CN108424547A - 一种杂化改性三聚氰胺盐、其制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种杂化改性三聚氰胺盐、其制备方法及其应用，制备方法是：1)将三聚氰胺盐溶解在溶剂中，加入富氨基类石墨氮化碳纳米片，在30～150℃下反应0.5～4小时；2)待反应完后，过滤、干燥、粉碎即得杂化改性三聚氰胺盐，其中富氨基类石墨氮化碳纳米片的氮元素含量为66～68wt％，其化学结构上富含氨基，厚度为0.5～50nm，含有石墨状的结构；所得产品的5wt％热失重温度比未未杂化改性三聚氰胺盐高20～80℃；本发明产品还被应用于阻燃材料领域，阻燃性能与残炭量大幅度提升。本发明生产原料广泛易得，合成工艺简单，设备要求低，且其产品热稳定性好、与高分子基体的相容性好、阻燃效果好，极具应用前景。

Description

一种杂化改性三聚氰胺盐、其制备方法及其应用
技术领域
本发明属于阻燃剂的制备及应用领域，涉及一种杂化改性三聚氰胺盐、其制备方法及其应用。
背景技术
聚氰胺聚盐如三聚氰胺聚磷酸盐，三聚氰胺氰尿酸盐等，一般具有热分解温度高、水溶性低、发烟量小及有毒气体生成量少的优点，同时其基于磷-氮之间的协同与增效作用，显示出良好的阻燃性能，成为近几年阻燃剂的研究热点，是一种重要的磷氮类阻燃剂，已被广泛应用于聚酰胺及聚烯烃等领域。
虽然其应用前景较好，但是三聚氰胺盐的应用局限性很强，如相容性差、分散不均匀、添加量大及机械性能损失大等问题。
将三聚氰胺盐进行改性进一步提高其性能，是三聚氰胺盐阻燃剂的一个重要发展方向。如文献1：申请号为201310550306.X的中国专利使用使用硼酸锌改性三聚氰胺氰尿酸盐，提高了生产效率，降低了反应体系的粘度；文献2：专利CN 107556255 A利用有机胺改性三聚氰胺聚磷酸盐，获得了良好的阻燃效果且其机械性能得到了较好的保留；文献3(SiO2改性三聚氰胺氰尿酸盐无卤阻燃剂的制备[J].胶体与聚合物,2012,30(4):168-170.)将SiO2溶胶用于改性三聚氰胺氰尿酸盐制得了原位改性三聚氰胺氰尿酸盐，可对其粒径进行了控制；文献4(金属离子改性三聚氰胺聚磷酸盐的合成及其对玻纤增强PA66的阻燃研究[D].东北林业大学,2007.)使用不同的金属离子对三聚氰胺聚磷酸盐改性，随后将其应用于尼龙66的阻燃，该方法虽然产率较高，但其阻燃效果一般，提升不佳。虽然上述方法具有这样或那样的优势，但均未能较好的提高三聚氰胺盐的热稳定性即其热分解温度未见明显提升。
因此，如何进一步提高三聚氰胺盐的热稳定性成为目前亟待要解决的技术问题。
发明内容
本发明目的是克服现有技术中存在的缺陷，提供一种杂化改性三聚氰胺盐、其制备方法及其应用。本发明的杂化改性三聚氰胺盐的原料中含有富氨基类石墨氮化碳纳米片，其制备方法采用分段加热的方式，可以使反应充分进行，更为重要的是可以保持平稳加热，降低反应时的热氧化程度，避免了氨基的大量氧化，提高了其化学结构上氨基的含量，有利于对其进一步改性，其应用范围进一步扩大，增加了其特殊功效。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种杂化改性三聚氰胺盐，杂化改性三聚氰胺盐由以下重量份的原料加工制得：
富氨基类石墨氮化碳纳米片 5～20份；
三聚氰胺盐 5～100份；
所述富氨基类石墨氮化碳纳米片的氮元素含量为66～68wt％，其化学结构上富含氨基，厚度为0.5～50nm，含有石墨状的结构。现有技术中制得的纳米片的产率一般为6-10％，同时，理论上纯氮化碳中不含有氨基，其氮元素含量为60.8wt％，以现有技术制备的类石墨氮化碳，氨基含量少，其氮元素含量通常为61～62wt％，尤其是加热温度超过500℃时，这个含量较理论值提高0.3～1.2％，本发明所制备的富氨基类石墨氮化碳，其氮元素含量为66～68wt％，较理论提高了4～6％，是现有方法提高量的3～20倍，充分表明其化学结构上富含氨基。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种杂化改性三聚氰胺盐，所述杂化改性三聚氰胺盐的5wt％热失重温度比未添加富氨基类石墨氮化碳纳米片杂化改性的三聚氰胺盐高20～80℃，热稳定性明显提高。现有技术未添加富氨基类石墨氮化碳纳米片杂化改性的三聚氰胺盐的5wt％热失重温度一般为350℃。
如上所述的一种杂化改性三聚氰胺盐，所述富氨基类石墨氮化碳纳米片的制备方法为：
1)将原料Ⅰ以0.5～20℃/min的升温速率加热到300～400℃并保温2～12h；此时原料初步反应形成三嗪环结构；
2)以0.5～20℃/min的升温速率将温度升至400～500℃并保温2～12h；此时反应物开始部分聚合，形成低聚物；
3)以0.5～20℃/min的升温速率将温度升至500～600℃并保温2～12h，即得富氨基类石墨氮化碳；反应物重排形成以N原子为桥原子，相互连接的三-均三嗪结构网络；
4)将富氨基类石墨氮化碳完全浸没于液体中并保持温度T1保持压力P1 1～30分钟，此阶段保温保压的目的是使液体能够充分浸入层状材料片层之间，时间太长，实施效果没有明显提升，不利于工业化生产，时间较短，液体无法充分浸润到层状材料的片层之间；
5)将富氨基类石墨氮化碳取出，置于温度为T2、压力为P2的环境下，使得液体迅速汽化剥离富氨基类石墨氮化碳，收集剥离产物即得富氨基类石墨氮化碳纳米片。多次重复步骤4)和步骤5)，可以得到更好的实施效果。此处包括了三个技术方案，分别为“减压”、“升温”、“升温和减压”，单独减压下，压差最好大于-0.2MPa，同时，能够使步骤4)和步骤5)的液体发生迅速汽化的温差或压差均适用于本发明的制备方法；
所述原料Ⅰ为氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素及盐酸胍的一种以上。
如上所述的一种杂化改性三聚氰胺盐，所述迅速汽化是指液体的体积在一秒内膨胀5～200倍；
所述液体是指液氮、液氧、液氦、液氨、液化二氧化碳、液化甲烷、液化乙烷、液化丙烷、液化正丁烷、液化异丁烷、甲醇、乙醇、乙醚和丙酮中的一种以上；能够使液体在升温或减压条件下体积迅速膨胀5倍以上的其他种类的液体均适用于本发明。
所述完全浸没是指液体液面高度大于等于富氨基类石墨氮化碳的高度；
T2-T1为+50～+300℃或P2-P1为-0.5～-0.2MPa；
所述富氨基类石墨氮化碳纳米片的产率为15～30％。
如上所述的一种杂化改性三聚氰胺盐，所述三聚氰胺盐为三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐和三聚氰胺氰尿酸盐中的一种以上。
本发明还提供一种制备如上所述的一种杂化改性三聚氰胺盐的方法，具体步骤如下：
1)将三聚氰胺盐溶解在溶剂中，加入富氨基类石墨氮化碳纳米片，在30～150℃下反应0.5～4小时；反应时间及反应温度设置的原因为时间短反应不充分，时间长则对产率无明显提升，温度低不利于反应进行，过高则无必要。
2)待反应完后，过滤、干燥、粉碎即得所述杂化改性三聚氰胺盐。
作为优选的技术方案：
如上所述的方法，其特征在于，所述溶剂为水、C1-C6的脂肪醇、丙酮、乙酸、乙二醇、甘油、二氧六环、四氢呋喃、吡啶和乙腈中的一种以上。
本发明提供如上所述的一种杂化改性含三聚氰胺盐的应用，将所述杂化改性三聚氰胺盐与高分子材料熔融共混后注塑成型，制得阻燃高分子材料。
作为优选的技术方案：
如上所述的一种杂化改性三聚氰胺盐的应用，其特征在于，所述阻燃高分子材料燃烧时，杂化改性三聚氰胺盐中包含的富氨基类石墨氮化碳纳米片会在聚合物表面析出，诱导聚合物形成致密炭层，提高了阻燃性能与残炭量，残碳量相较所述高分子材料提高了10％以上，烟密度、总释热量、释热率相较所述高分子材料下降了15～30％。
发明机理：
本发明的杂化改性三聚氰胺盐的原料中含有能够提高其综合性能的富氨基类石墨氮化碳纳米片，富氨基类石墨氮化碳纳米片的制备过程如下：首先制备富氨基类石墨氮化碳时采用分段加热的方式，在第一段300～400℃时，原料初步反应形成三嗪环结构，第二段400～500℃时，反应物开始部分聚合，形成低聚物，第三段500～600℃时，反应物重排形成以N原子为桥原子，相互连接的三-均三嗪结构网络。在这三步中，由于采用了分段加热并保温的方法，可以使反应充分进行，更为重要的是可以保持平稳加热，降低反应时的热氧化程度，避免了氨基的大量氧化，提高了其化学结构上氨基的含量，有利于对其进一步改性，扩大其应用范围，或增加其特殊功效。接着将制得的富氨基类石墨氮化碳完全浸没于液体中，并保持一段时间，在此期间，该种液体分子插入富氨基类石墨氮化碳的片层之间，然后将其置入另一具有温差或压差的环境内后，片层间的液体迅速汽化，体积迅速膨胀，由于体积短时间快速膨胀无法全部顺利逸出而在片层间形成阻塞，产生巨大内应力，这能使富氨基类石墨氮化碳的片层得到剥离，制得其相应的富氨基类石墨氮化碳纳米片。
有益效果：
(1)本发明制得的一种杂化改性三聚氰胺盐，由于富氨基类石墨氮化碳的杂化，其在氮气环境或空气环境中的分解温度和热稳定性均得到不同程度的提高；
(2)本发明制得的一种杂化改性三聚氰胺盐，由于富氨基类石墨氮化碳的杂化，可以起到屏蔽阻隔作用，在其阻燃的聚合物材料燃烧时，燃烧的总释热量、释热率及烟密度都有不同程度的下降；
(3)本发明制得的一种杂化改性三聚氰胺盐，由于杂化使用的富氨基类石墨氮化碳富含氨基，可以提高阻燃剂与聚合物基体的相容性，同时有效促进了聚合物表面成炭，提高了残炭量和阻燃效率；
(4)本发明制得的一种杂化改性三聚氰胺盐，其分子中同时存在膨胀阻燃体系的三元要素(酸源、炭源和气源)，因此在燃烧或热裂解过程中三元要素存在良好的协同相互作用；
(5)本发明制得的一种杂化改性三聚氰胺盐，应用于阻燃材料领域时，由于杂化改性的三聚氰胺盐，属于无卤环保阻燃体系，适用于多数聚合物材料，绿色环保无污染；
(6)本发明的一种杂化改性三聚氰胺盐的制备方法，所涉及的原料来源广泛易得，设备要求低，操作简便，易于工业化生产。
附图说明
图1为本发明制得的富氨基类石墨氮化碳的傅里叶红外光谱图；
图2为本发明制得的富氨基类石墨氮化碳的X射线衍射图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
一种杂化改性的三聚氰胺盐，其制备步骤如下：
(1)制备富氨基类石墨氮化碳纳米片：
1)先将三聚氰胺以2℃/min的升温速率加热到330℃并保温2h；
2)然后以2℃/min的升温速率将温度升至480℃并保温2h；
3)再以2℃/min的升温速率将温度升至500℃并保温2h，即得富氨基类石墨氮化碳；制得的富氨基类石墨氮化碳的氮元素含量为66.5wt％，其化学结构上富含氨基，如图1所示的傅里叶红外转换光谱图在2700-3400cm-1处的宽大吸收峰即可证明，制得的富氨基类石墨氮化碳含有石墨状的结构，也可由X射线衍射图在13.5°与27.5°附近的尖锐峰证明，如图2所示。
4)将富氨基类石墨氮化碳完全浸没于液氮中并保持温度T1保持压力P1 1分钟；
5)将富氨基类石墨氮化碳取出，置于温度为T2、压力为P2的环境下，当液氮迅速汽化剥离富氨基类石墨氮化碳，收集剥离产物即得富氨基类石墨氮化碳纳米片。其中T2-T1为+221℃，P2-P1为-0.099MPa，制得的纳米片厚度为1～20nm，产率为17％。
(2)将三聚氰胺磷酸盐溶解在水中，加入富氨基类石墨氮化碳纳米片，在30℃下反应2小时；
(3)待反应完后，过滤、干燥、粉碎即得杂化改性三聚氰胺盐。
最终制得的杂化改性的三聚氰胺盐各原料重量份为：富氨基类石墨氮化碳纳米片20份；三聚氰胺磷酸盐20份；杂化改性三聚氰胺盐的5wt％热失重温度比未添加富氨基类石墨氮化碳纳米片杂化改性的三聚氰胺盐高20℃。
将15wt％的杂化改性的三聚氰胺盐与聚酰胺熔融共混后注塑成型，制得阻燃高分子材料，阻燃高分子材料燃烧时，杂化改性三聚氰胺盐中包含的富氨基类石墨氮化碳纳米片会在聚合物表面析出，残碳量相较相同质量的聚酰胺提高了10％，烟密度、总释热量、释热率相较相同质量的聚酰胺下降了22％。
实施例2
一种杂化改性的三聚氰胺盐，其制备步骤如下：
(1)制备富氨基类石墨氮化碳纳米片：
1)先将二氰二胺以22℃/min的升温速率加热到350℃并保温5h；
2)然后以19℃/min的升温速率将温度升至490℃并保温8h；
3)再以11.5℃/min的升温速率将温度升至530℃并保温9h，即得富氨基类石墨氮化碳；制得的富氨基类石墨氮化碳的氮元素含量为67.3wt％，其化学结构上富含氨基，制得的富氨基类石墨氮化碳含有石墨状的结构；
4)将富氨基类石墨氮化碳完全浸没于液氧中并保持温度T1保持压力P1 22分钟；
5)将富氨基类石墨氮化碳取出，置于温度为T2、压力为P2的环境下，当液氧迅速汽化剥离富氨基类石墨氮化碳，收集剥离产物即得富氨基类石墨氮化碳纳米片。其中T2-T1为+300℃，P2-P1为0MPa，制得的纳米片的厚度为40～50nm，产率为30％。
(2)将三聚氰胺焦磷酸盐溶解在甲醇中，加入富氨基类石墨氮化碳纳米片，在60℃下反应2.5小时；
(3)待反应完后，过滤、干燥、粉碎即得杂化改性三聚氰胺盐。
最终制得的杂化改性的三聚氰胺盐各原料重量份为：富氨基类石墨氮化碳纳米片10份；三聚氰胺焦磷酸盐5份；杂化改性三聚氰胺盐的5wt％热失重温度比未添加富氨基类石墨氮化碳纳米片杂化改性的三聚氰胺盐高50℃。
将20wt％的杂化改性的三聚氰胺盐与聚丙烯熔融共混后注塑成型，制得阻燃高分子材料，阻燃高分子材料燃烧时，杂化改性的三聚氰胺盐中包含的富氨基类石墨氮化碳纳米片会在聚合物表面析出，残碳量相较相同质量的聚丙烯提高了18％，烟密度、总释热量、释热率相较相同质量的聚丙烯下降了15％。
实施例3
一种杂化改性的三聚氰胺盐，其制备步骤如下：
(1)制备富氨基类石墨氮化碳纳米片：
1)先将氰胺以5℃/min的升温速率加热到300℃并保温6h；
2)然后以3.5℃/min的升温速率将温度升至400℃并保温10h；
3)再以18℃/min的升温速率将温度升至550℃并保温2h，即得富氨基类石墨氮化碳；制得的富氨基类石墨氮化碳的氮元素含量为66wt％，其化学结构上富含氨基，制得的富氨基类石墨氮化碳含有石墨状的结构。
4)将富氨基类石墨氮化碳完全浸没于液氦中并保持温度T1保持压力P1 18分钟；
5)将富氨基类石墨氮化碳取出，置于温度为T2、压力为P2的环境下，当液氦迅速汽化剥离富氨基类石墨氮化碳，收集剥离产物即得富氨基类石墨氮化碳纳米片。其中T2-T1为+150℃，P2-P1为-0.01MPa，制得纳米片的厚度为30～40nm，产率为20％。
(2)将三聚氰胺聚磷酸盐溶解在正丙醇中，加入富氨基类石墨氮化碳纳米片，在90℃下反应0.5小时；
(3)待反应完后，过滤、干燥、粉碎即得杂化改性三聚氰胺盐。
最终制得的杂化改性的三聚氰胺盐各原料重量份为：富氨基类石墨氮化碳纳米片5份；三聚氰胺聚磷酸盐60份；杂化改性三聚氰胺盐的5wt％热失重温度比未添加富氨基类石墨氮化碳纳米片杂化改性的三聚氰胺盐80℃。
将30wt％的杂化改性的三聚氰胺盐与聚乙烯熔融共混后注塑成型，制得阻燃高分子材料，阻燃高分子材料燃烧时，杂化改性的三聚氰胺盐中包含的富氨基类石墨氮化碳纳米片会在聚合物表面析出，残碳量相较相同质量的聚乙烯提高了15％，烟密度、总释热量、释热率相较相同质量的聚乙烯下降了45％。
实施例4
一种杂化改性的三聚氰胺盐，其制备步骤如下：
(1)制备富氨基类石墨氮化碳纳米片：
1)先将尿素以0.5℃/min的升温速率加热到380℃并保温12h；
2)然后以15℃/min的升温速率将温度升至400℃并保温7h；
3)再以20℃/min的升温速率将温度升至580℃并保温9h，即得富氨基类石墨氮化碳；制得的富氨基类石墨氮化碳的氮元素含量为67.9wt％，其化学结构上富含氨基，制得的富氨基类石墨氮化碳含有石墨状的结构；
4)将富氨基类石墨氮化碳完全浸没于液氨中并保持温度T1保持压力P1 30分钟；
5)将富氨基类石墨氮化碳取出，置于温度为T2、压力为P2的环境下，当液氨迅速汽化剥离富氨基类石墨氮化碳，收集剥离产物即得富氨基类石墨氮化碳纳米片。其中T2-T1为0℃，P2-P1为-0.5MPa，制得的纳米片的厚度为35～50nm，产率为19％。
(2)将三聚氰胺氰尿酸盐溶解在正戊醇中，加入富氨基类石墨氮化碳纳米片，在120℃下反应1.5小时；
(3)待反应完后，过滤、干燥、粉碎即得杂化改性三聚氰胺盐。
最终制得的杂化改性的三聚氰胺盐各原料重量份为：富氨基类石墨氮化碳纳米片15份；三聚氰胺氰尿酸盐75份；杂化改性三聚氰胺盐的5wt％热失重温度比未添加富氨基类石墨氮化碳纳米片杂化改性的三聚氰胺盐高35℃。
实施例5
一种杂化改性的三聚氰胺盐，其制备步骤如下：
(1)制备富氨基类石墨氮化碳纳米片：
1)将盐酸胍以19℃/min的升温速率加热到310℃并保温8h；
2)然后以0.5℃/min的升温速率将温度升至480℃并保温6h；
3)再以4℃/min的升温速率将温度升至600℃并保温12h，即得富氨基类石墨氮化碳；制得的富氨基类石墨氮化碳的氮元素含量为68wt％，其化学结构上富含氨基，制得的富氨基类石墨氮化碳含有石墨状的结构；
4)将富氨基类石墨氮化碳完全浸没于液化二氧化碳中并保持温度T1保持压力P111分钟；
5)将富氨基类石墨氮化碳取出，置于温度为T2、压力为P2的环境下，当液化二氧化碳迅速汽化剥离富氨基类石墨氮化碳，收集剥离产物即得富氨基类石墨氮化碳纳米片。其中T2-T1为10℃，P2-P1为-0.2MPa，制得的纳米片的厚度为0.5～10nm，产率为15％。
(2)将三聚氰胺磷酸盐和三聚氰胺焦磷酸盐的混合物(质量比为1:1)溶解在正己醇中，加入富氨基类石墨氮化碳纳米片，在150℃下反应3小时；
(3)待反应完后，过滤、干燥、粉碎即得杂化改性三聚氰胺盐。
最终制得的杂化改性的三聚氰胺盐各原料重量份为：富氨基类石墨氮化碳纳米片5份；三聚氰胺磷酸盐100份；杂化改性三聚氰胺盐的5wt％热失重温度比未添加富氨基类石墨氮化碳纳米片杂化改性的三聚氰胺盐高60℃。
实施例6
一种杂化改性的三聚氰胺盐，其制备步骤如下：
(1)制备富氨基类石墨氮化碳纳米片：
1)先将氰胺和二氰二胺的混合物(质量比为1:1)以20℃/min的升温速率加热到320℃并保温6h；
2)然后以2.5℃/min的升温速率将温度升至500℃并保温2h；
3)再以10.5℃/min的升温速率将温度升至560℃并保温11h，即得富氨基类石墨氮化碳；制得的富氨基类石墨氮化碳的氮元素含量为66.3wt％，其化学结构上富含氨基，制得的富氨基类石墨氮化碳含有石墨状的结构；
4)将富氨基类石墨氮化碳将类石墨氮化碳完全浸没于液化甲烷中并保持温度T1保持压力P1 5分钟；
5)将富氨基类石墨氮化碳取出，置于温度为T2、压力为P2的环境下，当液化甲烷迅速汽化剥离富氨基类石墨氮化碳，收集剥离产物即得富氨基类石墨氮化碳纳米片。其中T2-T1为25℃，P2-P1为-0.3MPa，制得的纳米片的厚度为20～40nm，产率为21％。
(2)将三聚氰胺聚磷酸盐和三聚氰胺氰尿酸盐的混合物(质量比为2:3)溶解在丙酮中，加入富氨基类石墨氮化碳纳米片，在50℃下反应1小时；
(3)待反应完后，过滤、干燥、粉碎即得杂化改性三聚氰胺盐。
最终制得的杂化改性的三聚氰胺盐各原料重量份为：富氨基类石墨氮化碳纳米片8份；三聚氰胺聚磷酸盐和三聚氰胺氰尿酸盐的混合物20份；杂化改性三聚氰胺盐的5wt％热失重温度比未添加富氨基类石墨氮化碳纳米片杂化改性的三聚氰胺盐高20℃。
实施例7
一种杂化改性的三聚氰胺盐，其制备步骤如下：
(1)制备富氨基类石墨氮化碳纳米片：
1)先将三聚氰胺和尿素的混合物(质量比为2:3)以7℃/min的升温速率加热到400℃并保温2h；
2)然后以11℃/min的升温速率将温度升至450℃并保温4h；
3)再以20℃/min的升温速率将温度升至510℃并保温10h，即得富氨基类石墨氮化碳；制得的富氨基类石墨氮化碳的氮元素含量为66.2wt％，其化学结构上富含氨基，制得的富氨基类石墨氮化碳含有石墨状的结构；
4)将富氨基类石墨氮化碳完全浸没于液化乙烷中并保持温度T1保持压力P1 3分钟；
5)将富氨基类石墨氮化碳取出，置于温度为T2、压力为P2的环境下，当液化乙烷迅速汽化剥离富氨基类石墨氮化碳，收集剥离产物即得富氨基类石墨氮化碳纳米片。其中T2-T1为+30℃，P2-P1为-0.2MPa，制得的纳米片的厚度为33～50nm，产率为18％。
(2)将三聚氰胺磷酸盐和三聚氰胺氰尿酸盐的混合物(质量比为1:2)溶解在乙酸中，加入富氨基类石墨氮化碳纳米片，在30℃下反应4小时；
(3)待反应完后，过滤、干燥、粉碎即得杂化改性三聚氰胺盐。
最终制得的杂化改性的三聚氰胺盐各原料重量份为：富氨基类石墨氮化碳纳米片16份；三聚氰胺磷酸盐和三聚氰胺氰尿酸盐的混合物80份；杂化改性三聚氰胺盐的5wt％热失重温度比未添加富氨基类石墨氮化碳纳米片杂化改性的三聚氰胺盐高45℃。
实施例8
一种杂化改性的三聚氰胺盐，其制备步骤如下：
(1)制备富氨基类石墨氮化碳纳米片：
1)先将氰胺、尿素和盐酸胍的混合物(质量比为1:1:1)以0.5℃/min的升温速率加热到360℃并保温6h；
2)然后以9℃/min的升温速率将温度升至420℃并保温6h；
3)再以12℃/min的升温速率将温度升至570℃并保温4h，即得富氨基类石墨氮化碳；制得的富氨基类石墨氮化碳的氮元素含量为68wt％，其化学结构上富含氨基，制得的富氨基类石墨氮化碳含有石墨状的结构；
4)将富氨基类石墨氮化碳完全浸没于液化丙烷中并保持温度T1保持压力P1 13分钟；
5)将富氨基类石墨氮化碳取出，置于温度为T2、压力为P2的环境下，当液化丙烷迅速汽化剥离富氨基类石墨氮化碳，收集剥离产物即得富氨基类石墨氮化碳纳米片。其中T2-T1为+10℃，P2-P1为-0.3MPa，制得的纳米片的厚度为28～42nm，产率为22％。
(2)将三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐和三聚氰胺聚磷酸盐的混合物(质量比为1:1:2)溶解在乙二醇中，加入富氨基类石墨氮化碳纳米片，在110℃下反应0.5小时；
(3)待反应完后，过滤、干燥、粉碎即得杂化改性三聚氰胺盐。
最终制得的杂化改性的三聚氰胺盐各原料重量份为：富氨基类石墨氮化碳纳米片20份；三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐和三聚氰胺聚磷酸盐的混合物40份；杂化改性三聚氰胺盐的5wt％热失重温度比未添加富氨基类石墨氮化碳纳米片杂化改性的三聚氰胺盐高80℃。
实施例9～19
一种杂化改性的三聚氰胺盐，其制备步骤与实施例1基本一致，不同的是制备富氨基类石墨氮化碳纳米片的步骤中富氨基类石墨氮化碳浸没于液体的种类，温度T1和T2，压力P1和P2，最终制得的纳米片的厚度和产率，以及步骤(2)中溶剂的种类，5wt％热失重温度提高量(表中所指的温度)即杂化改性三聚氰胺盐的5wt％热失重温度比未添加富氨基类石墨氮化碳纳米片杂化改性的三聚氰胺盐提高量，具体见下表：

Claims (9)

1.一种杂化改性三聚氰胺盐，其特征是：杂化改性三聚氰胺盐由以下重量份的原料加工制得：
富氨基类石墨氮化碳纳米片 5～20份；
三聚氰胺盐 5～100份；
所述富氨基类石墨氮化碳纳米片的氮元素含量为66～68wt％，其化学结构上富含氨基，厚度为0.5～50nm，含有石墨状的结构。
2.据权利要求1所述的一种杂化改性三聚氰胺盐，其特征在于，所述杂化改性三聚氰胺盐的5wt％热失重温度比未添加富氨基类石墨氮化碳纳米片杂化改性的三聚氰胺盐高20～80℃。
3.据权利要求1所述的一种杂化改性三聚氰胺盐，其特征在于，所述富氨基类石墨氮化碳纳米片的制备方法为：
1)将原料Ⅰ以0.5～20℃/min的升温速率加热到300～400℃并保温2～12h；
2)以0.5～20℃/min的升温速率将温度升至400～500℃并保温2～12h；
3)以0.5～20℃/min的升温速率将温度升至500～600℃并保温2～12h，即得富氨基类石墨氮化碳；
4)将富氨基类石墨氮化碳完全浸没于液体中并保持温度T1保持压力P1 1～30分钟；
5)将富氨基类石墨氮化碳取出，置于温度为T2、压力为P2的环境下，使得液体迅速汽化剥离富氨基类石墨氮化碳，收集剥离产物即得富氨基类石墨氮化碳纳米片；
所述原料Ⅰ为氰胺、二氰二胺、三聚氰胺、尿素及盐酸胍的一种以上。
4.据权利要求3所述的一种杂化改性三聚氰胺盐，其特征在于，所述迅速汽化是指液体的体积在一秒内膨胀5～200倍；
所述液体是指液氮、液氧、液氦、液氨、液化二氧化碳、液化甲烷、液化乙烷、液化丙烷、液化正丁烷、液化异丁烷、甲醇、乙醇、乙醚和丙酮中的一种以上；
所述完全浸没是指液体液面高度大于等于富氨基类石墨氮化碳的高度；
T2-T1为+50～+300℃或P2-P1为-0.5～-0.2MPa；
所述富氨基类石墨氮化碳纳米片的产率为15～30％。
5.据权利要求1所述的一种杂化改性三聚氰胺盐，其特征在于，所述三聚氰胺盐为三聚氰胺磷酸盐、三聚氰胺焦磷酸盐、三聚氰胺聚磷酸盐和三聚氰胺氰尿酸盐中的一种以上。
6.制备如权利要求1～5任一项所述的一种杂化改性三聚氰胺盐的方法，其特征是：具体步骤如下：
1)将三聚氰胺盐溶解在溶剂中，加入富氨基类石墨氮化碳纳米片，在30～150℃下反应0.5～4小时；
2)待反应完后，过滤、干燥、粉碎即得所述杂化改性三聚氰胺盐。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述溶剂为水、C1-C6的脂肪醇、丙酮、乙酸、乙二醇、甘油、二氧六环、四氢呋喃、吡啶和乙腈中的一种以上。
8.如权利要求1～5任一项所述的一种杂化改性含三聚氰胺盐的应用，其特征是：将所述杂化改性三聚氰胺盐与高分子材料熔融共混后注塑成型，制得阻燃高分子材料。
9.根据权利要求8所述的一种杂化改性三聚氰胺盐的应用，其特征在于，所述阻燃高分子材料燃烧时，杂化改性三聚氰胺盐中包含的富氨基类石墨氮化碳纳米片会在聚合物表面析出，残碳量相较所述高分子材料提高了10％以上，烟密度、总释热量、释热率相较所述高分子材料下降了15～30％。
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