一种氧化石墨烯磺酸盐类阻燃剂的方法

本发明属于阻燃剂合成，涉及一种氧化石墨烯磺酸盐类阻燃剂的制备方法。

背景技术：

1、石墨在浓h2so4、浓hno3、hclo4等强布朗斯特酸和强氧化剂如kclo4、kmno4的共同作用下，或在电化学过氧化作用下，经水解后即可转化为氧化石墨。氧化石墨是一种无定形、非化学计量、环境友好的固体，具有吸湿性、弱酸性。氧化石墨是层状共价化合物，层间距因制备方法而异，单层的氧化石墨被称为氧化石墨烯(go)。氧化石墨烯具有典型的准二维层状结构，其片层上有c-oh、-cooh、环氧基等功能性基团。go的层状结构以及可膨胀的特性使其作为聚合物阻燃剂时可获得良好的阻燃性能，go/高分子复合材料燃烧时形成的炭层能够起到隔氧抑烟的作用，具有阻燃效率高、添加量低、无卤低毒、环境友好等优势，但石墨烯片层极易出现团聚现象，严重影响其在高分子基体中的分散性。如何改善传统石墨烯阻燃剂的阻燃性能无法进一步提高的缺点，以求探索研制出具有良好综合性能的石墨烯阻燃剂是待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明主要解决的技术问题是针对传统石墨烯阻燃剂的阻燃性能无法进一步提高的缺点，提供了一种石墨烯磺酸盐阻燃剂的制备方法，通过利用氧化石墨烯表面含有的羧基，共价接枝不同结构的磺酸盐，从而达到对其分散性、相容性和阻燃性进行调控。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

3、一种氧化石墨烯磺酸盐类阻燃剂的方法，包括以下步骤：

4、步骤1：氧化石墨烯羧基活化：将氧化石墨烯加入氯化亚砜的n,n-二甲基甲酰胺溶液中充分混合，并超声处理使其充分分散，将反应体系加热搅拌反应后，蒸干剩余氯化亚砜，产物过滤并在100℃真空状态下完全干燥，得到酰氯化氧化石墨烯go-cocl。

5、步骤2：氧化石墨烯磺酸盐阻燃剂的合成：将磺化剂、缚酸剂与n,n-二甲基甲酰胺混合均匀，然后加入酰氯化氧化石墨烯go-cocl，超声处理后加热搅拌反应，反应结束后减压过滤，用乙醇洗涤干净后，产物在100℃真空状态下完全干燥，得到氧化石墨烯磺酸盐阻燃剂。

6、进一步，步骤1中，氯化亚砜的n,n-二甲基甲酰胺溶液浓度为8-15mol/l。氧化石墨烯与氯化亚砜的n,n-二甲基甲酰胺溶液的质量体积比为1:10-1:50g/ml。

7、进一步，步骤1中，超声处理时间为1-5h，反应温度为50-80℃，反应时间为12-36h。

8、进一步，步骤2中，酰氯化氧化石墨烯go-cocl与磺化剂的质量比为2:1-1:2，磺化剂与缚酸剂的质量比为1:1-1:5，酰氯化氧化石墨烯go-cocl与n,n-二甲基甲酰胺的质量体积比为1:15-1:60g/ml。

9、进一步，步骤2中，超声处理时间为1-4h。

10、进一步，步骤2中，反应温度为80-150℃，反应时间为24-72h。

11、进一步，步骤2中，磺化剂为牛磺酸、3-氨基丙磺酸、对氨基苯磺酸中的任意一种；缚酸剂为氢氧化钠、碳酸钠、三乙胺、正丁胺、苄胺中的任意一种。

12、采用以上技术方案后，本发明取得以下有益效果：

13、本发明制备了一种全新的氧化石墨烯磺酸盐阻燃剂，工艺简单、转化率高、阻燃性能好，可以作为一种新型的高分子阻燃添加剂。

技术特征：

1.一种氧化石墨烯磺酸盐类阻燃剂的方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的氧化石墨烯磺酸盐类阻燃剂的方法，其特征在于：步骤1中，氯化亚砜的n,n-二甲基甲酰胺溶液浓度为8-15mol/l。氧化石墨烯与氯化亚砜的n,n-二甲基甲酰胺溶液的质量体积比为1:10-1:50g/ml。

3.根据权利要求1所述的氧化石墨烯磺酸盐类阻燃剂的方法，其特征在于：步骤1中，超声处理时间为1-5h，反应温度为50-80℃，反应时间为12-36h。

4.根据权利要求1所述的氧化石墨烯磺酸盐类阻燃剂的方法，其特征在于：步骤2中，酰氯化氧化石墨烯go-cocl与磺化剂的质量比为2:1-1:2，磺化剂与缚酸剂的质量比为1:1-1:5，酰氯化氧化石墨烯go-cocl与n,n-二甲基甲酰胺的质量体积比为1:15-1:60g/ml。

5.根据权利要求1所述的氧化石墨烯磺酸盐类阻燃剂的方法，其特征在于：步骤2中，超声处理时间为1-4h。

6.根据权利要求1所述的氧化石墨烯磺酸盐类阻燃剂的方法，其特征在于：步骤2中，反应温度为80-150℃，反应时间为24-72h。

7.根据权利要求1所述的氧化石墨烯磺酸盐类阻燃剂的方法，其特征在于：步骤2中，磺化剂为牛磺酸、3-氨基丙磺酸、对氨基苯磺酸中的任意一种；缚酸剂为氢氧化钠、碳酸钠、三乙胺、正丁胺、苄胺中的任意一种。

技术总结
本发明涉及一种氧化石墨烯磺酸盐类阻燃剂的制备方法，属于减水剂制备技术领域，主要包括如下步骤：首先将氧化石墨烯上的羧基进行活化，然后将磺酸基团通过共价接枝的方式接枝到氧化石墨烯表面，最后磺酸基团与不同的碱性基团反应，从而得到不同类型的氧化石墨烯磺酸盐阻燃剂。本发明制备的氧化石墨烯磺酸盐阻燃剂具有优异的阻燃性能，而且通过阳离子的调控还可以对其分散性和相容性进行调控的特点，在阻燃高分子材料行业的发展中具有广阔的前景。

技术研发人员：廖敬如,李鹏宇,张晓瑞,杨城骁,焦明立,冯俊波,艾文英,郅树申,陈永强,崔海涛,刘源,邹佳韦
受保护的技术使用者：中原工学院
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8