CN106046734A - 一种阻燃石墨烯导电材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阻燃石墨烯导电材料，它是由下述重量份的原料组成的：2‑硫醇基苯骈咪唑0.1‑0.2、棕榈蜡3‑4、氯化‑1‑烯丙基‑3‑甲基咪唑1‑2、磷酸1.7‑2、氢氧化锂2‑3、硫酸亚铁0.8‑1、葡萄糖0.1‑0.2、乙炔炭黑6‑7、不饱和聚酯树脂81‑90、N，N‑二甲基甲酰胺600‑700、氧化石墨烯27‑30、水合肼26‑30、硫酸铝铵0.5‑1、壬二酸二辛酯3‑4、木糖醇4‑5、烷醇酰胺0.6‑1、羟基锡酸锌3‑4、十溴联苯醚1‑2、滑石粉3‑5、烷基苯磺酸钠1‑2。本发明的氯化改性石墨烯具有良好的电导率，与乙炔炭黑共混，可以很好的分散在不饱和聚酯树脂中，形成具有高导电性能的复合材料。

Description

一种阻燃石墨烯导电材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及石墨烯材料技术领域，尤其涉及一种阻燃石墨烯导电材料及其制备方法。
背景技术
石墨烯特殊的结构赋予了它诸多优异的性能，应用前景广泛。然而，也正是由于石墨烯结构上每个碳原子都以sp2杂化的方式结合在一起构成二维平面上一个大的共轭π键，而两个大的共轭π键之间会产生π-π相互作用，同时，石墨烯拥有超高的比表面积，相互之间极易团聚，很难均匀分散在溶剂和介质中，这导致石墨烯的应用受到很大的限制。因此，找到有效制备可分散性石墨烯材料的方法是解决石墨烯应用的一个重要方向。通过在石墨烯的缺陷边缘及片层表面引入一些特定的官能团使其功能化，不仅可以赋予石墨烯材料特殊的功能，更重要的是这些特殊功能化基团的引入可以大大提高石墨烯的均匀分散性，降低他们之间的团聚；
目前石墨烯材料除了在电子元器件方面表现出优异的电性能外，另外一个重要用途是制备高性能的纳米复合材料，但是由于石墨烯的化学结构非常稳定，层与层之间具有非常强烈的范德华力，极易团聚，使得石墨烯在绝大多数溶剂和基体中难以分散，大大地限制了石墨烯的应用。
发明内容
本发明目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种阻燃石墨烯导电材料及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
一种阻燃石墨烯导电材料，它是由下述重量份的原料组成的：
2-硫醇基苯骈咪唑0.1-0.2、棕榈蜡3-4、氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑1-2、磷酸1.7-2、氢氧化锂2-3、硫酸亚铁0.8-1、葡萄糖0.1-0.2、乙炔炭黑6-7、不饱和聚酯树脂81-90、N，N-二甲基甲酰胺600-700、氧化石墨烯27-30、水合肼26-30、硫酸铝铵0.5-1、壬二酸二辛酯3-4、木糖醇4-5、烷醇酰胺0.6-1、羟基锡酸锌3-4、十溴联苯醚1-2、滑石粉3-5、烷基苯磺酸钠1-2。
一种所述的多孔石墨烯导电材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述烷基苯磺酸钠、硫酸铝铵混合，加入混合料重量17-20倍的去离子水中，搅拌均匀，得水分散液；
(2)取上述氧化石墨烯重量的30-35％，加入到其重量100-110倍的去离子水中，加入上述磷酸，搅拌均匀，加入上述氢氧化锂，搅拌混合30-40分钟，通入氮气，依次加入上述硫酸亚铁、葡萄糖，搅拌均匀，送入到反应釜中，在200-210℃下保温反应10-11小时，出料，将沉淀依次用去离子水、无水乙醇洗涤2-3次，在60-65℃下真空干燥10-12小时，得改性石墨烯；
(3)将上述2-硫醇基苯骈咪唑加入到其重量7-10倍的无水乙醇中，升高温度为78-80℃，加入棕榈蜡，保温搅拌20-30分钟，加入上述羟基锡酸锌，搅拌至常温，得阻燃醇液；
(4)将上述氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑、十溴联苯醚混合，加入到上述N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，得酰胺溶液；
(5)将上述改性石墨烯与剩余的氧化石墨烯混合，加入到混合料重量100-120倍的去离子水中，加入上述水分散液，超声分散4.6-5分钟，滴加6-10moL/l的氢氧化钠，调节pH为11-12，加入上述酰胺溶液，搅拌均匀，加入上述水合肼，在76-80℃下保温搅拌20-25小时，加入上述阻燃醇液，200-300转/分搅拌10-15分钟，出料冷却，过滤，将沉淀用去离子水、无水乙醇依次洗涤2-3次，在80-86℃下干燥1-2小时，得氯化改性石墨烯；
(6)将上述木糖醇加入到其重量57-60倍的去离子水中，搅拌均匀，加入烷醇酰胺、十溴联苯醚、滑石粉，搅拌均匀，加入上述氯化改性石墨烯，升高温度为60-67℃，超声5-7分钟，过滤，将沉淀水洗2-3次，在60-70℃下真空干燥30-40分钟，得阻燃改性石墨烯；
(7)将上述阻燃改性石墨烯与剩余各原料混合，送入挤出机，熔融挤出，冷却成型，即得所述导电材料。
本发明的优点是：本发明采用氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑与氧化石墨烯在水合肼存在的条件下，同步还原改性制备了氯化改性石墨烯，氯化改性石墨烯之间可以产生π-π和阳离子-π的相互作用而不会团聚，不仅具有良好的可再分散性，还保持了石墨烯优异的性能，该氯化改性石墨烯具有良好的电导率，与乙炔炭黑共混，可以很好的分散在不饱和聚酯树脂中，形成具有高导电性能的复合材料。本发明加入了羟基锡酸锌、十溴联苯醚、滑石粉等，有效的提高了成品材料的阻燃防火性能，提高了安全性。
具体实施方式
一种阻燃石墨烯导电材料，它是由下述重量份的原料组成的：
2-硫醇基苯骈咪唑0.1、棕榈蜡3、氯化烯丙基甲基咪唑1、磷酸1.7、氢氧化锂2、硫酸亚铁0.8、葡萄糖0.1、乙炔炭黑6、不饱和聚酯树脂81、N，N二甲基甲酰胺600、氧化石墨烯27、水合肼26、硫酸铝铵0.5、壬二酸二辛酯3、木糖醇4、烷醇酰胺0.6、羟基锡酸锌3、十溴联苯醚1、滑石粉3、烷基苯磺酸钠1。
一种所述的多孔石墨烯导电材料的制备方法，包括以下步骤：
(1)将上述烷基苯磺酸钠、硫酸铝铵混合，加入混合料重量17倍的去离子水中，搅拌均匀，得水分散液；
(2)取上述氧化石墨烯重量的30％，加入到其重量100倍的去离子水中，加入上述磷酸，搅拌均匀，加入上述氢氧化锂，搅拌混合30分钟，通入氮气，依次加入上述硫酸亚铁、葡萄糖，搅拌均匀，送入到反应釜中，在200℃下保温反应10小时，出料，将沉淀依次用去离子水、无水乙醇洗涤2次，在60℃下真空干燥10小时，得改性石墨烯；
(3)将上述2硫醇基苯骈咪唑加入到其重量7倍的无水乙醇中，升高温度为78℃，加入棕榈蜡，保温搅拌20分钟，加入上述羟基锡酸锌，搅拌至常温，得阻燃醇液；
(4)将上述氯化烯丙基甲基咪唑、十溴联苯醚混合，加入到上述N，N二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，得酰胺溶液；
(5)将上述改性石墨烯与剩余的氧化石墨烯混合，加入到混合料重量100倍的去离子水中，加入上述水分散液，超声分散4.6分钟，滴加6moL/l的氢氧化钠，调节pH为11，加入上述酰胺溶液，搅拌均匀，加入上述水合肼，在76℃下保温搅拌20小时，加入上述阻燃醇液，200转/分搅拌10分钟，出料冷却，过滤，将沉淀用去离子水、无水乙醇依次洗涤2次，在80℃下干燥1小时，得氯化改性石墨烯；
(6)将上述木糖醇加入到其重量57倍的去离子水中，搅拌均匀，加入烷醇酰胺、十溴联苯醚、滑石粉，搅拌均匀，加入上述氯化改性石墨烯，升高温度为60℃，超声5分钟，过滤，将沉淀水洗2次，在60℃下真空干燥30分钟，得阻燃改性石墨烯；
(7)将上述阻燃改性石墨烯与剩余各原料混合，送入挤出机，熔融挤出，冷却成型，即得所述导电材料。
本发明的氯化改性石墨烯的导电率为：1.25×102S/m。

Claims (2)

1.一种阻燃石墨烯导电材料，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：
2-硫醇基苯骈咪唑0.1-0.2、棕榈蜡3-4、氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑1-2、磷酸1.7-2、氢氧化锂2-3、硫酸亚铁0.8-1、葡萄糖0.1-0.2、乙炔炭黑6-7、不饱和聚酯树脂81-90、N，N-二甲基甲酰胺600-700、氧化石墨烯27-30、水合肼26-30、硫酸铝铵0.5-1、壬二酸二辛酯3-4、木糖醇4-5、烷醇酰胺0.6-1、羟基锡酸锌3-4、十溴联苯醚1-2、滑石粉3-5、烷基苯磺酸钠1-2。
2.一种如权利要求1所述的多孔石墨烯导电材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将上述烷基苯磺酸钠、硫酸铝铵混合，加入混合料重量17-20倍的去离子水中，搅拌均匀，得水分散液；
(2)取上述氧化石墨烯重量的30-35％，加入到其重量100-110倍的去离子水中，加入上述磷酸，搅拌均匀，加入上述氢氧化锂，搅拌混合30-40分钟，通入氮气，依次加入上述硫酸亚铁、葡萄糖，搅拌均匀，送入到反应釜中，在200-210℃下保温反应10-11小时，出料，将沉淀依次用去离子水、无水乙醇洗涤2-3次，在60-65℃下真空干燥10-12小时，得改性石墨烯；
(3)将上述2-硫醇基苯骈咪唑加入到其重量7-10倍的无水乙醇中，升高温度为78-80℃，加入棕榈蜡，保温搅拌20-30分钟，加入上述羟基锡酸锌，搅拌至常温，得阻燃醇液；
(4)将上述氯化-1-烯丙基-3-甲基咪唑、十溴联苯醚混合，加入到上述N，N-二甲基甲酰胺中，搅拌均匀，得酰胺溶液；
(5)将上述改性石墨烯与剩余的氧化石墨烯混合，加入到混合料重量100-120倍的去离子水中，加入上述水分散液，超声分散4.6-5分钟，滴加6-10moL/l的氢氧化钠，调节pH为11-12，加入上述酰胺溶液，搅拌均匀，加入上述水合肼，在76-80℃下保温搅拌20-25小时，加入上述阻燃醇液，200-300转/分搅拌10-15分钟，出料冷却，过滤，将沉淀用去离子水、无水乙醇依次洗涤2-3次，在80-86℃下干燥1-2小时，得氯化改性石墨烯；
(6)将上述木糖醇加入到其重量57-60倍的去离子水中，搅拌均匀，加入烷醇酰胺、十溴联苯醚、滑石粉，搅拌均匀，加入上述氯化改性石墨烯，升高温度为60-67℃，超声5-7分钟，过滤，将沉淀水洗2-3次，在60-70℃下真空干燥30-40分钟，得阻燃改性石墨烯；
(7)将上述阻燃改性石墨烯与剩余各原料混合，送入挤出机，熔融挤出，冷却成型，即得所述导电材料。
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