[发明专利]一种含磷离子液体与碳纳米材料的协同体系环氧树脂复合材料及其制备方法

说明书

本发明提供一种含磷离子液体与碳纳米材料的协同体系环氧树脂复合材料及其制备方法，属于复合材料领域。该复合材料的原料按照重量份数计，包括：含磷离子液体1～10份，环氧树脂100份，碳纳米材料0.1～5；所述的含磷离子液体为1‑甲基‑3‑((6‑氧代二苯并[c，e][1，2]恶膦‑6‑基)甲基)‑1H‑咪唑‑3‑4‑磺酸盐，结构式如式1所示。本发明还提供一种含磷离子液体与碳纳米材料的协同体系环氧树脂复合材料的制备方法。该方法制得的复合材料阻燃性能优异，机械性能良好。

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体涉及一种含磷离子液体与碳纳米材料的协同体系环氧树脂复合材料及其制备方法。

背景技术

环氧树脂(EP)是一种重要的热固性树脂，具有成本低、耐化学腐蚀性、优异的机械刚度和韧性等优点，在航空航天、复合材料等领域有着广泛的应用。然而，传统环氧树脂的阻燃性是其主要缺点之一，在一定程度上限制了其应用。因此，可以在环氧树脂中添加阻燃剂作为添加剂或共反应物来改善其阻燃性能，如9，10-dihydro-9-oxa-10-phosphaphenanthrene-10-oxide(DOPO)和纳米颗粒。然而，这通常要求更高的负载率，这大大牺牲了交联聚合物的部分力学性能、玻璃化转变温度和热稳定性。如何在不影响机械性能的情况下保持阻燃性能仍然是一个挑战。

发明内容

本发明的目的是提供一种含磷离子液体与碳纳米材料的协同体系环氧树脂复合材料及其制备方法，该复合材料同时具有优异的阻燃性能和机械性能。

本发明首先提供一种含磷离子液体与碳纳米材料的协同体系环氧树脂复合材料，该复合材料的原料按照重量份数计，包括：

含磷离子液体1～10份，环氧树脂100份，碳纳米材料0.1～5；

所述的含磷离子液体为1-甲基-3-((6-氧代二苯并[c，e][1，2]恶膦-6-基)甲基)-1H-咪唑-3-4-磺酸盐，结构式如式1所示：

式1中，R₁为不同碳链长度的烷基基团，R₂为含有不同苯环或不同碳链长度的烷基基团。

优选的是，所述的R₁为-CH₃，R₂为-CH₃或-CH₂CH₃。

优选的是，所述的环氧树脂为双酚A型环氧树脂、酚醛环氧树脂、邻甲酚醛环氧树脂、双酚A酚醛环氧树脂、脂环族环氧树脂、缩水甘油胺型环氧树脂中的一种或几种。

优选的是，所述的碳纳米材料为石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维，碳纳米球中的一种。

本发明还提供一种含磷离子液体与碳纳米材料的协同体系环氧树脂复合材料的制备方法，包括：

步骤一：在反应容器中，将2- (6-oxido-6H-dibensc,e1,2oxaphos-phorin-6-yl)methanol与三乙胺加入到溶剂中，然后加入磺酰氯化合物搅拌，然后将产物干燥，干燥后的产物溶于1-甲基咪唑，在80～90℃下搅拌48-72h后，得到含磷离子液体1-甲基-3-((6-氧代二苯并[c，e][1，2]恶膦-6-基)甲基)-1H-咪唑-3-4-磺酸盐；

步骤二：将步骤一得到的含磷离子液体在95～100℃下加入环氧树脂搅拌至完全溶解，然后加入碳纳米材料在80～100℃下超声，最后加入固化剂，在 120～130℃下固化2～3h，150～160℃下后固化2～3h，得到复合材料。

优选的是，所述的步骤一中，溶剂为二氯甲烷、丙酮、乙腈或三氯甲烷。

优选的是，所述步骤一中磺酰氯化合物为甲基磺酰氯、乙基磺酰氯、对甲基苯磺酰氯、4-氰基苯磺酰氯或1-辛烷磺酰氯。