CN103012953B - 一种阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料及其制备方法 - Google Patents

一种阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103012953B
CN103012953B CN201210429365.7A CN201210429365A CN103012953B CN 103012953 B CN103012953 B CN 103012953B CN 201210429365 A CN201210429365 A CN 201210429365A CN 103012953 B CN103012953 B CN 103012953B
Authority
CN
China
Prior art keywords
polypropylene
graphene
flame
weight percentage
carbon nanotube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CN201210429365.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103012953A (zh
Inventor
黄国波
杨健国
梁华定
葛昌华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shantou Jingwei Plastic Industry Co., Ltd.
Original Assignee
Taizhou University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Taizhou University filed Critical Taizhou University
Priority to CN201210429365.7A priority Critical patent/CN103012953B/zh
Publication of CN103012953A publication Critical patent/CN103012953A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103012953B publication Critical patent/CN103012953B/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Compositions Of Macromolecular Compounds (AREA)

Abstract

本发明公开了一种阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料及其制备方法。所述的阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料，其组成中含有膨胀型阻燃剂、石墨烯和碳纳米管。它通过如下方法制备：石墨烯、碳纳米管和聚丙烯首先通过溶液混合方法得到含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料，然后膨胀型阻燃剂、含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料以及聚丙烯通过熔融共混方法得到所述的阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料。本发明利用膨胀型阻燃剂、石墨烯和碳纳米管三者协同阻燃作用，提高了对高分子材料的阻燃效果，减少了阻燃剂在高分子材料的使用量，降低阻燃材料的成本。

Description

一种阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及阻燃高分子材料及其制备方法，具体涉及一种阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料及其制备方法。
背景技术
1976年，Fujiwara等首次提出尼龙6/粘土纳米复合材料具有阻燃性能，此后阻燃聚合物/纳米复合材料的制备与研究日趋活跃。随着纳米技术和纳米复合材料研究的深入，聚合物纳米复合材料的阻燃性能引起了广泛的关注。作为一种新型的“绿色环保”阻燃材料，与传统填充聚合物相比，具有用量少、成本低、阻燃效能高、发烟量少等优点，因此该类阻燃材料受到了人们广泛重视。目前国内外对于聚合物纳米复合材料阻燃性能的研究较多，常用的纳米颗粒主要有层状硅酸盐(如蒙脱土、粘土)、层状氢氧化物、碳纳米材料(如富勒烯、碳纳米管)等。作为一种二维片层结构碳纳米材料，石墨烯具有阻隔作用使之在阻燃改性聚合物方面占有很大的优势。为了进一步提高聚合物纳米复合材料的阻燃性能，纳米颗粒与膨胀型阻燃剂复配应用于阻燃高分子材料的制备。例如纳米颗粒与膨胀型阻燃剂(如聚磷酸铵、三聚氰胺等)共同改性聚丙烯、尼龙6、不饱和聚酯、环氧树脂等，发现在聚合物纳米复合材料中添加膨胀型阻燃剂在不降低阻燃级别的情况下，阻燃剂的用量(与纯高聚物相比)明显减少，可见膨胀型阻燃剂和纳米颗粒具有协同阻燃作用。阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料为解决上述阻燃改性高分子材料存在的问题提供了一种新的途径。
发明内容
本发明要解决的首要技术问题在于提供一种具有阻燃性的聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料。
发明所述的阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料，其组成中含有膨胀型阻燃剂、石墨烯和碳纳米管。
所述的阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料，其组成中膨胀型阻燃剂含有季戊四醇、聚磷酸、聚磷酸铵、聚磷酸三聚氰胺和三聚氰胺。
本发明要解决的第二个技术问题在于提供一种上述阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料的制备方法。
所述的阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)石墨烯、碳纳米管和聚丙烯通过溶液混合方法制备含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料。
(2)膨胀型阻燃剂、含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料以及聚丙烯通过熔融共混方法制备阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料。
下面分别对上述步骤(1)～步骤(2)进行详细说明。
本发明步骤(1)所述的制备方法具体可按照如下进行：石墨烯、碳纳米管和聚丙烯，在溶剂存在的条件下，在溶剂的回流温度下搅拌4～8小时，蒸出溶剂后得含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料。
所述的溶剂选自下述之一：甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯。所述溶剂的体积用量以聚丙烯的质量计推荐为20～100ml/g。
所述的含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料，石墨烯在聚丙烯母料中的重量百分含量为10～25，碳纳米管在聚丙烯母料中的重量百分含量为10～25，聚合物基体在聚丙烯母料中的重量百分含量为50～80。
本发明步骤(2)所述的制备方法具体可按照如下进行：所述的含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料、膨胀型阻燃剂和聚丙烯先通过高速分散机预分散，再通过螺杆挤出机于180～230℃温度下挤出造粒，得阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料。
所述的阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料，石墨烯在纳米复合材料中的重量百分含量为0.1～5，碳纳米管在纳米复合材料中的重量百分含量为0.1～5，膨胀型阻燃剂在纳米复合材料中的重量百分含量为5～30，聚合物基体在纳米复合材料中的重量百分含量为60～94.8。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在如下几方面：
本发明所述的阻燃纳米复合材料不含卤素、阻燃效果好、适用范围广、符合环保要求；该阻燃纳米复合材料的制备操作简便，原料易得，易于工业化。该阻燃纳米复合材料主要通过机械共混获得，降低阻燃材料制备成本；本发明所述的阻燃纳米复合材料采用非卤体系，从而减少了材料燃烧过程中的“二次危害”；本发明所述的阻燃纳米复合材料利用膨胀型阻燃剂、石墨烯与碳纳米管三者协同阻燃作用，提高对高分子材料的阻燃效果，减少阻燃剂在高分子材料的使用量，降低阻燃材料的成本。
具体实施方式
以下以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1：含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料的制备
石墨粉末通过改进的Hummer方法制得氧化石墨烯，氧化石墨烯经水合肼还原后制得石墨烯。在装有机械搅拌、温度计、回流冷凝管10L反应釜中，加入50g石墨烯、50g碳纳米管和8L甲苯，搅拌均匀后超声30分钟，再加入400g聚丙烯，升温回流温度搅拌8小时，减压蒸出甲苯得含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料
实施例2
含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料的制备操作同实施例1。溶剂选用邻二甲苯，溶剂的体积用量以聚丙烯的质量计推荐为50ml/g。石墨烯在聚丙烯母料中的重量百分含量为15，碳纳米管在聚丙烯母料中的重量百分含量为20，聚合物基体在聚丙烯母料中的重量百分含量为65。
实施例3
含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料的制备操作同实施例1。溶剂选用间二甲苯，溶剂的体积用量以聚丙烯的质量计推荐为70ml/g。石墨烯在聚丙烯母料中的重量百分含量为20，碳纳米管在聚丙烯母料中的重量百分含量为20，聚合物基体在聚丙烯母料中的重量百分含量为40。
实施例4
含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料的制备操作同实施例1。溶剂选用对二甲苯，溶剂的体积用量以聚丙烯的质量计推荐为100ml/g。石墨烯在聚丙烯母料中的重量百分含量为25，碳纳米管在聚丙烯母料中的重量百分含量为25，聚合物基体在聚丙烯母料中的重量百分含量为50。
实施例5：阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料的制备
含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料的制备操作同实施例1。20g含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料、15g季戊四醇、15g三聚氰胺、20g聚磷酸和930g聚丙烯先通过高速分散机预分散15分钟，再通过螺杆挤出机于180～230℃温度下挤出造粒，得阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料。该材料的极限氧指数为23.2。
实施例6
阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料的制备操作同实施例5。石墨烯在纳米复合材料中的重量百分含量为2，碳纳米管在纳米复合材料中的重量百分含量为1，聚合物基体在纳米复合材料中的重量百分含量为87，膨胀型阻燃剂在纳米复合材料中的重量百分含量为10，其中季戊四醇和聚磷酸三聚氰胺的质量比为3/7。该材料的极限氧指数为25.9。
实施例7
阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料的制备操作同实施例5。石墨烯在纳米复合材料中的重量百分含量为2，碳纳米管在纳米复合材料中的重量百分含量为2，聚合物基体在纳米复合材料中的重量百分含量为81，膨胀型阻燃剂在纳米复合材料中的重量百分含量为15，其中季戊四醇和聚磷酸铵的质量比为5/5。该材料的极限氧指数为29.1。
实施例8
阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料的制备操作同实施例5。石墨烯在纳米复合材料中的重量百分含量为1，碳纳米管在纳米复合材料中的重量百分含量为1，聚合物基体在纳米复合材料中的重量百分含量为80，膨胀型阻燃剂在纳米复合材料中的重量百分含量为18，其中季戊四醇和聚磷酸三聚氰胺的质量比为8/2。该材料的极限氧指数为30.7。
实施例9
阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料的制备操作同实施例5。石墨烯在纳米复合材料中的重量百分含量为5，碳纳米管在纳米复合材料中的重量百分含量为5，聚合物基体在纳米复合材料中的重量百分含量为75，膨胀型阻燃剂在纳米复合材料中的重量百分含量为15，其中季戊四醇、三聚氰胺和聚磷酸的质量比为3/3/4。该材料的极限氧指数为34.5。
实施例10
阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料的制备操作同实施例5。石墨烯在纳米复合材料中的重量百分含量为5，碳纳米管在纳米复合材料中的重量百分含量为5，聚合物基体在纳米复合材料中的重量百分含量为60，膨胀型阻燃剂在纳米复合材料中的重量百分含量为30，其中季戊四醇、三聚氰胺和聚磷酸的质量比为4/3/3。该材料的极限氧指数为39.6。
实施例11
阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料的制备操作同实施例5。石墨烯在纳米复合材料中的重量百分含量为2.5，碳纳米管在纳米复合材料中的重量百分含量为2.5，聚合物基体在纳米复合材料中的重量百分含量为60，膨胀型阻燃剂在纳米复合材料中的重量百分含量为20，其中季戊四醇和聚磷酸铵的质量比为4/6。该材料的极限氧指数为35.3。
实施例12
阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料的制备操作同实施例5。石墨烯在纳米复合材料中的重量百分含量为0.5，碳纳米管在纳米复合材料中的重量百分含量为1.5，聚合物基体在纳米复合材料中的重量百分含量为80，膨胀型阻燃剂在纳米复合材料中的重量百分含量为18，其中季戊四醇和三聚氰胺的质量比为3/7。该材料的极限氧指数为31.4。

Claims (4)

1.一种具有阻燃性的聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料的制备方法，包括如下步骤：
(1)石墨烯、碳纳米管和聚丙烯通过溶液混合方法制备含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料，其中石墨烯在聚丙烯母料中的重量百分含量为10～25，碳纳米管在聚丙烯母料中的重量百分含量为10～25，聚合物基体在聚丙烯母料中的重量百分含量为50～80，
(2)膨胀型阻燃剂、含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料以及聚丙烯通过熔融共混方法制备阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料，其中石墨烯在纳米复合材料中的重量百分含量为0.1～5，碳纳米管在纳米复合材料中的重量百分含量为0.1～5，膨胀型阻燃剂在纳米复合材料中的重量百分含量为5～30，聚合物基体在纳米复合材料中的重量百分含量为60～94.8。
2.如权利要求1所述的具有阻燃性的聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料的制备方法，其特征在于步骤(1)所述的制备方法具体如下：石墨烯、碳纳米管和聚丙烯，在溶剂存在的条件下，在溶剂的回流温度下搅拌4～8小时，蒸出溶剂后得含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料。
3.如权利要求1所述的具有阻燃性的聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料的制备方法，其特征在于所述的溶剂选自甲苯、邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯；所述溶剂的体积用量以聚丙烯的质量计为20～100ml/g。
4.如权利要求1所述的具有阻燃性的聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料的制备方法，其特征在于步骤(2)所述的制备方法具体如下：所述的含石墨烯和碳纳米管聚丙烯母料、膨胀型阻燃剂和聚丙烯先通过高速分散机预分散，再通过螺杆挤出机于180～230℃温度下挤出造粒，得阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料。
CN201210429365.7A 2012-10-23 2012-10-23 一种阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料及其制备方法 Expired - Fee Related CN103012953B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210429365.7A CN103012953B (zh) 2012-10-23 2012-10-23 一种阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201210429365.7A CN103012953B (zh) 2012-10-23 2012-10-23 一种阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103012953A CN103012953A (zh) 2013-04-03
CN103012953B true CN103012953B (zh) 2015-06-17

Family

ID=47962087

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201210429365.7A Expired - Fee Related CN103012953B (zh) 2012-10-23 2012-10-23 一种阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103012953B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110421776A (zh) * 2019-08-29 2019-11-08 西华大学 一种多尺度层状阻燃材料及其制备方法

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103205058A (zh) * 2013-04-08 2013-07-17 北京航天凯恩化工科技有限公司 一种石墨烯改性的阻燃聚丙烯材料及其制备方法
CN103275395A (zh) * 2013-06-05 2013-09-04 南京骏涛化工科技有限公司 一种具有抗静电功能的石墨烯阻燃剂及其制备方法
CN103342903B (zh) * 2013-07-05 2015-02-25 南京理工大学 热稳定性增强的三聚氰胺共价功能化石墨烯基纳米杂化材料
CN104140588A (zh) * 2014-06-10 2014-11-12 东莞上海大学纳米技术研究院 一种多组分无卤阻燃母粒及制备方法
CN105273727A (zh) * 2015-11-25 2016-01-27 北京旭碳新材料科技有限公司 用于阻燃复合材料的组合物和氧化石墨烯阻燃薄膜及其制备方法和应用
CN107383599A (zh) * 2017-07-28 2017-11-24 江苏长海复合材料股份有限公司 一种环保阻燃型聚丙烯材料及其制备方法
CN108373559A (zh) * 2018-02-02 2018-08-07 桂林理工大学 一种石墨烯/碳纳米管协同增强聚乙烯管及其制备方法
CN108410066B (zh) * 2018-04-13 2020-07-17 西南交通大学 一种SiO2纳米粒子改性可膨胀石墨及阻燃聚丙烯的制备方法
CN109054151B (zh) * 2018-07-11 2021-04-02 河南科技大学 一种聚烯烃阻燃复合材料及其制备方法
CN111703099B (zh) * 2020-06-27 2022-04-19 宁波故乡行雨具有限公司 一种喷农药用防护衣的制备方法
CN115651307A (zh) * 2022-09-07 2023-01-31 深圳力越新材料有限公司 一种聚丙烯复合材料及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2266786A1 (de) * 2009-06-23 2010-12-29 GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH Herstellung von Verbundwerkstoffen aus Nanokompositen
CN101993065A (zh) * 2010-12-17 2011-03-30 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种制备石墨烯粉体的方法
CN102076750A (zh) * 2008-06-30 2011-05-25 陶氏环球技术公司 含有膨胀石墨烯的聚合物复合材料

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102076750A (zh) * 2008-06-30 2011-05-25 陶氏环球技术公司 含有膨胀石墨烯的聚合物复合材料
EP2266786A1 (de) * 2009-06-23 2010-12-29 GKSS-Forschungszentrum Geesthacht GmbH Herstellung von Verbundwerkstoffen aus Nanokompositen
CN101993065A (zh) * 2010-12-17 2011-03-30 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种制备石墨烯粉体的方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"多壁碳纳米管对聚丙烯膨胀阻燃体系阻燃性能的影响";辛菲 等;《塑料》;20120818;第41卷(第4期);第64-68,97页 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110421776A (zh) * 2019-08-29 2019-11-08 西华大学 一种多尺度层状阻燃材料及其制备方法
CN110421776B (zh) * 2019-08-29 2022-02-15 西华大学 一种多尺度层状阻燃材料及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN103012953A (zh) 2013-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103012953B (zh) 一种阻燃聚丙烯/石墨烯/碳纳米管纳米复合材料及其制备方法
Wang et al. Constructing hierarchical structure based on LDH anchored boron-doped g-C3N4 assembled with MnO2 nanosheets towards reducing toxicants generation and fire hazard of epoxy resin
Liu et al. The synergistic effect of layered double hydroxides with other flame retardant additives for polymer nanocomposites: a critical review
Song et al. Preparation and characterization of flame retardant form-stable phase change materials composed by EPDM, paraffin and nano magnesium hydroxide
Pan et al. Highly thermally conductive 3D BN/MWCNTs/C spatial network composites with improved electrically insulating and flame retardancy prepared by biological template assisted method
Jian et al. Rationally designed zinc borate@ ZIF-8 core-shell nanorods for curing epoxy resins along with low flammability and high mechanical property
CN103073749B (zh) 含dopo和层离石墨烯的纳米复合阻燃剂的制备方法与应用
Wang et al. Controllable fabrication of zinc borate hierarchical nanostructure on brucite surface for enhanced mechanical properties and flame retardant behaviors
CN103232631B (zh) 一种无卤低烟阻燃电缆护套料及其制备方法
CN104371144A (zh) 一种水滑石负载石墨烯阻燃剂及其应用
CN102585348A (zh) 一种增韧导电材料及其制备方法
CN101944594B (zh) 一种高性能锂离子电池用硅酸亚铁锂正极材料及其制备方法
CN102862976A (zh) 一种功能化石墨烯及其复合材料的制备方法
CN102491395A (zh) 一种纳米碳酸钙的制备方法
Lin et al. Thermal properties and characterization of palmitic acid/nano silicon dioxide/graphene nanoplatelet for thermal energy storage
CN101838433A (zh) 一种聚羧酸系复合型陶瓷减水剂的制备方法
CN101760011B (zh) 一种尼龙6/氧化石墨纳米复合材料的制备方法
CN103275387A (zh) 纳米三氧化二锑母粒及其制备方法和在无卤协同阻燃塑料的应用
CN105037804A (zh) 一种核壳协效型硅镁复合阻燃剂的制备方法
Lu et al. Nanoreinforcements of two‐dimensional nanomaterials for flame retardant polymeric composites: an overview
Qiu et al. A simple and universal strategy for construction and application of silica-based flame-retardant nanostructure
Zhuang et al. Preparation and characterisation of phenolic foam/HTAB-ATP nanocomposites
CN103896985A (zh) 六氯环三磷腈的合成方法与合成装置，以及三联苯基环磷腈的制备方法
JP2012111657A (ja) 窒化ホウ素粉末、その製造方法、それを含有してなる組成物及び放熱材
Shamsaei et al. Graphene oxide-based mesoporous calcium silicate hydrate sandwich-like structure: synthesis and application for thermal energy storage

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C41 Transfer of patent application or patent right or utility model
CB03 Change of inventor or designer information

Inventor after: Li Shaobo

Inventor before: Huang Guobo

Inventor before: Yang Jianguo

Inventor before: Liang Huading

Inventor before: Ge Changhua

COR Change of bibliographic data
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20161009

Address after: 515139 Narita digital notation Industrial Zone, Chaonan District, Guangdong, Shantou

Patentee after: Shantou Jingwei Plastic Industry Co., Ltd.

Address before: 318001, 1139 City Avenue, Taizhou, Zhejiang

Patentee before: Taizhou University

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20150617

Termination date: 20191023

CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee