CN104371144A - 一种水滑石负载石墨烯阻燃剂及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种水滑石负载石墨烯阻燃剂及其应用。所述的水滑石负载石墨烯阻燃剂，其组成中含有水滑石和石墨烯，水滑石负载在石墨烯表面。它通过如下方法制备：氧化石墨烯分散液和硝酸盐混合溶液混合，加入碱性水溶液和还原剂，通过共沉淀法制备水滑石负载石墨烯阻燃剂。本发明利用水滑石和石墨烯两者协同阻燃作用，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
技术领域
本发明涉及改性石墨烯阻燃剂及其制备方法，具体涉及水滑石负载石墨烯阻燃剂及其阻燃改性聚合物中的应用。
背景技术
石墨烯是一种由碳原子构成的单层片状结构的新型的碳基纳米材料。是一种由碳原子以sp2杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一个碳原子厚度的二维材料。石墨烯具有优异的机械性能、热性能、电化学性能等。在聚合物中添加适量石墨烯，可以明显提高聚合物的阻燃性能，因此，在高分子阻燃材料应用领域具有十分广阔的发展前景。在聚合物燃烧过程中，石墨烯通过自身稳定的片状网络结构对聚合物基体材料起到很好的保护作用，石墨烯促使聚合物表面均匀、致密的炭层形成，而该炭层可以有效阻止高分子材料的热分解产物进入火焰区，并阻止外面的氧气进入聚合物基体中，起到隔离热源与火源的作用，发挥优越的阻燃效果。石墨烯与其它阻燃剂复配使用，发挥对聚合物的协同阻燃效应，进一步提高聚合物的阻燃性能。例如石墨烯与膨胀型阻燃剂(如聚磷酸铵、三聚氰胺等)共同改性聚丙烯、有机玻璃(PMMA)、热塑弹性体(SBS、EVA)、聚乙烯醇等，发现在聚合物/石墨烯复合材料中添加膨胀型阻燃剂在不降低阻燃性能的情况下，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石墨烯具有协同阻燃作用。石墨烯还可以与纳米粘土、水滑石、碳纳米管复配共同阻燃改性聚合物，为阻燃改性高分子材料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水滑石负载石墨烯。
发明所述的水滑石负载石墨烯阻燃剂，其组成中含有水滑石和石墨烯，水滑石负载在石墨烯表面。
所述的水滑石负载石墨烯阻燃剂，其组成中水滑石种类为镁铝型、镍铝型、锌铝型。
本发明要解决的第二个技术问题在于提供一种上述水滑石负载石墨烯阻燃剂的制备方法。
所述的水滑石负载石墨烯阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：
氧化石墨烯分散液和硝酸盐混合溶液混合，加入碱性水溶液和还原剂，通过共沉淀法制备水滑石负载石墨烯阻燃剂。
下面分别对上述步骤进行详细说明。
本发明步骤所述的制备方法具体可按照如下进行：氧化石墨烯分散液与按一定摩尔比配置的两种硝酸盐混合溶液混合后，在40～90℃滴加碱性水溶液和还原剂水溶液，反应并搅拌4～8小时，过滤、干燥制得水滑石负载石墨烯。
所述硝酸盐混合溶液选自下述之一：硝酸镁与硝酸铝混合液、硝酸镁与硝酸镍混合液、硝酸镁与硝酸锌混合液，所述硝酸盐与硝酸镁的摩尔比推荐为1～5∶1。
所述的碱性水溶液为氢氧化钠水溶液、碳酸钠水溶液、氨水，所述的还原剂水溶液为水合肼。
与现有技术相比，本发明的有益效果体现在如下几方面：
本发明所述的水滑石负载石墨烯阻燃剂不含卤素、阻燃效果好、适用范围广、符合环保要求；该水滑石负载石墨烯阻燃剂的制备操作简便，原料易得，易于工业化。该水滑石负载石墨烯阻燃剂通过共沉淀法获得，降低合成成本；本发明所述的水滑石负载石墨烯阻燃剂采用非卤体系，从而减少了所制备的阻燃材料燃烧过程中的“二次危害”；本发明所述的水滑石负载石墨烯阻燃剂利用石墨烯与水滑石两者协同阻燃作用，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，降低阻燃材料的制造成本。
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
石墨粉末通过改进的Hummer方法制得氧化石墨烯，1g氧化石墨烯加入到100mL蒸馏水中超声分散半小时制得氧化石墨烯分散液。配置1mol/L硝酸镁、硝酸铝、硝酸镍、硝酸锌溶液，100mL硝酸镁和100mL硝酸铝溶液混合加入到装有机械搅拌、温度计、回流冷凝管500mL四口烧瓶中，加入100mL氧化石墨烯分散液，搅拌分散均匀后升温至80℃，滴加1mol/L氢氧化钠溶液，混合物的pH维持在9-10，再滴加0.8mL浓度为28％的水合肼，80℃温度条件下反应4小时，过滤干燥后得到水滑石负载石墨烯阻燃剂。
实施例2
含水滑石负载石墨烯阻燃剂的制备操作同实施例1。硝酸盐混合溶液选自硝酸镁与硝酸镍混合液，硝酸镍与硝酸镁的摩尔比为3∶1，碱性溶液为碳酸钠水溶液，反应温度为60℃，反应时间6小时。
实施例3
含水滑石负载石墨烯阻燃剂的制备操作同实施例1。硝酸盐混合溶液选自硝酸镁与硝酸锌混合液，硝酸镍与硝酸镁的摩尔比为5∶1，碱性溶液为氨水，反应温度为40℃，反应时间8小时。
实施例4
含水滑石负载石墨烯阻燃剂的制备操作同实施例1。硝酸盐混合溶液选自硝酸镁与硝酸锌混合液，硝酸铝与硝酸镁的摩尔比为4∶1，碱性溶液为氢氧化钠溶液，反应温度为50℃，反应时间7小时。
实施例5
含水滑石负载石墨烯阻燃剂的制备操作同实施例1。硝酸盐混合溶液选自硝酸镁与硝酸锌混合液，硝酸镍与硝酸镁的摩尔比为2∶1，碱性溶液为碳酸钠溶液，反应温度为90℃，反应时间4小时。
实施例6：水滑石负载石墨烯阻燃剂的应用
水滑石负载石墨烯阻燃剂的制备操作同实施例1。10g水滑石负载石墨烯阻燃剂和990g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，得聚丙烯/水滑石负载石墨烯复合材料。该材料的极限氧指数为22.7。
实施例7
聚丙烯/水滑石负载石墨烯复合材料的制备操作同实施例6。水滑石负载石墨烯阻燃剂在复合材料中的质量百分含量为5％。该材料的极限氧指数为26.2。
实施例8
聚丙烯/水滑石负载石墨烯复合材料的制备操作同实施例6。水滑石负载石墨烯阻燃剂在复合材料中的质量百分含量为7％。该材料的极限氧指数为27.8。
实施例9
聚丙烯/水滑石负载石墨烯复合材料的制备操作同实施例6。水滑石负载石墨烯阻燃剂在复合材料中的质量百分含量为10％。该材料的极限氧指数为28.6。
Claims (6)
1.一种水滑石负载石墨烯阻燃剂，其组成中含有水滑石和石墨烯，水滑石负载在石墨烯表面。
2.如权利要求1所述的水滑石负载石墨烯阻燃剂，其组成中水滑石种类为镁铝型、镍铝型、锌铝型。
3.如权利要求1所述的水滑石负载石墨烯阻燃剂的制备方法，包括如下步骤：氧化石墨烯分散液和硝酸盐混合溶液混合，加入碱性水溶液和还原剂，通过共沉淀法制备水滑石负载石墨烯阻燃剂。
4.如权利要求3所述的水滑石负载石墨烯阻燃剂的制备方法，其特征在于步骤所述的制备方法具体如下：氧化石墨烯分散液与按一定摩尔比配置的两种硝酸盐混合溶液混合后，在40～90℃滴加碱性水溶液和还原剂水溶液，反应并搅拌4～8小时，过滤、干燥制得水滑石负载石墨烯阻燃剂。
5.如权利要求4所述的水滑石负载石墨烯阻燃剂的制备方法，其特征在于所述硝酸盐混合溶液选自下述之一：硝酸镁与硝酸铝混合液、硝酸镁与硝酸镍混合液、硝酸镁与硝酸锌混合液，所述硝酸盐与硝酸镁的摩尔比推荐为1～5∶1。
6.如权利要求4所述的水滑石负载石墨烯阻燃剂的制备方法，其特征在于所述的碱性水溶液为氢氧化钠水溶液、碳酸钠水溶液、氨水，所述的还原剂水溶液为水合肼。
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