一种负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料及其制备方法与应用。负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料的制备方法包括以下步骤：1)将氮化碳前驱体烧结，得到氮化碳，研磨，加热，得到剥离氮化碳纳米片；2)将剥离氮化碳纳米片的悬浮液和吡咯溶液、含磷化合物混合，搅拌至溶解完全，得到混合液；3)将氧化剂溶液与混合液混合，聚合，得到负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料。本发明专利技术解决了二维纳米氮化碳在聚合物中团聚的问题，同时提高了负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料的抗静电性能；增强了阻燃超高分子量聚乙烯复合材料阻燃效果，同时增强导电性和机械性能。同时增强导电性和机械性能。同时增强导电性和机械性能。

【技术实现步骤摘要】
一种负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及聚合物纳米复合改性
，尤其涉及一种负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]超高分子量聚乙烯一般是指分子量大于150万的聚乙烯。超高分子量聚乙烯的分子量决定了其独特的物理机械性能，高刚性、高冲击强度、高耐磨性、高耐腐蚀性和高抗冻性等。像所有聚烯烃一样，超高分子量聚乙烯是一种可燃化合物。但随着工程塑料的发展，人们对聚合物材料的阻燃及抗静电性能提出了更高的要求。因此，增加聚合物的耐热性和抗静电性是实现超高分子量聚乙烯广泛应用的关键。
[0003]目前，提高聚合物阻燃性能的方法主要包括添加型和反应型两大类。聚合物纳米复合作为一种新兴的添加型方法，因其在低负载量情况下，同时能够提高阻燃、力学等性能，引起人们的极大兴趣。具有层状结构的纳米二维结构材料已被广泛应用于降低聚合物材料的火灾危险性。类石墨相氮化碳作为一种二维层状纳米材料，由于其高比表面积、优异的热稳定性能，在增强聚合物纳米复合材料方面受到广泛关注。得益于类石墨相氮化碳纳米片“曲折路径”的阻隔效应，类石墨相氮化碳及其衍生物被证明是一种优异的阻燃纳米添加剂。然而，由于缺少合适的化学键合，类石墨相氮化碳与聚合物基体的界面相互作用较差，在实际应用中存在成本高和宏量制备困难等严重局限性。因此，开发一种既方便高效，又能提高类石墨相氮化碳纳米片分散性和形成强界面相互作用的新策略仍然是一项具有挑战性的工作。

技术实现思路

[0004]本专利技术的首要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料。
[0005]本专利技术的另一目的在于提供上述负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料的制备方法。
[0006]本专利技术的再一目的在于提供上述负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料的应用。
[0007]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008](1)将氮化碳前驱体烧结，得到氮化碳，冷却，研磨，加热，得到剥离氮化碳纳米片；
[0009](2)将步骤(1)所述剥离氮化碳纳米片的悬浮液和吡咯、含磷化合物混合，搅拌至溶解完全，得到混合液；
[0010](3)将氧化剂溶液与步骤(2)所述混合液混合，聚合，得到负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料。
[0011]优选地，步骤(1)所述烧结为400～650℃烧结2～6h。
[0012]优选地，步骤(1)所述烧结的升温速度为1～20℃/min。
[0013]优选地，步骤(1)所述氮化碳前驱体为三聚氰胺、三聚氰酸、二氰二胺、单氰胺、尿素、三聚氰胺氰尿酸、盐酸胍、硫脲以及三聚氯氰中的一种或几种。
[0014]优选地，步骤(1)所述烧结是将氮化碳前驱体装入坩埚，于马弗炉中烧结。
[0015]优选地，步骤(1)所述研磨是将氮化碳研磨至2000～10000目的细粉。
[0016]优选地，步骤(1)所述加热是在通入过水的氩气保护下进行。
[0017]优选地，步骤(1)所述加热为400～600℃加热2～6h。
[0018]优选地，步骤(1)所述加热的升温速度为1～20℃/min；优选为15℃/min。
[0019]优选地，步骤(1)所述加热将研磨后的氮化碳置于长方形石英舟中，放入管式炉中加热。
[0020]优选地，步骤(1)所述剥离氮化碳纳米片自然冷却。
[0021]优选地，步骤(2)所述剥离氮化碳纳米片的悬浮液是将剥离氮化碳纳米片分散于去离子水中，10～300Hz搅拌0.1～10min得到。
[0022]优选地，步骤(2)所述含磷化合物为磷酸氢二铵、植酸、红磷、黑磷、2
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氨基乙基膦酸、六氯三磷腈、三聚氰胺聚磷酸盐、焦磷酸钠、次磷酸钠和磷酸中的一种或几种。
[0023]优选地，步骤(2)所述吡咯的用量为按照吡咯与所述剥离氮化碳纳米片的质量比为0.01～5:1配比计算。
[0024]优选地，步骤(2)所述含磷化合物的用量为按其与所述剥离氮化碳纳米片的质量比为10～300:1配比计算。
[0025]优选地，步骤(3)所述氧化剂为过硫酸铵、三氯化铁、氯化铜和过氧化氢中的一种或几种。
[0026]优选地，步骤(3)所述氧化剂溶液的用量为按氧化剂与步骤(2)所述剥离氮化碳纳米片的质量比为10～0.5:1配比计算。
[0027]优选地，步骤(3)所述氧化剂溶液的溶剂为去离子水。
[0028]优选地，步骤(3)所述氧化剂溶液的浓度优选为0.04～0.16mol/L。
[0029]优选地，步骤(3)所述混合优选为将氧化剂溶液逐滴加入步骤(2)所述混合液中。
[0030]优选地，步骤(3)所述聚合的时间为2～6h。
[0031]优选地，步骤(3)所述负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料再经过过滤，洗涤，干燥步骤去除杂质。
[0032]优选地，所述洗涤为依次采用去离子水、甲醇、乙醇洗涤。
[0033]优选地，所述干燥为60～100℃干燥14～36h。
[0034]一种负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料，通过上述制备方法制备得到。
[0035]上述负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料在制备阻燃、抗静电超高分子量聚乙烯复合材料中的应用。
[0036]一种阻燃超高分子量聚乙烯复合材料，是将上述负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料与超高分子量聚乙烯混匀，挤出造粒得到。
[0037]所述超高分子量聚乙烯为无支链的线性结构聚乙烯。
[0038]所述超高分子量聚乙烯优选为：熔融指数＜0.18g/10min，粘均分子量为200万～
800万的超高分子量聚乙烯。
[0039]所述负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料的用量为按其在原料中的质量分数为2～8％配比计算。
[0040]所述挤出造粒采用双螺杆挤出机；温度为100～250℃，螺杆转速200～400转/分钟。
[0041]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0042]1、与传统仅利用类石墨相氮化碳作为阻燃剂不同，本专利技术对氮化碳进行改性，以提高其在聚合物基体中的阻燃性能。专利技术人使用水蒸气重整法制备了剥离氮化碳纳米片，利用π
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π堆叠作用在剥离氮化碳纳米片表面原位聚合了磷掺杂的聚吡咯纳米复合材料。磷掺杂聚吡咯的加入通过构筑氮化碳与聚合物间的特殊桥梁，在解决二维纳米氮化碳在聚合物中团聚问题的同时，又提高了负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料的抗静电性能。
[0043]2、负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料中氮化碳提供高热稳定性的物理屏障，而磷掺杂聚吡咯的加入大大提高了材料的热降解残留。负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料中氮化碳和掺杂聚吡咯之间出现了协同作用，从而实现阻燃效果的进一步提升。氮化碳与本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将氮化碳前驱体烧结，得到氮化碳，冷却，研磨，加热，得到剥离氮化碳纳米片；(2)将步骤(1)所述剥离氮化碳纳米片的悬浮液和吡咯、含磷化合物混合，搅拌至溶解完全，得到混合液；(3)将氧化剂溶液与步骤(2)所述混合液混合，聚合，得到负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料。2.根据权利要求1所述负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述氮化碳前驱体为三聚氰胺、三聚氰酸、二氰二胺、单氰胺、尿素、三聚氰胺氰尿酸、盐酸胍、硫脲以及三聚氯氰中的一种或几种；步骤(2)所述含磷化合物为磷酸氢二铵、植酸、红磷、黑磷、2
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氨基乙基膦酸、六氯三磷腈、三聚氰胺聚磷酸盐、焦磷酸钠、次磷酸钠和磷酸中的一种或几种；步骤(3)所述氧化剂为过硫酸铵、三氯化铁、氯化铜和过氧化氢中的一种或几种。3.根据权利要求1或2所述负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述吡咯的用量为按照吡咯与所述剥离氮化碳纳米片的质量比为0.01～5:1配比计算；步骤(2)所述含磷化合物的用量为按其与所述剥离氮化碳纳米片的质量比为10～300:1配比计算；步骤(3)所述氧化剂溶液的用量为按氧化剂与步骤(2)所述剥离氮化碳纳米片的质量比为10～0.5:1配比计算。4.根据权利要求1所述负载磷掺杂聚吡咯的氮化碳纳米复合材料的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述烧结为400～650℃烧结2～6h；步骤(1)所述研磨是将氮化碳研磨至2000～10000目...

【专利技术属性】
技术研发人员：李寒梅，鲁少林，洪炜，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：