氧化亚铜杂化石墨烯阻燃抑烟剂及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化亚铜杂化石墨烯阻燃抑烟剂，其制备步骤如下：a)将氧化石墨烯和去离子水按氧化石墨烯浓度为0.5‑1.5mg/ml混合，超声分散，得到氧化石墨烯悬浮液；b)按0.02‑0.1M的浓度向氧化石墨烯悬浮液中加入二价铜盐搅拌溶解，超声处理5‑15min，然后依次加入沉淀剂和还原剂进行搅拌得混合物，将混合物通过一步共沉淀法处理，即得氧化亚铜杂化石墨烯阻燃抑烟剂。本发明专利技术公开的氧化亚铜杂化石墨烯阻燃抑烟剂是集石墨烯片层的物理阻隔效应和氧化亚铜的催化成炭及抑烟效应为一体，其制备原料易得，制备方法简单，成本低，绿色环保，且应用于聚合物材料中可以有效提高聚合物的阻燃抑烟性能和力学机械性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及阻燃抑烟剂
，具体涉及一种氧化亚铜杂化石墨烯阻燃抑烟剂及其制备方法。
技术介绍
21世纪以来，随着国民经济的飞速发展，有机聚合物材料在人们日常生活中以及国民经济建设中等各个领域都有广泛的应用，有机聚合物材料给人类的生活和社会的发展都带来了巨大的便利。然而，绝大多数的有机聚合物材料都容易被点燃且快速燃烧，并产生大量的燃烧热量和有毒气体，这样无疑给人类生活也带来了巨大的威胁，因此改善有机聚合物材料的燃烧性能越来越受到研究者的重视。石墨烯(GNS)是一种由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状平面结构，其具有较大的表面积和优异的电学、光学、力学以及热学性质，因此受到了众多领域研究者的广泛关注。目前，石墨烯在能源和电子设备、化学传感器、药物载体、催化剂以及透明导电材料等领域得到了广泛的应用，并且经研究发现，其在提高聚合物的阻燃性能方面同样具有巨大的潜力。具体的，Gavgani等[Gavgani J N,Adelnia H,Gudarzi M M.Intumescent flame retardant polyurethane/reduced graphene oxide composites with improved mechanical,thermal,and barrier properties.Journal of Materials Chemistry,2014,49:243-254]将石墨烯添加到含有膨胀阻燃剂的聚氨酯中，以研究石墨烯对该聚氨酯阻燃性能的影响，结果表明：添加2wt％石墨烯不仅可使该聚氨酯的极限氧指数值由29.0％上升到34.0％，而且能够抑制该聚氨酯的熔滴；Hu等[Hu J,Zhang F.Self-assembled fabrication and flame-retardant properties of reduced graphene oxide/waterborne polyurethane nanocomposites.Journal of Thermal Analysis and Calorimetry,2014,118:1561-1568]研究了石墨烯对水性聚氨酯(简称WPU)热稳定性及阻燃性能的影响，结果表明：添加2wt％石墨烯能够使WPU的残炭率明显提升，明显降低了WPU的热释放速率和总热释放量；Song等[Song P A,Yu Y M,Zhang T,et al.Permeability,viscoelasticity,and flammability performances and their relationship to polymer nanocomposites.Industrial&Engineering Chemistry Research,2012,51:7255-7263]经研究表明，添加1wt％石墨烯的PP复合材料能够形成有效的三维网络结构，极大降低了材料的热释放速率；Liu等[Liu S,Yan H Y,Fang Z P,et al.Effect of graphene nanosheets on morphology,thermal stability and flame retardancy of epoxy resin.Composites Science and Technology,2014,90:40-47]研究发现石墨烯纳米片(简称GNS)能赋予环氧树脂优良的阻燃性，添加5wt％的GNS能够使环氧树脂的LOI值从15.7％增加到21.4％，并且总热释放量能够从33.4kJ/m2降低到27.8kJ/m2。实际上，石墨烯复合聚合物材料阻燃性能的提升主要是由于大比表面积的石墨烯片层能够作为一种有效的物理屏障，从而抑制聚合物燃烧过程中气相和凝聚相之间的能量和物质的传递。但是，由于石墨烯片层之间存在较强的范德华力，因此石墨烯在制备干燥过程中其片层之间容易堆积在一起，导致石墨烯单独使用时其阻燃效率差，因此不能很好地抑制聚合物的燃烧。此外，大量研究结果表明，石墨烯对聚合物的抑烟性能较弱，不能有效抑制烟的释放，因此有必要对石墨烯进行表面改性以改善其在聚合物基体中的阻燃效率及抑烟性能。氧化亚铜(Cu2O)作为传统抑烟剂，其能够通过还原耦合机理促进聚合物在燃烧过程中形成更多炭层，对提高聚合物的抑烟性能具有很高的效率。而作为一种二维单层材料，石墨烯是金属氧化物应用于催化领域的理想载体，因此，研究氧化亚铜-石墨烯杂化材料，这对提高聚合物的阻燃抑烟性能具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术的首要目的是提供一种氧化亚铜杂化石墨烯阻燃抑烟剂，该阻燃抑烟剂不仅能够改善聚合物的阻燃抑烟性能，同时还能有效提高聚合物的力学机械性能。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种氧化亚铜杂化石墨烯阻燃抑烟剂，其是由氧化亚铜通过共价键作用力均匀分散在石墨烯表面上得到。本专利技术的另外一个目的是提供一种如上所述的氧化亚铜杂化石墨烯阻燃抑烟剂的制备方法，其步骤如下：a)将氧化石墨烯和去离子水按氧化石墨烯浓度为0.5-1.5mg/ml混合，超声分散，得到氧化石墨烯悬浮液；b)按0.02-0.1M的浓度向氧化石墨烯悬浮液中加入二价铜盐搅拌溶解，超声处理5-15min，然后依次加入沉淀剂和还原剂进行搅拌得混合物，将混合物通过一步共沉淀法处理，即得氧化亚铜杂化石墨烯阻燃抑烟剂，所述的沉淀剂为氢氧化钠或氢氧化钾，还原剂为水合肼或抗坏血酸，所述混合物中Cu2+、沉淀剂和还原剂的摩尔比为1:2-3:0.5-1.5。其中步骤a中，所谓的将氧化石墨烯和去离子水按氧化石墨烯浓度为0.5-1.5mg/ml混合，也就是说将氧化石墨烯和去离子水混合，并确保其中的氧化石墨烯浓度为0.5-1.5mg/ml；另外步骤b中，按0.02-0.1M的浓度向氧化石墨烯悬浮液中加入二价铜盐，也就是说向氧化石墨烯悬浮液中加入二价铜盐使其中二价铜盐的浓度在0.02-0.1M之间。采用上述技术方案产生的有益效果在于：与原始的金属氧化物相比，石墨烯和金属氧化物杂化材料显示出较高的催化活性，同时负载金属氧化物以后，石墨烯片层之间容易堆积的问题能够得到有效抑制。也就是说，本专利技术公开的氧化亚铜杂化石墨烯阻燃抑烟剂是集石墨烯片层的物理阻隔效应和氧化亚铜的催化成炭及抑烟效应为一体，其制备原料易得，制备方法简单，成本低，绿色环保。具体来说，本专利技术是利用超声分散法将氧化石墨烯均匀分散在去离子水中，然后加入二价铜盐后超声处理，通过共价键作用力使二价铜离子负载在石墨烯表面上，之后再依次加入沉淀剂和还原剂，通过共沉淀法制备出氧化亚铜负载石墨烯杂化材料，采用本专利技术公开的方法制备的纳米尺寸的氧化亚铜杂化石墨烯阻燃抑烟剂粒径分布均匀，能够在聚合物基体中均匀地分散，并且绿色环保，其在改善聚合物阻燃抑烟的同时，还能够提高聚合物的力学机械性能。需要说明的是，步骤a中所用的氧化石墨烯可以直接从市场上购买得到，或者也可以天然石墨粉为原料，采用Hummers法氧化制备得到。作为进一步的优选方案，所述步骤a中超声分散的时间为0.5-1.5h；所述步骤b中的二价铜盐为五水硫酸铜或三水硝酸铜。另外，具体的方案为，所述步骤本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化亚铜杂化石墨烯阻燃抑烟剂，其是由氧化亚铜通过共价键作用力均匀分散在石墨烯表面上得到。

【技术特征摘要】
1.一种氧化亚铜杂化石墨烯阻燃抑烟剂，其是由氧化亚铜通过共价键作用力均匀分散在石墨烯表面上得到。2.一种如权利要求1所述的氧化亚铜杂化石墨烯阻燃抑烟剂的制备方法，其步骤如下：a)将氧化石墨烯和去离子水按氧化石墨烯浓度为0.5-1.5mg/ml混合，超声分散，得到氧化石墨烯悬浮液；b)按0.02-0.1M的浓度向氧化石墨烯悬浮液中加入二价铜盐搅拌溶解，超声处理5-15min，然后依次加入沉淀剂和还原剂得混合物，将混合物通过一步共沉淀法处理，即得氧化亚铜杂化石墨烯阻燃抑烟剂，所述的沉淀剂为氢氧化钠或氢氧化钾，还原剂为水合肼或抗坏血酸，所述混合物中Cu2+、沉淀剂和还原剂的摩尔比为1:2-3:0.5-1.5。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：徐文总，刘亮，徐宝羚，李爱娇，
申请(专利权)人：安徽建筑大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34