一种柔性阻燃石墨烯相变复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及相变复合材料技术领域，具体公开一种柔性阻燃石墨烯相变复合材料及其制备方法。本发明专利技术的氧化石墨烯是通过改良过的Hummers法合成，进而利用自组装原理设计合成制备相变复合柔性材料，本发明专利技术将石墨烯材料与水性相变储能材料结合，制备新型柔性石墨烯相变复合材料。该材料具有优良的光电性能及热性能，同时兼具柔性的特点，可以广泛应用于电子器件的开发与制备，特别是高性能热界面材料。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性阻燃石墨烯相变复合材料及其制备方法
本专利技术涉及相变复合材料
，尤其涉及一种柔性阻燃石墨烯相变复合材料及其制备方法。
技术介绍
近年来，有关超分子及其组装性能的研究工作在我国发展迅速，近二十年来，越来越多的化学工作者致力于超分子及其功能材料研究，这为化学与材料科学的发展提供了巨大动力。纳米复合材料(nanocompositematerials)具有特有的尺寸效应、量子效应和表面效应等异于常规材料的性质，使其成为化学、材料、物理、生物等领域中备受关注的重要研究对象。碳材料是地球上最普遍也是最奇妙的一种材料，它可以形成世界上最硬的金刚石，也可以形成最软的石墨。石墨烯(graphene)，作为由sp2杂化的碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构的碳质材料，是构建其它维数碳质材料(如零维富勒烯、一维纳米碳管、三维石墨)的基本单元。基于石墨烯的纳米复合材料在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出许多优良性能，具有广阔的应用前景。由上可见，制备具有微纳米结构可调、有序度高、多功能化、应用范围广等优点的功能纳米组装体系，是个诱人的研究目标，也是一个巨大的挑战。相变储能材料(phasechangematerial，PCM)能够在一个窄的温度范围内，通过相转变(如固-固相转变或固-液相转变)吸收或释放大量的潜热。近几年来，相变储能材料在太阳能利用、热能回收、保温服装、储能炊具、建筑节能、航空航天、电子器件及农业等领域有着很广泛的应用。目前对相变储能材料的研究己取得较大的进展，开发出一种性能良好的高分子固-固相变储能材料将具有很大的应用前景和实用价值。现有专利公开相变材料组分属于固-液相变材料，尽管专利技术人使用氧化石墨烯的空间结构将其固定，使其在相变温度附近没有出现漏液现象，但这直接限制了相变材料的使用量，使相变调温效果不是很明显。
技术实现思路
针对现有相变材料的使用量受限，相变调温效果差等问题，本专利技术提供一种柔性阻燃石墨烯相变复合材料。进一步地，本专利技术还提供一种柔性阻燃石墨烯相变复合材料的制备方法。为达到上述专利技术目的，本专利技术实施例采用了如下的技术方案：一种柔性阻燃石墨烯相变复合材料，以所述柔性阻燃石墨烯相变复合材料的总质量为100％计，包括如下重量百分含量的下列组分：氧化石墨烯溶液：5-50％，阻燃相变材料：50-95％。本专利技术将石墨烯材料与水性相变储能材料结合，制备新型柔性石墨烯相变复合材料。该材料具有优良的光电性能及热性能，同时兼具柔性的特点，可以广泛应用于电子器件的开发与制备，特别是高性能热界面材料。在提供该柔性阻燃石墨烯相变复合材料的前提下，本专利技术还提供所述柔性阻燃石墨烯相变复合材料的制备方法。在任一实施例中所述柔性阻燃石墨烯相变复合材料的制备方法，至少包括以下步骤：步骤1、通过改良过Hummers法制备氧化石墨烯溶液将反应器1置于冰水浴中，向反应器1中加入质量浓度为98％的H2SO4，KNO3，搅拌至KNO3完全溶解，然后加入石墨粉、高锰酸钾，然后将反应器2在30-40℃条件下搅拌6-8h；向所述反应器1中滴加去离子水，在70-90℃下保持30-40min；取出反应器1，冷却，然后在搅拌条件下，滴加双氧水，静置分层，12-15h后倒掉上层溶液，取下层溶液，离心洗涤，分散得到氧化石墨烯溶液；步骤2、制备阻燃相变材料将聚乙二醇、乙酸乙酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,2-二羟甲基丁酸、二月桂酸二丁基锡加入到反应器2中，在40-70℃下进行反应；向反应器2中加入乙二胺、三乙基胺、1,4-丁二醇，阻燃组份继续进行反应，搅拌，然后加入去离子水，得到阻燃相变材料乳液；步骤3、制备柔性阻燃石墨烯相变复合材料向所述的阻燃相变材料乳液中加入氧化石墨烯溶液，搅拌，在30-50℃下进行分散，然后减压蒸馏出乙酸乙酯，得到混合乳液；将所述混合乳液烘干得到所述柔性阻燃石墨烯相变复合材料。相对于现有技术，本专利技术提供的柔性阻燃石墨烯相变复合材料的制备方法具有以下优势：(1)本专利技术所制备得到的氧化石墨烯片层的厚度在几微米到上百纳米之间，氧化石墨烯表面是光滑的同时表面有一定程度的褶皱，整体看上去呈薄沙状；制备得到的氧化石墨烯大多数情况下以多层形式存在，其厚度大约在2nm。(2)所制备的柔性阻燃石墨烯相变复合材料，呈三维网状结构并且具有多孔结构，在具有较好的热稳定性、导热性和阻燃性的同时，还具有主动调温的功能，在热界面材料领域具有广阔的应用前景。该技术方案在实施的过程中，在不使用或少使用有机溶剂的前提下，还能做到有机溶剂的回收再利用，是一种新型环保高效的生产工艺。(3)所述步骤3中得到的混合乳液可以直接作为调温阻燃成分掺加到湿法纺丝工业的纺丝液中，制备阻燃智能调温纤维。因为乳液中相变材料粒度为纳米级，因此不会对所制备的纤维的强度造成明显的影响。(4)所述步骤3中得到的混合乳液可以制备得到的柔性阻燃石墨烯相变复合膜，可以直接作为热界面材料直接使用，而得到的块状材料既可以整体使用也可以任意切割后使用。相变材料的智能调温特性以及柔性加上石墨烯良好的导热性以及复合的阻燃功能，以及灵活的应用形式，使得该复合材料应用领域广泛，可以在热界面材料、医疗器械、防护服装等领域得到应用。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。一种柔性阻燃石墨烯相变复合材料，以所述柔性阻燃石墨烯相变复合材料的总质量为100％计，包括如下重量百分含量的下列组分：氧化石墨烯溶液：5-50％，阻燃相变材料：50-95％。本专利技术将石墨烯材料与水性相变储能材料结合，制备新型柔性石墨烯相变复合材料。该材料具有优良的光电性能及热性能，同时兼具柔性的特点，可以广泛应用于电子器件的开发与制备，特别是高性能热界面材料。优选地，所述阻燃相变材料按重量份数计，包括以下组分：4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯：1-30份，聚乙二醇：40-95份，乙酸乙酯：30-400份，2,2-二羟甲基丁酸：1-25份，二月桂酸二丁基锡：0.001-0.01份，乙二胺：0.1-15份，三乙基胺：0.1-20份，1,4-丁二醇：1-30份，阻燃组份：1-20份，去离子水：200-1000份。优选地，所述阻燃组份按重量份数计，包括羊毛角蛋白接枝改性磷腈：0-50份、磷酸三丁酯：0-40份、磷酸三(2-乙基己基)酯：0-40份、磷酸三(2-氯乙基)酯：0-40份、磷酸甲苯-二苯酯：0-40份、磷酸三甲苯酯：0-40份、磷酸三苯酯：0-40份、磷酸(2-乙基己基)-二苯酯：0-40份、三聚氰胺：0-40份、十溴联苯醚：0-40份、三氧化二锑：0-40份、氢氧化镁：1-20份、氢氧化铝：1-20份、二氧化硅：1-20份。优选地，所述氧化石墨烯溶液，按重量份数计包括如下组分：H2SO4：30-100份，KNO3：1-10份，石墨粉：0.1-10份，高锰酸钾：3-15份，去离子水：100-500份，双氧水：10-50份。一种柔性阻燃石墨烯相变复合材料的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：步骤1、通过改良过Hummers法制备氧化石墨烯溶液将反应器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性阻燃石墨烯相变复合材料，其特征在于：以所述柔性阻燃石墨烯相变复合材料的总质量为100％计，包括如下重量百分含量的下列组分：氧化石墨烯溶液：5‑50％，阻燃相变材料：50‑95％。

【技术特征摘要】
1.一种柔性阻燃石墨烯相变复合材料，其特征在于：以所述柔性阻燃石墨烯相变复合材料的总质量为100％计，包括如下重量百分含量的下列组分：氧化石墨烯溶液：5-50％，阻燃相变材料：50-95％。2.如权利要求1所述的柔性阻燃石墨烯相变复合材料，其特征在于：所述阻燃相变材料按重量份数计，包括以下组分：4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯：1-30份，聚乙二醇：40-95份，乙酸乙酯：30-400份，2,2-二羟甲基丁酸：1-25份，二月桂酸二丁基锡：0.001-0.01份，乙二胺：0.1-15份，三乙基胺：0.1-20份，1,4-丁二醇：1-30份，阻燃组份：1-20份，去离子水：200-1000份。3.如权利要求2所述的柔性阻燃石墨烯相变复合材料，其特征在于：所述阻燃组份按重量份数计，包括羊毛角蛋白接枝改性磷腈：0-50份、磷酸三丁酯：0-40份、磷酸三(2-乙基己基)酯：0-40份、磷酸三(2-氯乙基)酯：0-40份、磷酸甲苯-二苯酯：0-40份、磷酸三甲苯酯：0-40份、磷酸三苯酯：0-40份、磷酸(2-乙基己基)-二苯酯：0-40份、三聚氰胺：0-40份、十溴联苯醚：0-40份、三氧化二锑：0-40份、氢氧化镁：1-20份、氢氧化铝：1-20份、二氧化硅：1-20份。4.如权利要求1所述的柔性阻燃石墨烯相变复合材料，其特征在于：所述氧化石墨烯溶液，按重量份数计包括如下组分：H2SO4：30-100份，KNO3：1-10份，石墨粉：0.1-10份，高锰酸钾：3-15份，去离子水：100-500份，双氧水：10-50份。5.一种柔性阻燃石墨烯相变复合材料的制备方法，其特征在于：所述制备方法至少包括以下步骤：步骤1、通过改良过Hummers法制备氧化石墨烯溶液将反应器1置于冰水浴中，向反应器1中加入质量浓度为98％的H2SO4，KNO3，搅拌至KNO3完全溶解，然后加入石墨粉、高锰酸钾，然后将反应器2在30-40℃条件下搅拌6-8h；向所述反应器1中滴加去离子水，在70-90℃下保持30-40min；取出反应器1，冷却，然后在搅拌条件下，滴加双氧水，静置分层，12-15h后倒掉上层溶液，取下层溶液，离心洗涤，分散得到氧化石墨烯溶液；步骤2、制备阻燃相变材料将聚乙二醇、乙酸乙酯、4，4’-二苯基甲烷二异氰酸酯、2,2-二羟甲基丁酸、二月桂酸二丁基锡加入到反应器2中，在40-70℃下进行反应；向反应器2中加入乙二胺、三乙基胺、1,4-丁二醇，阻燃组份继续进行反应，搅拌，然后加入去离子水，得到阻燃相变材料乳液；步骤3、制备柔性阻燃石墨...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪伟，焦体峰，孙敬，赵秀红，韦超，高建文，吴舒，张春田，张渤，田浩，张衡，米飞，
申请(专利权)人：洪伟，
类型：发明
国别省市：河北,13