻燃改性ABS；GO经氮掺杂、有机磷和镧化学修饰制得石墨烯基纳米添加剂La@PN‑GO，结构分析显示通过熔融共混，La@PN‑GO可以很容易地均匀分散在ABS基体中。La@PN‑GO的加入能延迟ABS树脂的热降解，改善其残炭率，提高热稳定性；填充量为1wt％的ABS/La@PN‑GO复合材料相比纯ABS树脂，其PHRR和TSP值可下降38％和36％，同时拉伸强度可提高16％，这将大大提高其工程应用的范围。镧负载有机磷修饰氮掺杂石墨烯能同时改善ABS树脂的力学、耐热、阻燃及抑烟性能，有望作为新型高效多功能阻燃剂。

技术领域

本发明属于阻燃材料制备技术领域，涉及一种基于石墨烯的阻燃材料的制备，尤其涉及一种镧负载有机磷修饰氮掺杂石墨烯(La@PN-GO)的制备方法及其阻燃改性ABS。

背景技术

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)树脂是一种常见的热塑性工程塑料，被广泛的应用于电器、汽车、机械等领域。ABS树脂具有良好的力学性能、加工性能和耐化学药品性，但是却极易燃烧，极限氧指数只有18.3％～20％，限制了它在实际生产中的应用。如何提高ABS的阻燃性能一度成为人们所关注的热点，目前主要的解决方法是添加卤系阻燃剂。随着环保问题日渐被大家所关注，卤系阻燃剂因为其燃烧产物会污染环境而被部分国家所弃用。但是市面上缺少高效的ABS无卤阻燃剂，需求新型高效无卤阻燃剂的呼声日益壮大。

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，其具有阻燃效率高、添加量低、无卤低毒、环境友好、综合性能优异等优点，在聚合物阻燃改性领域具有广阔的应用前景。

聚合物/石墨烯复合材料在燃烧过程中通过在凝聚相中形成致密的保护层，以阻挡外部辐射和火焰的热传递，从而保护聚合物基体达到阻燃的效果。但是，大多数添加石墨烯的复合材料，并不会因为添加少量石墨烯的原因而提前熄灭或者缓慢燃烧，其主要原因是石墨烯在复合材料中分散较差。对石墨烯进行改性以提高其在复合材料的分散性是当下研究热点之一。此外，为了获得高性能阻燃聚合物纳米复合材料，提高石墨烯的阻燃效率也是研究的关键之一。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种镧负载有机磷修饰氮掺杂石墨烯的制备方法及其阻燃改性ABS。

本发明采用如下的技术方案：

镧负载有机磷修饰氮掺杂石墨烯的制备方法，包括如下步骤：

(1)N掺杂氧化石墨烯(N-GO)的合成

在去离子水中加入GO和CTAB，在室温下超声2小时，加入氨水溶液或者加入氨水溶液和尿素，再进行0.5h的超声处理获得混合液；将上述混合液转移到含聚四氟乙烯衬里的高压釜中，在烘箱中密封保存，加热至100℃～160℃，反应2～10小时；反应结束后进行抽滤，沉淀物用去离子水洗涤多次，然后真空过滤干燥，得到产物N-GO；

(2)N-GO有机磷接枝反应

将N-GO加入到无水三氯甲烷中，再加入三乙胺、DPC和三氯氧磷，将该混合物在-10℃～60℃下超声1～14小时，反应结束后进行过滤，沉淀物用无水甲醇洗涤多次，然后在60℃下真空干燥12小时，得到产物有机磷修饰氮掺杂石墨烯PN-GO；

(3)La@PN-GO的制备