一种石墨烯阻燃剂的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯阻燃剂的制备方法，属于阻燃高分子材料技术领域。将聚苯乙烯微球与氧化石墨烯溶液按质量比1：8～1：10混合，过滤，干燥，得预改性聚苯乙烯微球；将改性聚苯乙烯微球与水按质量比1：10～1：15混合，并加入改性聚苯乙烯微球质量1～2倍的水合肼和改性聚苯乙烯微球质量0.3～0.4倍的乙醇胺，搅拌混合后，过滤，干燥，得石墨烯阻燃剂。本发明专利技术技术方案制备的石墨烯阻燃剂具有优异的阻燃性能的特点，在阻燃高分子材料行业的发展中具有广阔的前景。

Preparation method of a graphene flame retardant

The invention discloses a preparation method of graphene flame retardant, which belongs to the technical field of flame retardant polymer materials. Pre-modified polystyrene microspheres were prepared by mixing polystyrene microspheres with graphene oxide solution at a mass ratio of 1:8 to 1:10, filtering and drying. The modified polystyrene microspheres were mixed with water at a mass ratio of 1:10 to 1:15, and hydrazine hydrate and modified polystyrene microspheres with a mass of 1 to 2 times were added. .4 times of ethanolamine, stir mixing, filtration, drying, get graphene flame retardants. The graphene flame retardant prepared by the technical scheme of the invention has excellent flame retardant properties, and has broad prospects in the development of the flame retardant polymer material industry.

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯阻燃剂的制备方法
本专利技术公开了一种石墨烯阻燃剂的制备方法，属于阻燃高分子材料

技术介绍
石墨烯是从石墨中剥离出来的单层石墨片，具有二维蜂窝状结构，其比表面积高达2630m2/g，具有优异的导电性、导热性、耐热性、物理机械性能以及气体阻隔性能，拉伸强度可达1TPa，电导率高达106S/m，热导率可达5.3×103W/(m·K)。石墨烯中碳原子以sp2杂化轨道的形式相结合，具有独特的二维碳原子结构，但聚合物基体中石墨烯的含量一般不能超过5wt%，最佳用量普遍在1wt%～3wt%，含量太高会导致石墨烯在聚合物基体中的团聚加重，严重损害材料的各项性能。目前，常用的制备聚合物/石墨烯纳米复合材料的方法主要有溶液共混法、熔融共混法、原位聚合法和乳液混合法等，可以作为阻燃剂来改善聚合物的阻燃性能。由石墨化学氧化、剥离得到的氧化石墨烯(GO)，与二维石墨烯相比，仅是sp2杂化结构遭到破坏，因此GO仍具有一定阻燃性，其表面含有羟基、羧基和环氧基等含氧官能团，也有利于在有机聚合物中的分散。石墨烯作为一种新型阻燃剂，具有阻燃效率高、添加量低、无卤低毒、环境友好等优势，在聚合物阻燃改性领域具有广阔的应用前景。而传统的石墨烯阻燃剂在使用过程中，因为石墨烯阻燃剂在聚合物基体中分散性不佳，容易发生团聚而导致的阻燃性能无法进一步提高的问题，因此，如何改善传统石墨烯阻燃剂的阻燃性能无法进一步提高的缺点，以求探索研制出具有良好综合性能的石墨烯阻燃剂是待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是：针对传统石墨烯阻燃剂的阻燃性能无法进一步提高的缺点，提供了一种石墨烯阻燃剂的制备方法。为了解决上述技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：一种石墨烯阻燃剂的制备方法，具体制备步骤为：（1）将氢氧化钠和六水合氯化镁按质量比1：3～1：4混合，并加入氢氧化钠质量20～30倍的水和氢氧化钠质量0.5～0.6倍的十二烷基硫酸钠混合物，搅拌混合后，得水相混合液；（2）将丙烯腈与丙烯酸甲酯按质量比2：1～3：1混合，并加入丙烯腈质量0.1～0.2倍的乙酸乙烯酯，丙烯腈质量0.3～0.4倍的混合烷烃，丙烯腈质量0.03～0.05倍的偶氮二异丁腈和丙烯腈质量0.01～0.02倍的乙二醇二甲基丙烯酸酯，搅拌混合后，得油相混合物，将油相混合物与水相混合物按质量比1：2～1：3混合，搅拌混合后，密封反应后，降温出料，得微球坯料，将微球坯料经酸洗，水洗后，干燥，得微球；（3）将微球与苯乙烯按质量比5：1～5：3混合，并加入微球质量0.02～0.10倍的偶氮二异丁腈，微球质量0.05～0.12倍的引发剂和微球质量0.1～0.2倍的聚乙烯吡咯烷酮，于氮气氛围下搅拌混合后，得预处理微球混合物，将预处理微球混合物与引发剂按质量比100：1～100：2混合，继续搅拌反应后，冷冻干燥，得聚苯乙烯微球；（4）将聚苯乙烯微球与氧化石墨烯溶液按质量比1：8～1：10混合，过滤，干燥，得预改性聚苯乙烯微球；（5）将改性聚苯乙烯微球与水按质量比1：10～1：15混合，并加入改性聚苯乙烯微球质量1～2倍的水合肼和改性聚苯乙烯微球质量0.3～0.4倍的乙醇胺，搅拌混合后，过滤，干燥，得石墨烯阻燃剂。步骤（1）所述十二烷基硫酸钠混合物为将十二烷基硫酸钠与水按质量比1：100～1：120混合，并加入十二烷基硫酸钠质量0.3～0.4倍的石墨烯，搅拌混合后，得十二烷基硫酸钠混合物。步骤（2）所述混合烷烃为将庚烷与正辛烷按质量比6：1～8：1混合，得混合烷烃。步骤（3）所述引发剂为过硫酸钾，过硫酸钠或过硫酸铵中任意一种。步骤（4）所述氧化石墨烯溶液为将氧化石墨烯与水按质量比1：100～1：200混合，超声分散，得氧化石墨烯溶液。本专利技术的有益效果是：本专利技术在制备石墨烯阻燃剂时，首先，将氧化石墨烯通过静电力吸附于聚苯乙烯微球上，并通过π-π作用结合，从而使产品在加入高分子材料中后具有优异的分散性，进而使产品的阻燃性提高，其次，聚苯乙烯微球内部含有受热膨胀的微球，在产品加入高分子材料中后，可在高分子材料制备过程中发生膨胀，并破裂，从而使聚苯乙烯微球外侧包覆的石墨烯均匀分布于高分子材料中，进而使产品的阻燃性提高，并且，由于破裂的石墨烯面积比普通加入的石墨烯面积大，从而使产品的阻燃性进一步提高，再者，在将氧化石墨烯还原过程中，向氧化石墨烯中加入了乙醇胺，乙醇胺可接枝于氧化石墨烯表面，使氧化石墨烯在还原过程中始终保持单片层的结构，防止石墨烯的团聚，并在加入产品中后，可进一步防止石墨烯的团聚，从而使产品的阻燃性进一步提高。具体实施方式将氧化石墨烯与水按质量比1：100～1：200混合，于频率为45～55kHz的条件下超声分散15～25min后，得氧化石墨烯溶液；将十二烷基硫酸钠与水按质量比1：100～1：120混合，并向十二烷基硫酸钠与水的混合物中加入十二烷基硫酸钠质量0.3～0.4倍的石墨烯，于温度为40～50℃，转速为500～600r/min的条件下搅拌混合20～40min后，得十二烷基硫酸钠混合物；将氢氧化钠和六水合氯化镁按质量比1：3～1：4混合于烧杯中，并向烧杯中加入氢氧化钠质量20～30倍的水和氢氧化钠质量0.5～0.6倍的十二烷基硫酸钠混合物，于温度为45～65℃，转速为800～1200r/min的条件下搅拌混合30～60min后，得水相混合液；将丙烯腈与丙烯酸甲酯按质量比2：1～3：1混合于烧瓶中，并向烧瓶中加入丙烯腈质量0.1～0.2倍的乙酸乙烯酯，丙烯腈质量0.3～0.4倍的混合烷烃，丙烯腈质量0.03～0.05倍的偶氮二异丁腈和丙烯腈质量0.01～0.02倍的乙二醇二甲基丙烯酸酯，于温度为45～55℃，转速为800～1000r/min的条件下搅拌混合30～60min后，得油相混合物，将油相混合物与水相混合物按质量比1：2～1：3混合，于温度为45～65℃，转速为800～1200r/min的条件下搅拌混合15～25min后，于温度为60～70℃的条件下密封反应16～18h后，降温出料，得微球坯料，将微球坯料用质量分数为1～3%的盐酸洗涤3～6次后，并用水洗4～5次，将洗涤后的微球坯料于温度为50℃的条件下干燥至恒重，得微球；将微球与苯乙烯按质量比5：1～5：3混合于四口烧瓶中，并向四口烧瓶中加入微球质量0.02～0.10倍的偶氮二异丁腈，微球质量0.05～0.12倍的引发剂和微球质量0.1～0.2倍的聚乙烯吡咯烷酮，向四口烧瓶中以5～12mL/min的速率通入氮气，于温度为55～85℃，转速为300～400r/min的条件下搅拌混合1～3h后，得预处理微球混合物，将预处理微球混合物与引发剂按质量比100：1～100：2混合，继续于温度为55～85℃，转速为300～400r/min的条件下搅拌反应40～80min后，冷冻干燥，得聚苯乙烯微球；将聚苯乙烯微球与氧化石墨烯溶液按质量比1：8～1：10混合，于温度为45～55℃，转速为300～400r/min的条件下，搅拌混合1～2h后，过滤，得滤饼，将滤饼于温度为50～60℃的条件下干燥1～2h后，得预改性聚苯乙烯微球；将改性聚苯乙烯微球与水按质量比1：10～1：15混合于三口烧瓶中，并向三口烧瓶中加入改性聚苯乙烯微球本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯阻燃剂的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：（1）将氢氧化钠和六水合氯化镁按质量比1：3～1：4混合，并加入氢氧化钠质量20～30倍的水和氢氧化钠质量0.5～0.6倍的十二烷基硫酸钠混合物，搅拌混合后，得水相混合液；（2）将丙烯腈与丙烯酸甲酯按质量比2：1～3：1混合，并加入丙烯腈质量0.1～0.2倍的乙酸乙烯酯，丙烯腈质量0.3～0.4倍的混合烷烃，丙烯腈质量0.03～0.05倍的偶氮二异丁腈和丙烯腈质量0.01～0.02倍的乙二醇二甲基丙烯酸酯，搅拌混合后，得油相混合物，将油相混合物与水相混合物按质量比1：2～1：3混合，搅拌混合后，密封反应后，降温出料，得微球坯料，将微球坯料经酸洗，水洗后，干燥，得微球；（3）将微球与苯乙烯按质量比5：1～5：3混合，并加入微球质量0.02～0.10倍的偶氮二异丁腈，微球质量0.05～0.12倍的引发剂和微球质量0.1～0.2倍的聚乙烯吡咯烷酮，于氮气氛围下搅拌混合后，得预处理微球混合物，将预处理微球混合物与引发剂按质量比100：1～100：2混合，继续搅拌反应后，冷冻干燥，得聚苯乙烯微球；（4）将聚苯乙烯微球与氧化石墨烯溶液按质量比1：8～1：10混合，过滤，干燥，得预改性聚苯乙烯微球；（5）将改性聚苯乙烯微球与水按质量比1：10～1：15混合，并加入改性聚苯乙烯微球质量1～2倍的水合肼和改性聚苯乙烯微球质量0.3～0.4倍的乙醇胺，搅拌混合后，过滤，干燥，得石墨烯阻燃剂。...

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯阻燃剂的制备方法，其特征在于，具体制备步骤为：（1）将氢氧化钠和六水合氯化镁按质量比1：3～1：4混合，并加入氢氧化钠质量20～30倍的水和氢氧化钠质量0.5～0.6倍的十二烷基硫酸钠混合物，搅拌混合后，得水相混合液；（2）将丙烯腈与丙烯酸甲酯按质量比2：1～3：1混合，并加入丙烯腈质量0.1～0.2倍的乙酸乙烯酯，丙烯腈质量0.3～0.4倍的混合烷烃，丙烯腈质量0.03～0.05倍的偶氮二异丁腈和丙烯腈质量0.01～0.02倍的乙二醇二甲基丙烯酸酯，搅拌混合后，得油相混合物，将油相混合物与水相混合物按质量比1：2～1：3混合，搅拌混合后，密封反应后，降温出料，得微球坯料，将微球坯料经酸洗，水洗后，干燥，得微球；（3）将微球与苯乙烯按质量比5：1～5：3混合，并加入微球质量0.02～0.10倍的偶氮二异丁腈，微球质量0.05～0.12倍的引发剂和微球质量0.1～0.2倍的聚乙烯吡咯烷酮，于氮气氛围下搅拌混合后，得预处理微球混合物，将预处理微球混合物与引发剂按质量比100：1～100：2混合，继续搅拌反应后，冷冻干燥，得聚苯乙烯微球；（4）...

【专利技术属性】
技术研发人员：裘友玖，刘侠，宋宇星，
申请(专利权)人：佛山陵朝新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44