一種水滑石負載石墨烯阻燃劑及其應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種水滑石負載石墨烯阻燃劑及其應用。所述的水滑石負載石墨烯阻燃劑，其組成中含有水滑石和石墨烯，水滑石負載在石墨烯表面。它通過如下方法制備：氧化石墨烯分散液和硝酸鹽混合溶液混合，加入堿性水溶液和還原劑，通過共沉淀法制備水滑石負載石墨烯阻燃劑。本發明利用水滑石和石墨烯兩者協同阻燃作用，提高了對高分子材料的阻燃效果，減少了阻燃劑在高分子材料的使用量，降低阻燃材料的成本。
【專利說明】—種水滑石負載石墨烯阻燃劑及其應用
【技術領域】
[0001]本發明涉及改性石墨烯阻燃劑及其制備方法，具體涉及水滑石負載石墨烯阻燃劑及其阻燃改性聚合物中的應用。
【背景技術】
[0002]石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的新型的碳基納米材料。是一種由碳原子以sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，只有一個碳原子厚度的二維材料。石墨烯具有優異的機械性能、熱性能、電化學性能等。在聚合物中添加適量石墨烯，可以明顯提高聚合物的阻燃性能，因此，在高分子阻燃材料應用領域具有十分廣闊的發展前景。在聚合物燃燒過程中，石墨烯通過自身穩定的片狀網絡結構對聚合物基體材料起到很好的保護作用，石墨烯促使聚合物表面均勻、致密的炭層形成，而該炭層可以有效阻止高分子材料的熱分解產物進入火焰區，并阻止外面的氧氣進入聚合物基體中，起到隔離熱源與火源的作用，發揮優越的阻燃效果。石墨烯與其它阻燃劑復配使用，發揮對聚合物的協同阻燃效應，進一步提高聚合物的阻燃性能。例如石墨烯與膨脹型阻燃劑(如聚磷酸銨、三聚氰胺等)共同改性聚丙烯、有機玻璃(PMMA)、熱塑彈性體(SBS、EVA)、聚乙烯醇等，發現在聚合物/石墨烯復合材料中添加膨脹型阻燃劑在不降低阻燃性能的情況下，阻燃劑的用量(與純高聚物相比)明顯減少，可見膨脹型阻燃劑和石墨烯具有協同阻燃作用。石墨烯還可以與納米粘土、水滑石、碳納米管復配共同阻燃改性聚合物，為阻燃改性高分子材料提供了一種新的途徑。
【發明內容】
[0003]本發明要解決的首要技術問題在于提供一種具有阻燃性的水滑石負載石墨烯。
[0004]發明所述的水滑石負載石墨烯阻燃劑，其組成中含有水滑石和石墨烯，水滑石負載在石墨烯表面。
[0005]所述的水滑石負載石墨烯阻燃劑，其組成中水滑石種類為鎂鋁型、鎳鋁型、鋅鋁型。
[0006]本發明要解決的第二個技術問題在于提供一種上述水滑石負載石墨烯阻燃劑的制備方法。
[0007]所述的水滑石負載石墨烯阻燃劑的制備方法，包括如下步驟:
[0008]氧化石墨烯分散液和硝酸鹽混合溶液混合，加入堿性水溶液和還原劑，通過共沉淀法制備水滑石負載石墨烯阻燃劑。
[0009]下面分別對上述步驟進行詳細說明。
[0010]本發明步驟所述的制備方法具體可按照如下進行:氧化石墨烯分散液與按一定摩爾比配置的兩種硝酸鹽混合溶液混合后，在40?90°C滴加堿性水溶液和還原劑水溶液，反應并攪拌4?8小時，過濾、干燥制得水滑石負載石墨烯。
[0011]所述硝酸鹽混合溶液選自下述之一:硝酸鎂與硝酸鋁混合液、硝酸鎂與硝酸鎳混合液、硝酸鎂與硝酸鋅混合液，所述硝酸鹽與硝酸鎂的摩爾比推薦為I?5: I。
[0012]所述的堿性水溶液為氫氧化鈉水溶液、碳酸鈉水溶液、氨水,所述的還原劑水溶液為水合肼。
[0013]與現有技術相比，本發明的有益效果體現在如下幾方面:
[0014]本發明所述的水滑石負載石墨烯阻燃劑不含鹵素、阻燃效果好、適用范圍廣、符合環保要求；該水滑石負載石墨烯阻燃劑的制備操作簡便，原料易得，易于工業化。該水滑石負載石墨烯阻燃劑通過共沉淀法獲得，降低合成成本；本發明所述的水滑石負載石墨烯阻燃劑采用非鹵體系，從而減少了所制備的阻燃材料燃燒過程中的“二次危害”;本發明所述的水滑石負載石墨烯阻燃劑利用石墨烯與水滑石兩者協同阻燃作用，提高對高分子材料的阻燃效果，減少阻燃劑在高分子材料的使用量，降低阻燃材料的制造成本。
【具體實施方式】
[0015]以下以具體實施例來說明本發明的技術方案，但本發明的保護范圍不限于此: 實施例1
[0016]石墨粉末通過改進的Hummer方法制得氧化石墨烯，Ig氧化石墨烯加入到10mL蒸餾水中超聲分散半小時制得氧化石墨烯分散液。配置lmol/L硝酸鎂、硝酸鋁、硝酸鎳、硝酸鋅溶液，10mL硝酸鎂和10mL硝酸鋁溶液混合加入到裝有機械攪拌、溫度計、回流冷凝管500mL四口燒瓶中，加入10mL氧化石墨烯分散液，攪拌分散均勻后升溫至80°C，滴加Imol/L氫氧化鈉溶液，混合物的pH維持在9-10，再滴加0.8mL濃度為28%的水合肼，80°C溫度條件下反應4小時，過濾干燥后得到水滑石負載石墨烯阻燃劑。
實施例2
[0017]含水滑石負載石墨烯阻燃劑的制備操作同實施例1。硝酸鹽混合溶液選自硝酸鎂與硝酸鎳混合液，硝酸鎳與硝酸鎂的摩爾比為3: 1，堿性溶液為碳酸鈉水溶液，反應溫度為60°C，反應時間6小時。
實施例3
[0018]含水滑石負載石墨烯阻燃劑的制備操作同實施例1。硝酸鹽混合溶液選自硝酸鎂與硝酸鋅混合液，硝酸鎳與硝酸鎂的摩爾比為5: 1，堿性溶液為氨水，反應溫度為40°C，反應時間8小時。
實施例4
[0019]含水滑石負載石墨烯阻燃劑的制備操作同實施例1。硝酸鹽混合溶液選自硝酸鎂與硝酸鋅混合液，硝酸招與硝酸鎂的摩爾比為4: I,堿性溶液為氫氧化鈉溶液,反應溫度為50°C，反應時間7小時。
實施例5
[0020]含水滑石負載石墨烯阻燃劑的制備操作同實施例1。硝酸鹽混合溶液選自硝酸鎂與硝酸鋅混合液，硝酸鎳與硝酸鎂的摩爾比為2: 1，堿性溶液為碳酸鈉溶液，反應溫度為90°C，反應時間4小時。
實施例6:水滑石負載石墨烯阻燃劑的應用
[0021]水滑石負載石墨烯阻燃劑的制備操作同實施例1。1g水滑石負載石墨烯阻燃劑和990g聚丙烯先通過高速分散機預分散15分鐘，再通過螺桿擠出機于180?230°C溫度下擠出造粒，得聚丙烯/水滑石負載石墨烯復合材料。該材料的極限氧指數為22.7。
實施例7
[0022]聚丙烯/水滑石負載石墨烯復合材料的制備操作同實施例6。水滑石負載石墨烯阻燃劑在復合材料中的質量百分含量為5%。該材料的極限氧指數為26.2。
實施例8
[0023]聚丙烯/水滑石負載石墨烯復合材料的制備操作同實施例6。水滑石負載石墨烯阻燃劑在復合材料中的質量百分含量為10A。該材料的極限氧指數為27.8。
實施例9
[0024]聚丙烯/水滑石負載石墨烯復合材料的制備操作同實施例6。水滑石負載石墨烯阻燃劑在復合材料中的質量百分含量為10%。該材料的極限氧指數為28.6。
【權利要求】
1.一種水滑石負載石墨烯阻燃劑，其組成中含有水滑石和石墨烯，水滑石負載在石墨烯表面。
2.如權利要求1所述的水滑石負載石墨烯阻燃劑，其組成中水滑石種類為鎂鋁型、鎳鋁型、鋅鋁型。
3.如權利要求1所述的水滑石負載石墨烯阻燃劑的制備方法，包括如下步驟:氧化石墨烯分散液和硝酸鹽混合溶液混合，加入堿性水溶液和還原劑，通過共沉淀法制備水滑石負載石墨烯阻燃劑。
4.如權利要求3所述的水滑石負載石墨烯阻燃劑的制備方法，其特征在于步驟所述的制備方法具體如下:氧化石墨烯分散液與按一定摩爾比配置的兩種硝酸鹽混合溶液混合后，在40?90°C滴加堿性水溶液和還原劑水溶液，反應并攪拌4?8小時，過濾、干燥制得水滑石負載石墨烯阻燃劑。
5.如權利要求4所述的水滑石負載石墨烯阻燃劑的制備方法，其特征在于所述硝酸鹽混合溶液選自下述之一:硝酸鎂與硝酸鋁混合液、硝酸鎂與硝酸鎳混合液、硝酸鎂與硝酸鋅混合液，所述硝酸鹽與硝酸鎂的摩爾比推薦為I?5: I。
6.如權利要求4所述的水滑石負載石墨烯阻燃劑的制備方法，其特征在于所述的堿性水溶液為氫氧化鈉水溶液、碳酸鈉水溶液、氨水，所述的還原劑水溶液為水合肼。
【文檔編號】C08K3/26GK104371144SQ201410649883
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年11月6日 優先權日:2014年11月6日
【發明者】王書渠, 黃國波, 樓夢婷, 童靜芝, 湯麗霞, 盧萍萍, 武承林, 唐文淵 申請人:臺州學院