多功能磷镍掺杂石墨状氮化碳纳米片、其制备方法及ABS材料

技术领域

本发明属于阻燃材料技术领域，涉及一种多功能磷镍掺杂石墨状氮化碳纳米片、其制备方法及ABS材料。

背景技术

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)共聚物因其质轻、有良好的热稳定性、机械性能高和优异的化学稳定性而广泛应用于电子、汽车、航空等领域。然而，ABS易燃，在燃烧过程中会释放大量的热量和烟雾，人们对ABS的阻燃开发进行了大量工作。

引入阻燃剂是制备阻燃聚合物有效而简单的方法。含卤化合物具有很高的阻燃效率，被广泛应用于阻燃高分子材料的制备。近年来，一些卤代阻燃剂因其对环境和人类具有潜在危害而被禁用，从而产生了各种无卤替代品，如含磷(P)、含氮(N)和金属化合物等脱颖而出。然而，这些常见的阻燃剂通常以牺牲机械性能为代价来赋予聚合物阻燃性。为了避免这一缺陷，近年来开发了许多具有阻燃和增强效果的纳米材料(如石墨烯、粘土、氮化硼和碳纳米管等)。但多数报道的阻燃ABS复合材料的抑烟性差，热稳定性低。因此，开发多功能纳米添加剂来提高ABS的力学性能、热稳定性、阻燃性和抑烟性显得尤为迫切。

石墨状氮化碳(g-C

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种多功能磷镍掺杂石墨状氮化碳(Ni-P-C

本发明采用的技术方案如下：

一种多功能磷镍掺杂石墨状氮化碳纳米片的制备方法，包括如下步骤：

1)将尿素放于带盖坩埚中并放置在马弗炉中煅烧，冷却至室温后，通过研磨获得块状g-C

2)将块状g-C

3)将甲苯和g-C

4)将P-C

上述技术方案中，进一步地，步骤1)中煅烧是以5℃/min的升温速率升温至420℃～450℃，并在该温度下保温2～8h，然后升温至510℃～540℃，再保温3～6h以完成反应。

进一步地，步骤2)中所述离心为转速8000转/分钟，时长3分钟。

进一步地，步骤3)中所述甲苯、g-C

进一步地，步骤4)中P-C

进一步地，所述干燥为：60℃下干燥24h。

一种ABS纳米复合材料，所述材料的原料中含有如上所述的多功能磷镍掺杂石墨状氮化碳纳米片。

进一步地，所述的材料中Ni-P-C

本发明的有益效果是：

本发明提供的多功能P/Ni修饰的g-C

附图说明

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。

图1是本发明中块状g-C

图2是本发明中ABS/CN2(a，b)和ABS/Ni-P-CN2(c，d)复合材料的TEM图像。

图3是ABS及本发明中ABS复合材料的XRD图谱。

图4是ABS及本发明中ABS复合材料的应力-应变曲线(a)和拉伸性能参数(b)。

图5是ABS及本发明中ABS复合材料在N

图6是热辐照功率为35kW/m

图7是锥形量热试验后残炭的数码照片和扫描电镜照片:ABS(a)、ABS/CN2(b)、ABS/P-CN2(c)和ABS/Ni-P-CN2(d)。

图8是ABS及本发明中ABS/CN2、ABS/P-CN2和ABS/Ni-P-CN2残炭红外光谱。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

以下实施例中所采用的尿素、三氯氧磷和硫酸由上海化学试剂有限公司(中国上海)提供。六水合硝酸镍(Ni(NO

实施例1

一种Ni-P-C

第一步：块体g-C

将10g尿素放于带盖坩埚中并放置在马弗炉中煅烧，以5℃/min的升温速率升温至430℃，并在430℃保温4h，然后升温至520℃，再保温4h以完成反应。冷却至室温后，通过研磨获得淡黄色g-C

第二步：g-C

将1.0g块状g-C

第三步：磷接枝C

将100ml甲苯和3克C

第四步：Ni/P掺杂的C

将1g P-C

对比例1

本例中步骤仅包括实施例1中的第一步、第二步，得到的是g-C

对比例2

本例中步骤仅包括实施例1中的第一步、第二步、第三步，得到的是P-C

图1a显示了块状g-C

表1.从XPS光谱检测的元素的定量比较(以wt％计)

图1h和1i显示了Ni-P-C

使用Thermo Hakker流变仪(温度:200℃，时间:12分钟，转子速度:50rpm)通过熔融共混在ABS制备中加入上述各实例制得的g-C

图2显示了ABS/CN2和ABS/Ni-P-CN2复合材料的TEM图像。在没有表面功能化的情况下，g-C

聚合物复合材料的机械性能，尤其是机械强度，往往决定了其工业应用。因此，研究了g-C

通过TGA技术研究了ABS及其纳米复合材料的热稳定性，曲线和数据显示在图5和表2中。

表2 N

a

所有ABS复合材料在N

锥形量热计用于在35kW/m

表3 ABS及其复合材料的锥形量热法测试结果

a

纯ABS的TTI是37s，表明它在火中容易燃烧。g-C

浓烟是导致火灾中死亡的关键因素之一，因此本发明中还详细研究了g-C

可以看出，Ni-P-C

本发明还研究了从锥形量热试验中获得的残炭的形态和组成，以揭示功能化g-C

表4 ABS及其复合材料残炭的EDX数据

表4列出了ABS及其复合材料残炭的EDX数据。纯ABS残炭的碳和氧含量分别为68.86％和31.14％。随着2wt％g-C

综上，可以看出，本发明制得了具有优异耐燃阻燃性、抑烟性的ABS复合材料，通过对g-C