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技术

本发明专利技术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。本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及复合材料领域，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。
技术介绍
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。
技术实现思路
本专利技术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。本专利技术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。本专利技术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-dibens<c,e><1,2>oxaphos-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。优选的是，所述的步骤一中，2-(6-oxido-6H-dibens<c,e><1,2>oxaphos-phorin-6-yl)methanol、三乙胺和乙基磺酰氯的摩尔比为1:1:1。优选的是，所述的步骤一的搅拌时间为6-8h。优选的是，所述的步骤二的固化剂为二胺基二苯甲烷(DDM)，二胺基二苯砜(DDS)或酸酐类固化剂。本专利技术的有益效果本专利技术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的结构式如式1所示。该复合材料中的含磷离子液体中咪唑基团与石墨烯片层之间产生的π-π堆叠作用，使得石墨烯在基体内均匀分散，在获得优异阻燃性能的同时提高机械性能，得到具有优良性能的复合材料。本专利技术的制备方法简单、原料易得，适合工业生产。附图说明图1为本专利技术实施例1制备得到的含磷离子液体的核磁氢谱图。具体实施方式本专利技术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，优选为-CH3，R2为含有不同苯环或不同碳链长度的烷基基团，优选为-CH3或-CH2CH3。按照本专利技术，所述的环氧树脂优选为双酚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。按照本专利技术，所述的碳纳米材料优选为石墨烯、碳纳米管、碳纳米纤维，碳纳米球中的一种。本专利技术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-dibens<c,e><1,2>oxaphos-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，所述的搅拌温度优选为室温，搅拌时间优选为6-8h，然后将产物干燥，所述的干燥温度优选为80～90℃，干燥时间优选为8h以上，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；所述溶剂优选为二氯甲烷、丙酮、乙腈或三氯甲烷；所述的磺酰氯化合物优选为甲基磺酰氯、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，所述的2-(6-oxido-6H-dibens<c,e><1,2>oxaphos-phorin-6-yl)methanol、三乙胺和乙基磺酰氯的摩尔比优选为1:1:1。按照本专利技术，所述的原料2-(6-oxido-6H-dibens<c,e><1,2>oxaphos-phorin-6-yl)methanol为自制，具体制备方法参考文献[Synthesisofnovelflameretardantepoxyhardenersandpropertiesofcuredproducts,Polymer42(18)(2001)7617-7625.DOI:10.1016/s0032-3861(01)00257-9]。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，所述的超生时间优选为30～60min，最后加入固化剂，在120～130℃下固化2～3h，150～160℃下后固化2～3h，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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，其特征在于，该复合材料的原料按照重量份数计，包括：/n含磷离子液体1～10份，环氧树脂100份，碳纳米材料0.1～5；/n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：/n

【技术特征摘要】
1.一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，其特征在于，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。


2.根据权利要求1所述的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，其特征在于，所述的R1为-CH3，R2为-CH3或-CH2CH3。


3.根据权利要求1所述的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，其特征在于，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、脂环族环氧树脂或缩水甘油胺型环氧树脂中的一种或几种。


4.根据权利要求1所述的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，其特征在于，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。


5.权利要求1所述的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，其特征在于，包括：
步骤一：在反应容器中，将2-(6-oxido-6H-dibens<c,e><1,2>oxaphos-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80～9...

【专利技术属性】
技术研发人员：敖玉辉，徐子策，尚垒，杜巍峰，马岩，刘浏，马金鹏，
申请(专利权)人：长春工业大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22