苯并咪唑多羧酸修饰石墨烯及其制备方法和阻燃应用技术

本申请公开了一种苯并咪唑多羧酸修饰石墨烯及其制备方法和阻燃应用，其中制备方法包括以下步骤：S1：以5-羟基间苯二甲酸和邻苯二胺为原料，在PPA和磷酸体系中反应，得到3,5-二苯并咪唑基苯酚；S2：将步骤S1得到的3,5-二苯并咪唑基苯酚在浓硫酸和双氧水作用下氧化水解，得到3,5-二(咪唑-4,5-二羧基)苯酚；S3：将步骤S2得到的3,5-二(咪唑-4,5-二羧基)苯酚与石墨烯在乙醇溶液中超声摇匀，旋蒸后再经真空干燥箱干燥，得到褐色粘稠状物质苯并咪唑多羧酸修饰石墨烯。本申请提供的苯并咪唑多羧酸修饰石墨烯有较好的阻燃性能，填补了相关领域的研究空白。研究空白。

Preparation and flame retardant application of graphene modified by benzimidazole polycarboxylic acid

The application discloses a benzimidazole polycarboxylic acid modified graphene and its preparation method and flame retardant application, wherein the preparation method comprises the following steps: S1: taking 5-hydroxyisophthalic acid and o-phenylenediamine as raw materials, reacting in PPA and phosphoric acid system to obtain 3,5-dibenzimidazolyl phenol; S2: 3,5-bis (imidazol-4,5-dicarboxyl) phenol was obtained by oxidative hydrolysis of 3,5-dibenzimidazolyl phenol obtained in step S1 in the presence of concentrated sulfuric acid and hydrogen peroxide; S3: the 3,5-bis (imidazol-4,5-dicarboxyl) phenol obtained in step S2 was ultrasonically shaken with graphene in ethanol solution, then evaporated and dried in vacuum oven to obtain brown viscous substance benzimidazol polycarboxylic acid modified graphene. The benzimidazole polycarboxylic acid modified graphene provided in the application has better flame retardancy, which fills the research blank in the related field. The research is blank< br/>

【技术实现步骤摘要】
苯并咪唑多羧酸修饰石墨烯及其制备方法和阻燃应用


[0001]本申请属于应用化学
，具体涉及一种苯并咪唑多羧酸修饰石墨烯及其制备方法和阻燃应用。

技术介绍

[0002]苯并唑类化合物在药物化学和食品工业中有广泛的应用，可以作为药物中间体。苯并咪唑衍生物水解氧化可制得咪唑多羧酸类化合物，含羧酸的配体因其丰富多样的配位模式，在构建多维结构聚合体系中有广泛应用。由于咪唑多羧酸类有机配体中存在的氢键、孤对电子的亲核性和π-π相互作用能够和其他体系聚合。选择石墨烯和咪唑多羧酸相互作用作为防火材料的添加助剂是因为：一，羧酸本身所给予配位模式多样，容易产生不同结构；二，根据去质子的程度的不同，羧基本身也可同时作为氢键受体或给体；三，羧酸配体引起刚面性使其具有独特优势，因而采用芳香类羧酸作为有机配体与金属离子自组装过程中配齿间空间取向不易发生改变，使它们在配合物构筑过程中具有较少不确定性因素，能够比较容易设计、控制目标产物的结构和性能；四，构筑的配合物通常具有较高的热稳定性和较好的刚性。因此苯并咪唑类羧酸配位聚合物的构筑成为研究的热点，能够很好的改性石墨烯，成为更有效的防火材料助剂。
[0003]PC/ABS共混物为聚碳酸酯(PC)与ABS的共混物，兼具两种组分的力学优点和均衡的机械性能，主要表现在四个方面：(1)改善了PC的应力开裂性，冲击强度较ABS有大幅度提高，且低温时也具备较高的冲击强度；(2)改善了ABS热变形温度低的缺点，使其有更广泛的使用领域；改善了PC加工性能差的缺点，大大提高了生产效率，易于注塑和挤塑，加工性能良好；(3)表面光泽度、硬度好，尺寸稳定性好，色彩范围广；(3)价格比PC便宜。随着共混物中二者组分的比例变化，共混体系的各项力学性能也随着变化。其中，PC主要贡献较好的韧性和冲击强度，高强度、阻燃性，ABS则能改进可成型性，表观质量，降低密度。目前，PC/ABS共混物已经广泛地应用在汽车仪表板支架、盖板、通风口、防冻板、水箱面罩、暖风机外壳、手机外壳等产品中，但是，PC/ABS共混物属于易燃材料，燃烧时释放出大量的有毒气体和黑烟，严重地影响使用环境、威胁人类的健康。目前，对PC/ABS的阻燃研究已得到了人们的普遍关注，由于其燃烧机理复杂，目前尚未得出公认的结论。由于目前用于构建基于咪唑多羧酸类和石墨烯二者混合体系的防火材料助剂研究较少，另外二者的混合体系可以改变现有石墨烯层状结构在空间分散性差，阻燃效率低的缺点，构筑具有更大空间孔穴结构的防火材料，相关化合物及在其他方面的性能研究较少，存在空白。

技术实现思路

[0004]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种苯并咪唑多羧酸修饰石墨烯及其制备方法和阻燃应用。
[0005]第一方面，本申请提供一种苯并咪唑多羧酸修饰石墨烯的制备方法，包括以下步骤：
[0006]S1：以5-羟基间苯二甲酸和邻苯二胺为原料，在PPA(多聚磷酸)和磷酸体系中反应，得到3,5-二苯并咪唑基苯酚，反应式如下：
[0007][0008]S2：将步骤S1得到的3,5-二苯并咪唑基苯酚在浓硫酸和双氧水作用下氧化水解，得到3,5-二(咪唑-4,5-二羧基)苯酚，反应式如下：
[0009][0010]S3：将步骤S2得到的3,5-二(咪唑-4,5-二羧基)苯酚与石墨烯在乙醇溶液中超声摇匀，旋蒸后再经真空干燥箱干燥，得到褐色粘稠状物质苯并咪唑多羧酸修饰石墨烯。
[0011]进一步的，步骤S1具体包括：
[0012]取5-羟基间苯二甲酸、邻苯二胺、PPA和磷酸加入到反应容器内，210℃加热6h，观察到反应液呈深蓝色发紫，停止反应，冷却，静至到室温；
[0013]将反应液倒入烧杯中，用饱和氢氧化钠溶液调节至pH＝10，生成大量紫色沉淀，静置6h，抽滤，水洗，干燥得紫色固体粗产物；
[0014]将粗产物溶于无水乙醇得鲜红色溶液，抽滤，滤液用活性炭吸附脱色，无水乙醇重结晶后得白色固体3,5-二苯并咪唑基苯酚。
[0015]进一步的，步骤S1中5-羟基间苯二甲酸与邻苯二胺的摩尔比为5.5:12。
[0016]进一步的，步骤S1中PPA与磷酸体积比为2:1。
[0017]进一步的，步骤S2具体包括：
[0018]取3,5-二苯并咪唑基苯酚于反应容器中，再缓慢加入浓硫酸，搅拌，缓慢升温到95℃；
[0019]然后缓慢滴加30％H2O2，至溶液澄清透明；滴加完毕继续回流90min；
[0020]冷却至室温，倾入冰水中生成大量白色絮状沉淀，抽滤，得灰白色产物3,5-二(咪唑-4,5-二羧基)苯酚。
[0021]进一步的，步骤S2中浓硫酸与双氧水的体积比为4:5。
[0022]进一步的，步骤S3中3,5-二(咪唑-4,5-二羧基)苯酚与石墨烯质量比为3:2。
[0023]第二方面，本申请还提供一种上述制备方法所得的苯并咪唑多羧酸修饰石墨烯。
[0024]第三方面，本申请还提供一种上述制备方法所得的苯并咪唑多羧酸修饰石墨烯的阻燃应用。
[0025]本申请具有的优点和积极效果是：
[0026]本申请首先以邻苯二胺与5-羟基间苯二甲酸合成得到3,5-二苯并咪唑基苯酚，然后将合成的咪唑类化合物进行氧化水解，得到了3，5-二(咪唑-4，5-二羧基)苯酚，最后用3，
5-二(咪唑-4，5-二羧基)苯酚与石墨烯形成功能配合物，并进行IR，1HNMR，TG，BET，SEM，AFM研究表明化合物5-羟基-3,5-苯基咪唑二羧酸与石墨烯形成的功能配合物有较好的阻燃性能，填补了相关领域的研究空白。
[0027]除了上面所描述的本申请解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本申请所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征所带来的优点，将在下文中结合附图作进一步详细的说明。
附图说明
[0028]通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0029]图1为本申请实施例制备的3,5-二苯并咪唑基苯酚红外光谱图；
[0030]图2为本申请实施例制备的3,5-二(咪唑-4,5-二羧基)苯酚红外光谱图；
[0031]图3为本申请实施例制备的3,5-二(咪唑-4,5-二羧基)苯酚修饰石墨烯红外光谱图；
[0032]图4为本申请实施例制备的3,5-二苯并咪唑基苯酚核磁共振谱图；
[0033]图5为本申请实施例制备的3,5-二(咪唑-4,5-二羧基)苯酚核磁共振谱图；
[0034]图6为本申请实施例制备的3,5-二(咪唑-4,5-二羧基)苯酚修饰石墨烯热重分析仪器截图；
[0035]图7为本申请实施例制备的3,5-二(咪唑-4,5-二羧基)苯酚修饰石墨烯TG曲线图；
[0036]图8为本申请实施例制备的3,5-二(咪唑-4,5-二羧基)苯酚修饰石墨烯吸附脱附曲线图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种苯并咪唑多羧酸修饰石墨烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：以5-羟基间苯二甲酸和邻苯二胺为原料，在PPA和磷酸体系中反应，得到3,5-二苯并咪唑基苯酚，反应式如下：S2：将步骤S1得到的3,5-二苯并咪唑基苯酚在浓硫酸和双氧水作用下氧化水解，得到3,5-二(咪唑-4,5-二羧基)苯酚，反应式如下：S3：将步骤S2得到的3,5-二(咪唑-4,5-二羧基)苯酚与石墨烯在乙醇溶液中超声摇匀，旋蒸后再经真空干燥箱干燥，得到褐色粘稠状物质苯并咪唑多羧酸修饰石墨烯。2.根据权利要求1所述的苯并咪唑多羧酸修饰石墨烯的制备方法，其特征在于，步骤S1具体包括：取5-羟基间苯二甲酸、邻苯二胺、PPA和磷酸加入到反应容器内，210℃加热6h，观察到反应液呈深蓝色发紫，停止反应，冷却，静至到室温；将反应液倒入烧杯中，用饱和氢氧化钠溶液调节至pH＝10，生成大量紫色沉淀，静置6h，抽滤，水洗，干燥得紫色固体粗产物；将粗产物溶于无水乙醇得鲜红色溶液，抽滤，滤液用活性炭吸附脱色，无水乙醇重结晶后得白色固体3,5-二苯并咪唑基苯酚。3.根据权利要求1或2所述的苯并咪唑多羧酸修饰石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭晓霞，李晓东，刘建东，李彦波，
申请(专利权)人：河北格瑞玻璃棉制品有限公司，
类型：发明
国别省市：