一种含磷杂化氧化石墨烯及其制备方法_3

文档序号:9319049阅读:来源:国知局
能谱中的C Is谱图。由分峰曲线可得到分别代表C=C (284.4eV)、C-0 (286.2eV)、C=0 (287.0eV)、0-C=0 (288. 5eV)、C-O-P (285. 7eV)和C-N (285. leV)的峰,说明磷腈和超支化聚硅氧烷接枝到 氧化石墨烯上。
[0023] 参见附图4,它是本实施例提供的含磷杂化氧化石墨烯的X射线光电子能谱中 的N Is谱图。根据含磷杂化氧化石墨烯的化学结构及其N Is的解析图可知,谱图上存 在,-N-H- (400.7eV)、-N=P- (401.4eV)和-N-C (398.9eV)结构的峰。结合红外谱图及X 射线光电子能谱,可看出磷腈及超支化聚硅氧烷已经接枝到氧化石墨烯上,即含磷杂化氧 化石墨稀已经成功合成。
[0024] 比较例1,超支化聚硅氧烷接枝磷腈的制备:将lg磷腈溶解于20g四氢呋喃得到 体系A ;3. 8g 3-氨基丙基三乙氧基硅烷溶于20g四氢呋喃中,得到体系B ;在氮气保护,机 械搅拌条件下,将体系B逐滴滴加至体系A中,在60°C下反应3h ;随后在20°C温度条件下 反应10h。反应结束后,经过滤、用四氢呋喃和乙醇分别洗涤5次、在60°C的真空烘箱干燥 l〇h后,得到超支化聚硅氧烷接枝磷腈,其X射线衍射谱图参见附图5。
[0025] 参见附图5,它是氧化石墨稀、比较例1提供的超支化聚硅氧烷接枝磷腈及本发明 实施例1提供的含磷杂化氧化石墨烯的X射线衍射谱图。比较例1制备的超支化聚硅氧烷 接枝磷腈的XRD图中,2 0 =21. 40°左右出现的衍射峰是来自于磷腈与超支化聚硅氧烷反 应后的氨基取代物。实施例1中的氧化石墨烯与含磷杂化氧化石墨烯的XRD谱图分别在 2 0 =10.00°和2 0 =9.72°处出现了(002)衍射峰,可以求得氧化石墨烯与含磷杂化氧化 石墨稀的层间距(d)值分别为0. 88nm和0. 91nm。含磷杂化氧化石墨稀的层间距大于氧化 石墨烯的层间距,进一步证明了超支化聚硅氧烷已经接枝到氧化石墨烯上,氧化石墨烯片 层的团聚结构得到改善。
[0026] 参见附图6,它是氧化石墨烯、本实施例提供的含磷杂化氧化石墨烯的透射电镜和 扫描透射电镜图。其中,①和③图分别为氧化石墨烯放大2千倍的透射电镜和扫描透射电 镜图(STEM),②和④图分别为本实施例提供的含磷杂化氧化石墨烯放大15千倍的透射电 镜和扫描透射电镜图(STEM)。参见附图7,它是本实施例提供的含磷杂化氧化石墨烯的元 素扫描谱图,即为附图6④图区域中C/O/P/ Si元素的面扫描谱图。对比图6中的①和② 可知,杂化后氧化石墨烯上接枝了物质,由图7元素面扫面可知,C、0、P、Si等4种元素均匀 地分布在样品表面,表明接枝物含有这四种元素。综合附图1~7可知,含磷杂化氧化石墨 稀已成功合成。
[0027] 参见附图8,它是氧化石墨烯及本实施例提供的含磷杂化氧化石墨烯的热失重 (TG)曲线(氮气氛围下,升温速率是10°C /min)。由图可知,氧化石墨烯和含磷杂化氧化石 墨烯的Tdi分别为195°C和213°C,表明含磷杂化氧化石墨烯的热稳定性高于氧化石墨烯, 这主要归结于含磷杂化氧化石墨烯具有更稳定的化学结构。
[0028] 比较例2,氰酸酯树脂的制备:将50g 2, 2' -双(4-氰氧苯基)丙烷(双酚A性氰 酸酯)在80°C下超声搅拌0. 5h,然后在190°C下搅拌6h,得到氰酸酯树脂预聚体;将该预 聚物浇注入模具中,并在真空下于190°C下进行15min的脱气并保压0. 5h。之后,按照 200°C /2h+220°C /2h和240°C /4h的工艺进行固化和热处理,得到氰酸酯树脂。其TG曲线 和热释放速率随时间变化图分别参见附图8和9。
[0029] 比较例3,含磷杂化氧化石墨烯/氰酸酯树脂的制备:将0. 50g实施例1制备 的含磷杂化氧化石墨烯与49. 50g 2, 2' -双(4-氰氧苯基)丙烷树脂,在80°C下超声搅 拌0. 5h,然后在190°C下搅拌6h,得到含磷杂化氧化石墨烯/氰酸酯树脂预聚物;将该预 聚物浇注入模具中,并在真空下于190°C下进行15min的脱气并保压0. 5h。之后,按照 200°C /2h+220°C /2h和240°C /4h的工艺进行固化和热处理,得到含磷杂化氧化石墨烯/ 氰酸酯树脂。其TG曲线和热释放速率随时间变化图分别见附图8和9。
[0030] 参见附图9,它为比较例2提供的氰酸酯树脂及比较例3提供的含磷杂化氧化石墨 烯/氰酸酯树脂的TG曲线(氮气氛,升温速率为10°C /min)。由图可知,含磷杂化氧化石墨 烯/氰酸酯树脂的Tdi较氰酸酯树脂的Tdi提高了 18. 8°C,表明含磷杂化氧化石墨烯/氰 酸酯树脂具有更好的热稳定性。
[0031] 参见附图10,它为比较例2提供的氰酸酯树脂和比较例3提供的含磷杂化氧化石 墨烯/氰酸酯树脂的热释放速率随时间变化图。由图可知,含磷杂化氧化石墨烯/氰酸酯 树脂的TTI较氰酸酯树脂延迟了 31s,PHRR降低了 40. 1%。此含量下,含磷杂化氧化石墨稀 /氰酸酯树脂的L0I为29. 8较氰酸酯树脂提升14. 6%,在磷元素仅有0. lwt%的含量下阻燃 性能较氰酸酯有大幅提升;此时,当频率在1Hz时,介电常数为3. 6,介电损耗为为0. 0056, 与氰酸酯树脂(介电常数3. 3,介电损耗为0. 0063)接近,保持了原有氰酸酯树脂优异的介 电性能。
[0032] 基于以上性能数据可以得出结论,本发明制备的含磷杂化氧化石墨烯的团聚现象 较氧化石墨烯得到改善,拥有优异的热稳定性以及阻燃性能。在基本保持氰酸酯树脂原有 的突出介电性能的基础上,解决了现有技术中,含磷阻燃剂改性热固性树脂存在的Tdi降 低与TTI缩短的问题,且磷含量仅为同类文献中报导值的12. 0~26. 3%。
[0033] 实施例2 将0. lg份氧化石墨稀加入50g四氢咲喃,机械搅拌50min,得到充分混合的体系A ;在 氩气保护和搅拌条件下,将lg三乙胺加入到体系A中,在0°C下反应0. 5h,得到体系B ;将 〇. lg磷腈溶解于l〇g四氢呋喃中,得到体系C ;将体系C逐滴加入到体系B中,在4°C下反应 lh ;再升温至40°C下反应2h,得到体系D ;2g y-氨丙基三甲氧基硅烷溶于10g四氢呋喃 中,得到体系E ;将体系E逐滴滴加至体系D中,在45°C条件下反应2h,得到体系F ;将0. 4g 水逐滴加入到体系F中,在60°C下条件下反应2 h;随后在15°C下反应10h。反应结束后, 经过滤、用四氢呋喃和乙醇分别洗涤5次、在60°C的真空烘箱干燥10h后,得到含磷杂化氧 化石墨稀,其中含磷量为1. lwt%。
[0034] 实施例3 将〇. lg氧化石墨烯加入l〇〇g四氢呋喃,超声分散lh,得到充分混合的体系A ;在氮气 保护和搅拌条件下,将5g三乙胺加入到体系A中,在4°C下反应2h,得到体系B ;将0. 35g磷 腈溶解于40g四氢呋喃中,得到体系C ;将体系C逐滴加入到体系B中,在2°C下反应5h ;再 升温至70°C下反应5h,得到体系D ;5g y-氨丙基甲基二乙氧基硅烷溶于40g四氢呋喃中, 得到体系E ;将体系E逐滴滴加至体系D中,在45°C下反应5h,得到体系F ;将lg水逐滴加 入到体系F中,在55°C下反应5h ;随后在25°C下反应24h。反应结束后,经过滤、用四氢呋 喃和乙醇分别洗涤5次、在60°C的真空烘箱干燥10h后,得到含磷杂化氧化石墨烯,其中含 磷量为3. 9wt%。
[0035] 实施例4 将0. lg氧化石墨稀加入70g四氢咲喃,高速机械搅拌45min,得到充分混合的体系A ; 在氩气保护和搅拌条件下,将3g三乙胺加入到体系A中,在3°C下反应lh,得到体系B ;将 〇. 76g磷腈溶解于20g四氢呋喃中,得到体系C ;将体系C逐滴加入到体系B中,在0°C下反 应3h;再升温至55°C下反应3h,得到体系D ;lgy-氨丙基三甲氧基硅烷和4g y-氨丙基甲 基二乙氧基硅烷溶于40g四氢呋喃中,得到体系E ;将体系E逐滴滴加至体系D中,在62°C 下反应3h,得到体系F ;将0. 8g水逐滴加入到体系F中,在70°C下反应
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