[发明专利]富勒烯修饰苯基膦酸稀土杂化物、含有其的聚碳酸酯复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开一种富勒烯修饰苯基膦酸稀土杂化物、含有其的聚碳酸酯复合材料及其制备方法，该杂化物采用的制备方法为：将富勒烯溶解于二甲苯中形成富勒烯溶液；将苯基膦酸稀土盐搅拌分散于二甲苯中形成悬浮液；将制备的溶液滴加到悬浮液中，在65～95℃下恒温回流18～24小时；将回流反应后的反应溶液进行抽滤、洗涤、干燥至恒重得到的固体颗粒即富勒烯修饰苯基膦酸稀土杂化物。避免了材料在高温作用下会突然轰塌，出现热量和可燃性气体短时间内大量释放的问题。

技术领域

本发明涉及有机化合物的合成改性、高分子复合材料的制备或配料的工艺过程，具体为一种富勒烯修饰苯基膦酸稀土杂化物、含有其的聚碳酸酯复合材料及其制备方法。

背景技术

稀土是我国特色战略性资源，具有[Xe]4f^0-145d^1-106s²的电子构型，可在聚合物燃烧时催化脱氢、氧化、交联、成炭等多种反应，实质性影响材料的燃烧过程和燃烧结果，因此稀土阻燃已成为高分子阻燃领域的一个研究热点。

据现有研究报道，稀土化合物阻燃聚合物主要通过两种机理达到优异的阻燃效果:

其一，利用稀土元素的Lewis酸性、强配位能力和络合性，在聚合物燃烧过程中发挥脱氢、酯化和交联等作用，进而催化成炭，使基体在燃烧过程中形成更为致密的炭层，阻隔挥发性产物向气相的传质过程，也阻隔了气相燃烧产生的热量向凝聚相反馈。这种特性使稀土化合物可作为阻燃协效剂和其他阻燃剂复配使用。

其二，利用稀土化合物晶体结构的可设计性和多样性，合成具有片层结构的稀土化合物，单独作为阻燃剂或阻燃协效剂都可达到良好的阻燃效果。在燃烧过程中，稀土化合物晶体的特殊结构可在凝聚相中形成耐高温的致密炭层，阻止质量、热量和气体的传递。

在用于聚合物阻燃的稀土化合物中，苯基膦酸稀土晶体以其卓越的热稳定性和与聚合物良好的相容性脱颖而出。苯基膦酸稀土晶体的化学通式为ReH(O₃PC₆H₅)₂，以层状纳米晶体形式存在，苯基膦酸稀土晶体的片层结构使其可形成耐高温的致密炭层，阻止气相与凝聚相间的热量和气体传递。

富勒烯是由60个碳原子构成的32面体封闭球体，每个碳原子以sp2杂化轨道与相邻碳原子形成了12个五边形和20个六边形，一个C₆₀分子至少可以捕捉34个自由基，因此具有“自由基海绵”的称号。C60在聚合物燃烧过程中可以捕获各种类型的自由基，从而抑制材料的热降解。

虽然苯基膦酸稀土的晶体片层结构可以在聚合物燃烧过程中形成耐高温的炭层，阻止气相与凝聚相间的质量、热量和气体传递。但是聚合物降解过程中出现的大量高活性的自由基物质、燃烧释放的热量和各种可燃性气体等都被限制在苯基膦酸稀土晶体炭层之下，会造成材料出现较为集中的质量、热量和烟气释放，从而使材料燃烧过程中的热释放速率、烟释放速率、质量损失速率等出现较大的峰值，在峰值周围燃烧过程剧烈。而在苯基膦酸稀土结构中引入C₆₀后，C₆₀可以在聚合物热降解过程的初期就开始捕捉聚合物降解产生的大分子自由基、氧化产生的含氧自由基、可燃性气体中的小分子自由基等，从而缓解了高活性物质在苯基膦酸稀土片层下的集中现象，使材料燃烧过程变得平稳，抑制材料燃烧过程中出现突然的放热、发烟、失重等现象，从而避免了材料在高温作用下会突然轰塌，出现热量和可燃性气体短时间内大量释放的问题，可以想象在火灾中可能会再次引起燃烧，甚至爆燃，有利于降低火灾中人员伤亡和财产损失。

发明内容