CN112920360A - 一种掺杂石墨烯的阻燃材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种掺杂石墨烯的阻燃材料及其制备方法，包括以下重量份原料：聚醚多元醇40‑60份、异氰酸酯100‑130份、阻燃剂30‑50份、催化剂0.2‑1份、扩链剂5‑10份、石墨烯填料2‑8份、稳定剂1‑5份和去离子水2‑5份；由以下步骤制成：步骤S1、干燥处理聚醚多元醇和异氰酸酯；步骤S2、将聚醚多元醇、阻燃剂、催化剂、扩链剂、石墨烯填料、稳定剂和去离子水混合分散均匀成混合物；步骤S3、将异氰酸酯与混合物反应，制得掺杂石墨烯的阻燃材料；本发明制备的阻燃材料阻燃性能优异，同时具有较好的力学性能和较低的导热系数，具有较高的实用价值，值得推广。

Description

一种掺杂石墨烯的阻燃材料及其制备方法
技术领域
本发明属于阻燃材料技术领域，具体地，涉及一种掺杂石墨烯的阻燃材料及其制备方法。
背景技术
阻燃剂是增强易燃聚合物阻燃性能的功能性助剂，可以分为添加型阻燃剂和反应型阻燃剂，添加型阻燃剂是通过机械混合方法加入到材料中，主要有无机阻燃剂如三氧化二锑、氢氧化铝，石墨烯等阻燃剂，有机阻燃剂如卤系阻燃剂、磷氮类阻燃剂等，反应型阻燃剂则作为一种单体参加聚合反应，进入有机聚合物材料中，使聚合物材料本身含有阻燃成分，对聚合物材料使用性能影响较小，并且阻燃性持久等优点。
单质磷具有高效、无卤、低毒等优点，但目前使用较多的红磷由于难于纳米化，存在与高分子相容性差、易析出等缺点。黑磷是近年兴起的一种层状材料，容易被剥离为有直接带隙的二维结构的黑磷烯。
聚氨酯属于多孔高分子化合物，具有隔音隔热、防震防毒、耐腐蚀等性能，分为聚酯型聚氨酯和聚醚型聚氨酯两大类，主要应用于有聚氨酯塑料、聚氨酯纤维、聚氨酯弹性体、聚氨酯涂料等产品，具有化学性能稳定、力学性能良好、以及优异的回弹性，可以用作包装材料、隔音材料、过滤材料等，同时在建筑、航空工业、保温隔热的结构材料中也具有重要的应用，广泛应用于家居领域、日用品领域、建筑领域和交通领域等，但是聚氨酯的阻燃性能较差，并且在燃烧过程中的成炭率较低，很难抑制材料燃烧过程，限制了聚氨酯材料的使用范围，而传统的阻燃型聚氨酯是加入添加型阻燃剂，来赋予聚氨酯材料阻燃性能，但是添加型阻燃剂会影响聚氨酯材料的力学性能和使用性能。
发明内容
本发明的目的在于提供一种掺杂石墨烯的阻燃材料及其制备方法。
本发明要解决的技术问题：如何制备一种阻燃性能优异的阻燃材料。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种掺杂石墨烯的阻燃材料，包括以下重量份原料：聚醚多元醇40-60份、异氰酸酯100-130份、阻燃剂30-50份、催化剂0.2-1份、扩链剂5-10份、石墨烯填料2-8份、稳定剂1-5份和去离子水2-5份；
该种掺杂石墨烯的阻燃材料由以下步骤制成：
步骤S1：将配方重量份的聚醚多元醇置于真空干燥箱中，在温度为80-100℃的条件下烘干处理2-5h，得到干燥的聚醚多元醇，将异氰酸酯置于真空干燥箱中，在温度为60-80℃的条件下烘干处理3-6h，得到干燥的异氰酸酯；
步骤S2：将步骤S1得到的干燥的聚醚多元醇、配方重量份的阻燃剂、催化剂、扩链剂、石墨烯填料、稳定剂和去离子水置于混料罐中混合，然后在功率为50-60W、频率为20-21kHz的条件下，进行超声分散处理3-6h，得到分散均匀的混合物；
步骤S3：将步骤S1得到的干燥的异氰酸酯加入到步骤S2得到的混合物中，在室温条件下反应1-3min，然后在氮气气氛保护下，在温度为80-100℃的条件下发泡固化2-6h，取出后在室温条件下熟化处理6-8h，得到掺杂石墨烯的阻燃材料。
进一步，所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，所述扩链剂为1,4-丁二醇，所述稳定剂为二甲基硅油。
进一步，所述阻燃剂由以下步骤制备而成：
步骤A1：向烘干洗净的三口烧瓶中加入乙醇胺，将三口烧瓶置于油浴锅中，设置油浴温度为120-140℃，在转速为200-400r/min条件下搅拌保温20-30min，然后将三嗪醇加入到三口烧瓶中，升高油浴温度至190-210℃，在转速为600-800r/min条件下，边搅拌边冷凝回流反应18-22h；
步骤A2：反应结束后，将反应物自然冷却至室温后，向三口烧瓶中加入体积分数为30％的乙醇水溶液，将三口烧瓶置于水浴锅中，在转速为80-100r/min条件下，冰水浴降温处理30min，使未反应的三嗪醇沉淀析出，过滤除去未反应的三嗪醇沉淀，然后将减压蒸馏蒸至无冷凝水产生，得到阻燃剂，密封保存备用。
进一步，步骤A1中所述乙醇胺与三嗪醇的用量摩尔比为4-6:1；步骤A2中所述反应物与乙醇水溶液的体积比为1:1。
进一步，所述石墨烯填料由以下方法制备得到：
步骤B1：将黑磷烯置于研磨机中，在转速为500-800r/min条件下，氮气气氛保护研磨2h，然后过100-200目筛，得到黑磷烯粉末，将黑磷烯粉末置于三角烧瓶中，然后向烧瓶中加入去离子水，将三角烧瓶置于超声波清洗仪中，在功率为200W、频率为50Hz和冰水浴条件下，超声处理20-24h，得到黑磷烯混合液，将黑磷烯悬液转移至离心管中并将离心管置于离心机中，在转速为3000-5000r/min条件下离心处理20-30min，离心处理后取上层清液，得到黑磷烯悬浮液备用；
步骤B2：将石墨烯置于三角烧瓶中，向三角烧瓶中加入去离子水，将三角瓶置于超声分散仪中，在功率为200W、频率为50Hz和室温条件下，超声处理2h，得到石墨烯混合液，将石墨烯混合液转移至离心管中并将离心管置于离心机中，在转速为3000-4000r/min条件下离心处理10-15min，离心处理后取上清液，得到石墨烯悬浮液备用；
步骤B3：将步骤B1制得的黑磷烯悬浮液加入到步骤B2制得的石墨烯悬浮液中，然后加入十二烷基苯磺酸钠，搅拌溶解后，得到混合分散液，然后将混合分散液加入到高压匀质机的料斗中，在压力为1000-1500MPa条件下，循环匀质处理10-20次，得到黑磷烯/石墨烯复合悬液，将黑磷烯/石墨烯复合悬液抽滤浓缩后，将浓缩液置于真空冷冻干燥机中干燥成复合粉末；
步骤B4：向复合粉末的表面喷洒硅烷偶联剂，喷洒后将复合粉末搅拌均匀，即得到石墨烯填料。
进一步，步骤B1中所述黑磷烯粉末与去离子水的用量比为1mg：1mL；步骤B2中所述石墨烯与去离子水的用量比为1-2mg：1mL；步骤B3中所述黑磷烯悬浮液、石墨烯悬浮液和十二烷基苯磺酸钠的用量比为2mL：2mL：1mg。
进一步，所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷或异氰酸丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种以任意比例混合组成。
一种掺杂石墨烯的阻燃材料的制备方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：将配方重量份的聚醚多元醇置于真空干燥箱中，在温度为80-100℃的条件下烘干处理2-5h，得到干燥的聚醚多元醇，将异氰酸酯置于真空干燥箱中，在温度为60-80℃的条件下烘干处理3-6h，得到干燥的异氰酸酯；
步骤S2：将步骤S1得到的干燥的聚醚多元醇、配方重量份的阻燃剂、催化剂、扩链剂、石墨烯填料、稳定剂和去离子水置于混料罐中混合，然后在功率为50-60W、频率为20-21kHz的条件下，进行超声分散处理3-6h，得到分散均匀的混合物；
步骤S3：将步骤S1得到的干燥的异氰酸酯加入到步骤S2得到的混合物中，在室温条件下反应1-3min，然后在氮气气氛保护下，在温度为80-100℃的条件下发泡固化2-6h，取出后在室温条件下熟化处理6-8h，得到掺杂石墨烯的阻燃材料。
本发明的有益效果：
本发明制备的掺杂石墨烯的阻燃材料具有优良的阻燃性，并且具有较好的力学性能和较低的导热系数；本发明通过以聚醚多元醇、多元醇结构阻燃剂和异氰酸酯为原料，在二月桂酸二丁基锡为催化剂、为1,4-丁二醇为扩链剂、二甲基硅油为稳定剂的条件下，同时掺杂石墨烯填料，经过发泡固化和熟化后制备得到阻燃材料，制备过程简单易操作，且以去离子水为溶剂，环保无污染；
本发明以乙醇胺和三嗪醇为原料，在高温条件下边搅拌边反应，乙醇胺与三嗪醇的三个羟基进行羟胺缩合反应，制得以三嗪环为中心的多元醇结构的阻燃剂，反应过程只生成副产物水，无环境污染问题，再将制得的阻燃剂与聚醚多元醇混合后和异氰酸酯进行聚合反应，得到具有三嗪环结构的阻燃聚氨酯材料，通过三嗪环的引入使得聚氨酯材料更加稳定，且不含有卤素元素，燃烧时无烟无毒，阻燃性能良好，同时阻燃剂的加入可以使聚氨酯材料的发泡尺寸变小，三嗪环的刚性结构使材料的应力分散更加均匀，因此获得了更好的力学性能；
本发明通过液相分离制得纳米级别的黑磷烯片层悬浮液，然后通过液相分离制得石墨烯悬浮液，通过高压匀质机将两种悬浮液进行匀质复合，使P-P键断裂产生P-C键，得到性能稳定的黑磷烯/石墨烯复合悬液，将复合悬液浓缩干燥后，使用硅烷偶联剂进行表面处理，最终得到石墨烯填料，再将石墨烯填料添加到聚氨酯材料中，当阻燃材料置于高温环境中时，一部分黑磷烯会先受热挥发，屏蔽基材与氧气的接触，另一部分留在聚氨酯基材中转化为聚磷酸和磷酐，促进碳层的形成，而石墨烯停留在聚氨酯基材中作为片层结构覆盖在基材表面，起到阻燃作用，黑磷烯和石墨烯具有协同阻燃作用，两者的复合可达到更好的阻燃效果。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
一种掺杂石墨烯的阻燃材料，包括以下重量份原料：聚醚多元醇40份、异氰酸酯100份、阻燃剂30份、催化剂0.2份、扩链剂5份、石墨烯填料2份、稳定剂1份和去离子水2份；
该种掺杂石墨烯的阻燃材料由以下步骤制成：
步骤S1：将配方重量份的聚醚多元醇置于真空干燥箱中，在温度为80℃的条件下烘干处理2h，得到干燥的聚醚多元醇，将异氰酸酯置于真空干燥箱中，在温度为60℃的条件下烘干处理3h，得到干燥的异氰酸酯；
步骤S2：将步骤S1得到的干燥的聚醚多元醇、配方重量份的阻燃剂、催化剂、扩链剂、石墨烯填料、稳定剂和去离子水置于混料罐中混合，然后在功率为50W、频率为20kHz的条件下，进行超声分散处理3h，得到分散均匀的混合物；
步骤S3：将步骤S1得到的干燥的异氰酸酯加入到步骤S2得到的混合物中，在室温条件下反应1min，然后在氮气气氛保护下，在温度为80℃的条件下发泡固化2h，取出后在室温条件下熟化处理6h，得到掺杂石墨烯的阻燃材料。
所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，所述扩链剂为1,4-丁二醇，所述稳定剂为二甲基硅油。
所述阻燃剂由以下步骤制备而成：
步骤A1：向烘干洗净的三口烧瓶中加入乙醇胺，将三口烧瓶置于油浴锅中，设置油浴温度为120℃，在转速为200r/min条件下搅拌保温20min，然后将三嗪醇加入到三口烧瓶中，升高油浴温度至190℃，在转速为600r/min条件下，边搅拌边冷凝回流反应18h；
步骤A2：反应结束后，将反应物自然冷却至室温后，向三口烧瓶中加入体积分数为30％的乙醇水溶液，将三口烧瓶置于水浴锅中，在转速为80r/min条件下，冰水浴降温处理30min，使未反应的三嗪醇沉淀析出，过滤除去未反应的三嗪醇沉淀，然后将减压蒸馏蒸至无冷凝水产生，得到阻燃剂，密封保存备用。
步骤A1中所述乙醇胺与三嗪醇的用量摩尔比为4:1；步骤A2中所述反应物与乙醇水溶液的体积比为1:1。
所述石墨烯填料由以下方法制备得到：
步骤B1：将黑磷烯置于研磨机中，在转速为500r/min条件下，氮气气氛保护研磨2h，然后过100目筛，得到黑磷烯粉末，将黑磷烯粉末置于三角烧瓶中，然后向烧瓶中加入去离子水，将三角烧瓶置于超声波清洗仪中，在功率为200W、频率为50Hz和冰水浴条件下，超声处理20h，得到黑磷烯混合液，将黑磷烯悬液转移至离心管中并将离心管置于离心机中，在转速为3000r/min条件下离心处理20min，离心处理后取上层清液，得到黑磷烯悬浮液备用；
步骤B2：将石墨烯置于三角烧瓶中，向三角烧瓶中加入去离子水，将三角瓶置于超声分散仪中，在功率为200W、频率为50Hz和室温条件下，超声处理2h，得到石墨烯混合液，将石墨烯混合液转移至离心管中并将离心管置于离心机中，在转速为3000r/min条件下离心处理10min，离心处理后取上清液，得到石墨烯悬浮液备用；
步骤B3：将步骤B1制得的黑磷烯悬浮液加入到步骤B2制得的石墨烯悬浮液中，然后加入十二烷基苯磺酸钠，搅拌溶解后，得到混合分散液，然后将混合分散液加入到高压匀质机的料斗中，在压力为1000MPa条件下，循环匀质处理10次，得到黑磷烯/石墨烯复合悬液，将黑磷烯/石墨烯复合悬液抽滤浓缩后，将浓缩液置于真空冷冻干燥机中干燥成复合粉末；
步骤B4：向复合粉末的表面喷洒硅烷偶联剂，喷洒后将复合粉末搅拌均匀，即得到石墨烯填料。
步骤B1中所述黑磷烯粉末与去离子水的用量比为1mg：1mL；步骤B2中所述石墨烯与去离子水的用量比为1mg：1mL；步骤B3中所述黑磷烯悬浮液、石墨烯悬浮液和十二烷基苯磺酸钠的用量比为2mL：2mL：1mg。
所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷。
实施例2
一种掺杂石墨烯的阻燃材料，包括以下重量份原料：聚醚多元醇50份、异氰酸酯120份、阻燃剂40份、催化剂0.6份、扩链剂7份、石墨烯填料6份、稳定剂3份和去离子水3份；
该种掺杂石墨烯的阻燃材料由以下步骤制成：
步骤S1：将配方重量份的聚醚多元醇置于真空干燥箱中，在温度为90℃的条件下烘干处理4h，得到干燥的聚醚多元醇，将异氰酸酯置于真空干燥箱中，在温度为70℃的条件下烘干处理4h，得到干燥的异氰酸酯；
步骤S2：将步骤S1得到的干燥的聚醚多元醇、配方重量份的阻燃剂、催化剂、扩链剂、石墨烯填料、稳定剂和去离子水置于混料罐中混合，然后在功率为55W、频率为20kHz的条件下，进行超声分散处理4h，得到分散均匀的混合物；
步骤S3：将步骤S1得到的干燥的异氰酸酯加入到步骤S2得到的混合物中，在室温条件下反应2min，然后在氮气气氛保护下，在温度为90℃的条件下发泡固化4h，取出后在室温条件下熟化处理7h，得到掺杂石墨烯的阻燃材料。
所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，所述扩链剂为1,4-丁二醇，所述稳定剂为二甲基硅油。
所述阻燃剂由以下步骤制备而成：
步骤A1：向烘干洗净的三口烧瓶中加入乙醇胺，将三口烧瓶置于油浴锅中，设置油浴温度为130℃，在转速为300r/min条件下搅拌保温25min，然后将三嗪醇加入到三口烧瓶中，升高油浴温度至200℃，在转速为700r/min条件下，边搅拌边冷凝回流反应20h；
步骤A2：反应结束后，将反应物自然冷却至室温后，向三口烧瓶中加入体积分数为30％的乙醇水溶液，将三口烧瓶置于水浴锅中，在转速为90r/min条件下，冰水浴降温处理30min，使未反应的三嗪醇沉淀析出，过滤除去未反应的三嗪醇沉淀，然后将减压蒸馏蒸至无冷凝水产生，得到阻燃剂，密封保存备用。
步骤A1中所述乙醇胺与三嗪醇的用量摩尔比为5:1；步骤A2中所述反应物与乙醇水溶液的体积比为1:1。
所述石墨烯填料由以下方法制备得到：
步骤B1：将黑磷烯置于研磨机中，在转速为600r/min条件下，氮气气氛保护研磨2h，然后过200目筛，得到黑磷烯粉末，将黑磷烯粉末置于三角烧瓶中，然后向烧瓶中加入去离子水，将三角烧瓶置于超声波清洗仪中，在功率为200W、频率为50Hz和冰水浴条件下，超声处理22h，得到黑磷烯混合液，将黑磷烯悬液转移至离心管中并将离心管置于离心机中，在转速为4000r/min条件下离心处理25min，离心处理后取上层清液，得到黑磷烯悬浮液备用；
步骤B2：将石墨烯置于三角烧瓶中，向三角烧瓶中加入去离子水，将三角瓶置于超声分散仪中，在功率为200W、频率为50Hz和室温条件下，超声处理2h，得到石墨烯混合液，将石墨烯混合液转移至离心管中并将离心管置于离心机中，在转速为3500r/min条件下离心处理12min，离心处理后取上清液，得到石墨烯悬浮液备用；
步骤B3：将步骤B1制得的黑磷烯悬浮液加入到步骤B2制得的石墨烯悬浮液中，然后加入十二烷基苯磺酸钠，搅拌溶解后，得到混合分散液，然后将混合分散液加入到高压匀质机的料斗中，在压力为1200MPa条件下，循环匀质处理15次，得到黑磷烯/石墨烯复合悬液，将黑磷烯/石墨烯复合悬液抽滤浓缩后，将浓缩液置于真空冷冻干燥机中干燥成复合粉末；
步骤B4：向复合粉末的表面喷洒硅烷偶联剂，喷洒后将复合粉末搅拌均匀，即得到石墨烯填料。
步骤B1中所述黑磷烯粉末与去离子水的用量比为1mg：1mL；步骤B2中所述石墨烯与去离子水的用量比为1.5mg：1mL；步骤B3中所述黑磷烯悬浮液、石墨烯悬浮液和十二烷基苯磺酸钠的用量比为2mL：2mL：1mg。
所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷和3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷按照1:1的比例混合组成。
实施例3
一种掺杂石墨烯的阻燃材料，包括以下重量份原料：聚醚多元醇60份、异氰酸酯130份、阻燃剂50份、催化剂1份、扩链剂10份、石墨烯填料8份、稳定剂5份和去离子水5份；
该种掺杂石墨烯的阻燃材料由以下步骤制成：
步骤S1：将配方重量份的聚醚多元醇置于真空干燥箱中，在温度为100℃的条件下烘干处理5h，得到干燥的聚醚多元醇，将异氰酸酯置于真空干燥箱中，在温度为80℃的条件下烘干处理6h，得到干燥的异氰酸酯；
步骤S2：将步骤S1得到的干燥的聚醚多元醇、配方重量份的阻燃剂、催化剂、扩链剂、石墨烯填料、稳定剂和去离子水置于混料罐中混合，然后在功率为60W、频率为21kHz的条件下，进行超声分散处理6h，得到分散均匀的混合物；
步骤S3：将步骤S1得到的干燥的异氰酸酯加入到步骤S2得到的混合物中，在室温条件下反应3min，然后在氮气气氛保护下，在温度为100℃的条件下发泡固化6h，取出后在室温条件下熟化处理8h，得到掺杂石墨烯的阻燃材料。
所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，所述扩链剂为1,4-丁二醇，所述稳定剂为二甲基硅油。
所述阻燃剂由以下步骤制备而成：
步骤A1：向烘干洗净的三口烧瓶中加入乙醇胺，将三口烧瓶置于油浴锅中，设置油浴温度为140℃，在转速为400r/min条件下搅拌保温30min，然后将三嗪醇加入到三口烧瓶中，升高油浴温度至210℃，在转速为800r/min条件下，边搅拌边冷凝回流反应22h；
步骤A2：反应结束后，将反应物自然冷却至室温后，向三口烧瓶中加入体积分数为30％的乙醇水溶液，将三口烧瓶置于水浴锅中，在转速为100r/min条件下，冰水浴降温处理30min，使未反应的三嗪醇沉淀析出，过滤除去未反应的三嗪醇沉淀，然后将减压蒸馏蒸至无冷凝水产生，得到阻燃剂，密封保存备用。
步骤A1中所述乙醇胺与三嗪醇的用量摩尔比为6:1；步骤A2中所述反应物与乙醇水溶液的体积比为1:1。
所述石墨烯填料由以下方法制备得到：
步骤B1：将黑磷烯置于研磨机中，在转速为800r/min条件下，氮气气氛保护研磨2h，然后过200目筛，得到黑磷烯粉末，将黑磷烯粉末置于三角烧瓶中，然后向烧瓶中加入去离子水，将三角烧瓶置于超声波清洗仪中，在功率为200W、频率为50Hz和冰水浴条件下，超声处理24h，得到黑磷烯混合液，将黑磷烯悬液转移至离心管中并将离心管置于离心机中，在转速为5000r/min条件下离心处理30min，离心处理后取上层清液，得到黑磷烯悬浮液备用；
步骤B2：将石墨烯置于三角烧瓶中，向三角烧瓶中加入去离子水，将三角瓶置于超声分散仪中，在功率为200W、频率为50Hz和室温条件下，超声处理2h，得到石墨烯混合液，将石墨烯混合液转移至离心管中并将离心管置于离心机中，在转速为4000r/min条件下离心处理15min，离心处理后取上清液，得到石墨烯悬浮液备用；
步骤B3：将步骤B1制得的黑磷烯悬浮液加入到步骤B2制得的石墨烯悬浮液中，然后加入十二烷基苯磺酸钠，搅拌溶解后，得到混合分散液，然后将混合分散液加入到高压匀质机的料斗中，在压力为1500MPa条件下，循环匀质处理20次，得到黑磷烯/石墨烯复合悬液，将黑磷烯/石墨烯复合悬液抽滤浓缩后，将浓缩液置于真空冷冻干燥机中干燥成复合粉末；
步骤B4：向复合粉末的表面喷洒硅烷偶联剂，喷洒后将复合粉末搅拌均匀，即得到石墨烯填料。
步骤B1中所述黑磷烯粉末与去离子水的用量比为1mg：1mL；步骤B2中所述石墨烯与去离子水的用量比为2mg：1mL；步骤B3中所述黑磷烯悬浮液、石墨烯悬浮液和十二烷基苯磺酸钠的用量比为2mL：2mL：1mg。
所述的硅烷偶联剂为3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷和异氰酸丙基三乙氧基硅烷按照1:1:1:1的比例混合组成。
对比例1
该对比例为市售的聚氨酯泡沫材料。
对比例2
该对比例与实施例3相比未添加阻燃剂，其余原料配比及制备方法均相同。
将上述实施例1-3和对比例1-2制得的阻燃聚氨酯泡沫材料进行25℃导热系数、氧指数和抗压强度性能测试，测试结果数据见下表：
Figure BDA0002938212560000131
从上表数据可知，实施例1-3制备得到的掺杂石墨烯的阻燃聚氨酯材料具备优异的阻燃性能，同时还具有抗压强度高和低导热系数的优点，市售的聚氨酯泡沫材料即对比例1的导热系数较高、抗压强度较低，氧指数低阻燃效果差；对比例2与实施例3相比未添加阻燃剂，其抗压强度和阻燃性能均比实施例3差，因此阻燃剂的添加可以提高材料的阻燃性能和抗压强度。
在说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上内容仅仅是对本发明所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种掺杂石墨烯的阻燃材料，其特征在于：包括以下重量份原料：聚醚多元醇40-60份、异氰酸酯100-130份、阻燃剂30-50份、催化剂0.2-1份、扩链剂5-10份、石墨烯填料2-8份、稳定剂1-5份和去离子水2-5份；
该种掺杂石墨烯的阻燃材料由以下步骤制成：
步骤S1：将配方重量份的聚醚多元醇置于真空干燥箱中，在温度为80-100℃的条件下烘干处理2-5h，得到干燥的聚醚多元醇，将异氰酸酯置于真空干燥箱中，在温度为60-80℃的条件下烘干处理3-6h，得到干燥的异氰酸酯；
步骤S2：将步骤S1得到的干燥的聚醚多元醇、配方重量份的阻燃剂、催化剂、扩链剂、石墨烯填料、稳定剂和去离子水置于混料罐中混合，然后在功率为50-60W、频率为20-21kHz的条件下，进行超声分散处理3-6h，得到分散均匀的混合物；
步骤S3：将步骤S1得到的干燥的异氰酸酯加入到步骤S2得到的混合物中，在室温条件下反应1-3min，然后在氮气气氛保护下，在温度为80-100℃的条件下发泡固化2-6h，取出后在室温条件下熟化处理6-8h，得到掺杂石墨烯的阻燃材料。
2.根据权利要求1所述的一种掺杂石墨烯的阻燃材料，其特征在于：所述异氰酸酯为二苯基甲烷二异氰酸酯，所述催化剂为二月桂酸二丁基锡，所述扩链剂为1,4-丁二醇，所述稳定剂为二甲基硅油。
3.根据权利要求1所述的一种掺杂石墨烯的阻燃材料，其特征在于：所述阻燃剂由以下步骤制备而成：
步骤A1：向烘干洗净的三口烧瓶中加入乙醇胺，将三口烧瓶置于油浴锅中，设置油浴温度为120-140℃，在转速为200-400r/min条件下搅拌保温20-30min，然后将三嗪醇加入到三口烧瓶中，升高油浴温度至190-210℃，在转速为600-800r/min条件下，边搅拌边冷凝回流反应18-22h；
步骤A2：反应结束后，将反应物自然冷却至室温后，向三口烧瓶中加入体积分数为30％的乙醇水溶液，将三口烧瓶置于水浴锅中，在转速为80-100r/min条件下，冰水浴降温处理30min，使未反应的三嗪醇沉淀析出，过滤除去未反应的三嗪醇沉淀，然后将减压蒸馏蒸至无冷凝水产生，得到阻燃剂，密封保存备用。
4.根据权利要求3所述的一种掺杂石墨烯的阻燃材料，其特征在于：步骤A1中所述乙醇胺与三嗪醇的用量摩尔比为4-6:1；步骤A2中所述反应物与乙醇水溶液的体积比为1:1。
5.根据权利要求1所述的一种掺杂石墨烯的阻燃材料，其特征在于：所述石墨烯填料由以下方法制备得到：
步骤B1：将黑磷烯置于研磨机中，在转速为500-800r/min条件下，氮气气氛保护研磨2h，然后过100-200目筛，得到黑磷烯粉末，将黑磷烯粉末置于三角烧瓶中，然后向烧瓶中加入去离子水，将三角烧瓶置于超声波清洗仪中，在功率为200W、频率为50Hz和冰水浴条件下，超声处理20-24h，得到黑磷烯混合液，将黑磷烯悬液转移至离心管中并将离心管置于离心机中，在转速为3000-5000r/min条件下离心处理20-30min，离心处理后取上层清液，得到黑磷烯悬浮液备用；
步骤B2：将石墨烯置于三角烧瓶中，向三角烧瓶中加入去离子水，将三角瓶置于超声分散仪中，在功率为200W、频率为50Hz和室温条件下，超声处理2h，得到石墨烯混合液，将石墨烯混合液转移至离心管中并将离心管置于离心机中，在转速为3000-4000r/min条件下离心处理10-15min，离心处理后取上清液，得到石墨烯悬浮液备用；
步骤B3：将步骤B1制得的黑磷烯悬浮液加入到步骤B2制得的石墨烯悬浮液中，然后加入十二烷基苯磺酸钠，搅拌溶解后，得到混合分散液，然后将混合分散液加入到高压匀质机的料斗中，在压力为1000-1500MPa条件下，循环匀质处理10-20次，得到黑磷烯/石墨烯复合悬液，将黑磷烯/石墨烯复合悬液抽滤浓缩后，将浓缩液置于真空冷冻干燥机中干燥成复合粉末；
步骤B4：向复合粉末的表面喷洒硅烷偶联剂，喷洒后将复合粉末搅拌均匀，即得到石墨烯填料。
6.根据权利要求5所述的一种掺杂石墨烯的阻燃材料，其特征在于：步骤B1中所述黑磷烯粉末与去离子水的用量比为1mg：1mL；步骤B2中所述石墨烯与去离子水的用量比为1-2mg：1mL；步骤B3中所述黑磷烯悬浮液、石墨烯悬浮液和十二烷基苯磺酸钠的用量比为2mL：2mL：1mg。
7.根据权利要求5所述的一种掺杂石墨烯的阻燃材料，其特征在于：所述的硅烷偶联剂为3-氨丙基甲基二乙氧基硅烷、3-氨丙基甲基二甲氧基硅烷、3-氨丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基甲基二甲氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三乙氧基硅烷、3-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷或异氰酸丙基三乙氧基硅烷中的一种或多种以任意比例混合组成。
8.根据权利要求1所述的一种掺杂石墨烯的阻燃材料的制备方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
步骤S1：将配方重量份的聚醚多元醇置于真空干燥箱中，在温度为80-100℃的条件下烘干处理2-5h，得到干燥的聚醚多元醇，将异氰酸酯置于真空干燥箱中，在温度为60-80℃的条件下烘干处理3-6h，得到干燥的异氰酸酯；
步骤S2：将步骤S1得到的干燥的聚醚多元醇、配方重量份的阻燃剂、催化剂、扩链剂、石墨烯填料、稳定剂和去离子水置于混料罐中混合，然后在功率为50-60W、频率为20-21kHz的条件下，进行超声分散处理3-6h，得到分散均匀的混合物；
步骤S3：将步骤S1得到的干燥的异氰酸酯加入到步骤S2得到的混合物中，在室温条件下反应1-3min，然后在氮气气氛保护下，在温度为80-100℃的条件下发泡固化2-6h，取出后在室温条件下熟化处理6-8h，得到掺杂石墨烯的阻燃材料。
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