CN113337096A - 一种凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体及其制备方法和用途 - Google Patents

一种凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体及其制备方法和用途 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种凹凸棒石‑氧化石墨烯复合粉体。所述的复合粉体主要由凹凸棒石和氧化石墨烯组成，其特点在于：所述复合粉体含氨基聚乙二醇异氰酸酯，所述氨基聚乙二醇异氰酸酯的质量为凹凸棒石质量的5%~15%。与现有凹凸棒/氧化石墨烯复合粉体相比，本发明改进后的ATT‑GO复合粉体能很好地提升无卤低烟阻燃料的力学性能和阻燃性能，燃烧时具有更低的烟密度和毒性，综合性能更优，特别适合用于生产无卤低烟阻燃电缆料。

Description

一种凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体及其制备方法和用途
技术领域
本发明涉及一种凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体。
背景技术
高分子材料在日常生活和工业化中的应用非常广泛，常见的高分子材料包括塑料、橡胶、纤维、薄膜、胶粘剂和涂料等。高分子材料的结构决定其性能，对结构的控制和改性，可获得不同特性的高分子材料。高分子材料独特的结构和易改性、易加工特点，使其具有其他材料不可比拟、不可取代的优异性能。虽然高分子材料给社会带来了极大的方便，但同时也存在着一些缺点，极大部分高分子材料普遍存在易燃烧、着火后发烟量大、易低落等问题。近年来发生的火灾事故中，由于高分子材料的易燃性引起的占大多数。因此如何让高分子材料难燃，一旦燃烧后又尽可能少释放烟雾、有毒性气体以及快速结壳成炭是目前安全环保高分子材料的要求。
高分子复合材料的阻燃问题目前已经得到了有效的解决，并且所用阻燃剂也是越来越绿色健康，但是抑烟性、低毒性及成碳性问题仍然是严重的存在。目前高分子材料的抑烟剂、成炭剂等几乎都是单一功能，满足不了高分子复合材料快速发展的要求。因此开发一种兼具抑烟、减毒及成炭性能的高分子复合材料助剂显得尤为迫切和重要。
文献大量报道的氧化石墨烯用途非常广泛，氧化石墨烯经过复配改性后用于高分子材料助剂，吸附剂的文献较多，其添加在高分子材料中主要能改善材料的力学性能，但是只添加氧化石墨烯这种材料不仅价格高，而且性能也存在单一的问题。凹凸棒石黏土用于高分子材料中的报道也很多，通过文献报道可以看出凹凸棒石添加到高分子复合材料中具有抑烟成炭阻燃的作用，但是凹凸棒石存在易团聚，易吸潮等问题。申请人在2019年提交了“一种凹凸棒石/氧化石墨烯复合材料及其制备方法和作为高分子材料助剂的用途”的发明专利申请（申请公布号：CN 110643070 A），该专利通过硅烷偶联剂改性的凹凸棒石与含磷化合物改性的氧化石墨烯反应得到凹凸棒石/氧化石墨烯复合材料。与现有凹凸棒、氧化石墨烯以及已报道的凹凸棒石/氧化石墨烯复合材料相比，该发明的凹凸棒石/氧化石墨烯复合材料能明显的提升高分子材料的综合性能，使高分子材料具有更高的力学性能和阻燃性能，燃烧时具有更低的烟密度和毒性，是一种优异的高分子材料多功能助剂。
发明内容
本发明对现有凹凸棒/氧化石墨烯复合粉体进行改进，目的在于进一步提升其作为高分子材料多功能助剂的性能。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体，所述复合粉体主要由凹凸棒石和氧化石墨烯组成，其特点在于：所述复合粉体含氨基聚乙二醇异氰酸酯，所述氨基聚乙二醇异氰酸酯的质量为凹凸棒石质量的5%~15%。
优选地，氧化石墨烯的质量为凹凸棒石质量的1%~25%，更优选地，氧化石墨烯的质量为凹凸棒石质量的1%~5%。
优选地，所述氨基聚乙二醇异氰酸酯的数均分子量为500~2000。
上述的凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体的制备方法，包括：
将凹凸棒石依次与氨基聚乙二醇异氰酸酯和氧化石墨烯混合研磨，得到所述复合粉体。
优选地，凹凸棒石先用碱活化，再依次与氨基聚乙二醇异氰酸酯和氧化石墨烯混合研磨。
所述碱可选自氢氧化钠。
碱活化的步骤包括：凹凸棒石和碱在水中混合加热回流。
所述碱的用量为凹凸棒石的5~20%。
所述回流的温度为70~90℃，时间为1~3小时。
回流完毕后，经过固液分离、洗涤、干燥等后处理，得到活化的凹凸棒石。
优选地，凹凸棒石与氨基聚乙二醇异氰酸酯在4℃以下及惰性气氛下混合研磨。
上述的凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体作为添加剂在制备高分子复合材料中的应用。
有益效果
与现有凹凸棒/氧化石墨烯复合粉体相比，本发明改进后的ATT-GO复合粉体能很好地提升无卤低烟阻燃料的力学性能和阻燃性能，燃烧时具有更低的烟密度和毒性，综合性能更优。
本发明ATT-GO复合粉体的制备过程简单，易操作，生产成本低。
本发明的ATT-GO复合粉体可作为高分子复合材料的多功能助剂，特别适合用于生产无卤低烟阻燃电缆料。
附图说明
图1为本发明凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体的扫描电镜（下图）和透射电镜照片（上图）。
具体实施方式
以下结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案。
本发明所述的凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体主要由凹凸棒石和氧化石墨烯组成，改进之处在于：所述复合粉体含氨基聚乙二醇异氰酸酯，所述氨基聚乙二醇异氰酸酯的质量为凹凸棒石质量的5%~15%。
在一些具体实施例中，所述氨基聚乙二醇异氰酸酯的质量为凹凸棒石质量的5%、6%、7%、8%、9%、10%、11%、12%、13%、14%或15%。
作为优选地技术方案之一，氧化石墨烯的质量为凹凸棒石质量的1%~25%，更优选地，氧化石墨烯的质量为凹凸棒石质量的1%~5%。
在一些具体实施例中，氧化石墨烯的质量为凹凸棒石质量的1%、2%、3%、4%、5%、6%、7%、8%、9%、10%、15%、20%或25%。
作为优选地技术方案之一，所述氨基聚乙二醇异氰酸酯的数均分子量为500~2000。
本发明所述的凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体可通过将凹凸棒石依次与氨基聚乙二醇异氰酸酯和氧化石墨烯混合研磨得到。
为提高研磨效率，可采用球磨机进行研磨。
凹凸棒石经碱活化处理后，可提高凹凸棒石与氨基聚乙二醇异氰酸酯的混合效果。
实施例1
凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体的制备过程如下：
1. 将凹凸棒石（该凹凸棒石由江苏金汉新材料有限公司提供，型号JH-001）配置成质量浓度为10%的混悬液。
2. 加入凹凸棒石质量10%的氢氧化钠粉末，80℃下回流2小时后过滤，洗涤至中性，120℃下干燥至恒重，研磨过200目筛网。
3. 将经第2步处理的凹凸棒石粉末与氨基聚乙二醇异氰酸酯（市售，分子量为1000，NH2-(CH2CH2O)n-CH2CH2-NCO）混合，装入球磨机中（温度保持在4℃以下，氮气保护，以防止氨基聚乙二醇异氰酸酯分解），高速球磨30分钟，氨基聚乙二醇异氰酸酯的用量为凹凸棒石质量的5%。
4. 将氧化石墨烯加入上述粉体中，继续球磨30分钟，使得氧化石墨烯与凹凸棒石黏土充分互相混合，氧化石墨烯用量为凹凸棒石质量分数的1%，本部分不需要低温保护和氮气保护。最终制备的粉体即为本发明产品（ATT-GO）。
实施例2
凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体的制备过程如下：
1. 将凹凸棒石（该凹凸棒石由江苏金汉新材料有限公司提供，型号JH-001）配置成质量浓度为10%的混悬液。
2. 加入凹凸棒石质量10%的氢氧化钠粉末，80℃下回流2小时后过滤，洗涤至中性，120℃下干燥至恒重，研磨过200目筛网。
3. 将经第2步处理的凹凸棒石粉末与氨基聚乙二醇异氰酸酯（市售，分子量为1000）混合，装入球磨机中（温度保持在4℃以下，氮气保护），高速球磨30分钟，氨基聚乙二醇异氰酸酯的用量为凹凸棒石质量的10%。
4. 将氧化石墨烯加入上述粉体中，继续球磨30分钟，使得氧化石墨烯与凹凸棒石黏土充分互相混合，氧化石墨烯用量为凹凸棒石质量分数的3%，本部分不需要低温保护和氮气保护。最终制备的粉体即为本发明产品（ATT-GO）。
实施例3
凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体的制备过程如下：
1. 将凹凸棒石（该凹凸棒石由江苏金汉新材料有限公司提供，型号JH-001）配置成质量浓度为10%的混悬液。
2. 加入凹凸棒石质量10%的氢氧化钠粉末，80℃下回流2小时后过滤，洗涤至中性，120℃下干燥至恒重，研磨过200目筛网。
3. 将经第2步处理的凹凸棒石粉末与氨基聚乙二醇异氰酸酯（市售，分子量为1000）混合，装入球磨机中（温度保持在4℃以下，氮气保护），高速球磨30分钟，氨基聚乙二醇异氰酸酯的用量为凹凸棒石质量的15%。
4. 将氧化石墨烯加入上述粉体中，继续球磨30分钟，使得氧化石墨烯与凹凸棒石黏土充分互相混合，氧化石墨烯用量为凹凸棒石质量分数的5%，本部分不需要低温保护和氮气保护。最终制备的粉体即为本发明产品（ATT-GO）。
图1为本发明ATT-GO复合粉体的扫描电镜和透射电镜照片，通过形貌照片可以看出，凹凸棒石均匀的负载于氧化石墨烯表面，产品达到了最初的设计目的。
使用方法：
将本发明所制备的ATT-GO添加到市售无卤低烟阻燃料中（添加量为1wt%，申请人同时采用发明专利CN 110643070 A中的ATT-P-GO作为对比样品），测试氧指数，烟密度，锥量和力学性能数据，各项性能测试结果见表1（下表数据测试方法无特殊说明，均按照国标GB/T 32129-2015执行）。
Figure 82272DEST_PATH_IMAGE001
由测试结果可以看出，与申请人之前发明的ATT-P-GO相比，本发明改进后的ATT-GO复合粉体能很好地提升无卤低烟阻燃料的力学性能和阻燃性能，燃烧时具有更低的烟密度和毒性，综合性能更优。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体，所述复合粉体主要由凹凸棒石和氧化石墨烯组成，其特征在于：所述复合粉体含氨基聚乙二醇异氰酸酯，所述氨基聚乙二醇异氰酸酯的质量为凹凸棒石质量的5%~15%。
2.根据权利要求1所述的凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体，其特征在于：氧化石墨烯的质量为凹凸棒石质量的1%~25%，优选地，氧化石墨烯的质量为凹凸棒石质量的1%~5%。
3.根据权利要求1所述的凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体，其特征在于：所述氨基聚乙二醇异氰酸酯的数均分子量为500~2000。
4.权利要求1-3任一所述的凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体的制备方法，包括：
将凹凸棒石依次与氨基聚乙二醇异氰酸酯和氧化石墨烯混合研磨，得到所述复合粉体。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：凹凸棒石先用碱活化，再依次与氨基聚乙二醇异氰酸酯和氧化石墨烯混合研磨。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述碱为氢氧化钠。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：碱活化的步骤包括：凹凸棒石和碱在水中混合加热回流。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于：碱的用量为凹凸棒石的5~20%；优选地，回流的温度为70~90℃，时间为1~3小时。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：凹凸棒石与氨基聚乙二醇异氰酸酯在4℃以下及惰性气氛下混合研磨。
10.权利要求1-3任一所述的凹凸棒石-氧化石墨烯复合粉体的用途，其特征在于：所述复合粉体作为添加剂在制备高分子复合材料中的应用。
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