一种可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料的制备方法，其特征在于：（1）向氨水中加可膨胀石墨，超声，继续加钛源，混匀，160

【技术实现步骤摘要】
一种可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料的制备方法


[0001]本专利技术属于聚氨酯阻燃材料的制备领域，涉及一种可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料的制备方法。

技术介绍

[0002]聚氨酯泡沫作为聚氨酯材料中的一种，因其优异的隔热性能被作为保温材料广泛应用在建筑领域。但是由于聚氨酯泡沫的极限氧指数低，受到高温作用极易燃烧，燃烧过程中产生有毒的气体，对人们的生命健康造成极大危害。为改善聚氨酯泡沫作为保温材料的阻燃性能，在聚氨酯泡沫中添加阻燃剂已成为提高聚氨酯泡沫阻燃性能的一种有效方法。
[0003]传统的阻燃剂为磷、溴、氯等元素的有机物，但随着环保综合性指标的不断提升，传统阻燃剂已经无法满足高温阻燃的要求。可膨胀石墨作为一种新型的膨胀型阻燃剂，因无卤、无毒、性质稳定而备受关注。可膨胀石墨作为阻燃材料添加到高分子材料基体中，并不影响高分子材料本身的物理性能。然而，可膨胀石墨单独作为阻燃剂时，由于膨胀炭层的粘结力不足，所形成的炭层不坚固，在热量和气流的作用下会产生“飞灰”现象，阻燃效果变差。因此需要通过复合阻燃剂的阻燃作用提高高分子材料的阻燃效果。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是为了解决可膨胀石墨作为阻燃剂时，阻燃效果差的问题，提供一种可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料的制备方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）可膨胀石墨/TiO2复合材料的制备：向浓度0.5r/>‑
1mol/L氨水中加入可膨胀石墨，控制氨水：可膨胀石墨的体积（mL）质量（g）比为25：1，超声分散均匀后，向体系中加入钛源，控制可膨胀石墨：钛源的质量比为1：2~5，随后将混合液转移到反应釜内，在160
‑
180
o
C下反应120
‑
180min，经离心、洗涤、干燥（78
‑
83℃干燥10
‑
14h），得可膨胀石墨/TiO2复合材料；（2）可膨胀石墨/TiO2复合材料的表面修饰：将可膨胀石墨/TiO2复合材料和表面修饰剂加入去离子水中，控制表面修饰剂：可膨胀石墨/TiO2复合材料：去离子水的质量比为1
‑
2：50：1000，在78
‑
82℃持续搅拌1
‑
3h，经离心、洗涤、干燥（78
‑
83℃干燥10
‑
14h），得到表面修饰的可膨胀石墨/TiO2复合材料；（3）可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料的制备：a.取多元醇、表面修饰的可膨胀石墨/TiO2复合材料、扩链剂搅拌均匀，形成混合物A，控制多元醇：表面修饰的可膨胀石墨/TiO2复合材料：扩链剂的质量比为1:1:87
‑
96，将混合物A在2.67
‑
3.33KPa、80
‑
100℃下减压蒸馏25
‑
35min后，将物料温度降至60℃以下；b.继续向物料中加入催化剂和发泡剂，控制扩链剂：催化剂：发泡剂的质量比为1:1:1，搅拌均匀形成混合物B；混合物B加热到40
‑
50℃后，将异氰酸酯与混合物B混合，控制异
氰酸酯与多元醇的摩尔比为1:1，机械搅拌1
‑
2min后固化6
‑
8天，得可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料；其中步骤a、步骤b中扩链剂为1,4
‑
丁二醇、乙二醇、一缩二乙二醇、丙二醇、三羟甲基丙烷、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇安或二甲硫基甲苯二胺；步骤b中催化剂为二甲基乙醇胺或三乙烯二胺；步骤b中发泡剂为水。
[0006]进一步，所述步骤（1）中可膨胀石墨粒径为100
‑
300目。
[0007]进一步，所述步骤（1）中钛源为钛酸丁酯，硫酸钛，钛酸异丙醇或四氯化钛。
[0008]进一步，所述步骤（2）中表面修饰剂为硬脂酸、木质素磺酸盐、十六醇、硅烷偶联剂中的一种或多种。
[0009]进一步，所述硅烷偶联剂为KH
‑
550、KH
‑
602、KH
‑
560或KH
‑
570。
[0010]进一步，所述步骤（3）中多元醇为聚醚多元醇、聚酯多元醇、聚四氢呋喃醚二醇、聚己内酯多元醇或聚碳酸酯多元醇。
[0011]进一步，所述步骤（3）中异氰酸酯为甲苯
‑
2，4
‑
二异氰酸酯或二苯基甲烷二异氰酸酯。
[0012]进一步，所述可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料中，可膨胀石墨与理论产生二氧化钛的质量比为1
‑
3:1，其中可膨胀石墨/TiO2含量是理论产生聚氨酯质量的1
‑
10%，可膨胀石墨/TiO2复合材料在聚氨酯泡沫中均匀分布，其与聚氨酯的相容性好；极限吸氧指数为24.2
‑
34.8，阻燃等级为V
‑
0级，压缩强度为4.7
‑
6.5MPa，弯曲强度为4.4
‑
4.9MPa。
[0013]本专利技术的有益效果：本专利技术以可膨胀石墨为载体，采用水热合成技术制备可膨胀石墨/TiO2复合材料并将其表面修饰，然后采用一步法制备可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料；TiO2与可膨胀石墨复合作为阻燃材料，可以解决高温条件下膨胀石墨炭层不坚固的问题，改善高分子材料的阻燃效果；在发生火灾时，可膨胀石墨中的石墨碳原子会与酸根离子发生一系列化学反应，产生水蒸气，二氧化碳，二氧化硫等物质迫使可膨胀石墨发生膨胀，产生膨胀炭层；当膨胀炭层包覆在材料的表面，就可以起到阻燃作用。
附图说明
[0014]图1 为可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料的极限氧指数曲线，其中可膨胀石墨与TiO2的质量比为1:1；图2为可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料的压缩强度曲线，其中可膨胀石墨与TiO2的质量比为1:1。
具体实施方式
[0015]一种可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料的制备方法，具体实施步骤如下：实施例1（1）可膨胀石墨/TiO2复合材料的制备（以可膨胀石墨为载体，采用水热合成技术制备可膨胀石墨/TiO2复合材料）：取200目可膨胀石墨2g，加入50mL 0.5mol/L的氨水溶液中，超声20min，然后向体系中加入钛酸丁酯8.55g，超声分散均匀后转移至100mL的水热反应釜内，在180℃反应180min，经离心、洗涤、80℃干燥12h，得到可膨胀石墨与理论产生TiO2质量比为1:1的可膨
胀石墨/TiO2复合材料；（2）可膨胀石墨/TiO2复合材料的表面修饰：取5g可膨胀石墨与理论产生TiO2质量比为1:1的可膨胀石墨/TiO2复合材料和0.1g木质素磺酸盐加入100mL去离子水中，在80℃持续搅拌2h后，经离心、洗涤、80℃干燥12h，得到表面修饰的可膨胀石墨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料的制备方法，其特征在于包括如下步骤：（1）可膨胀石墨/TiO2复合材料的制备：向浓度0.5
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1mol/L氨水中加入可膨胀石墨，控制氨水：可膨胀石墨的体积（mL）质量（g）比为25：1，超声分散均匀后，向体系中加入的钛源，控制可膨胀石墨：钛源的质量比为1：2~5，随后将混合液转移到反应釜内，在160
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180
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C下反应120
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180min，经离心、洗涤、干燥，得可膨胀石墨/TiO2复合材料；（2）可膨胀石墨/TiO2复合材料的表面修饰：将可膨胀石墨/TiO2复合材料和表面修饰剂加入去离子水中，控制表面修饰剂：可膨胀石墨/TiO2复合材料：去离子水的质量比为1
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2：50：1000，在78
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82℃持续搅拌1
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3h，经离心、洗涤、干燥，得到表面修饰的可膨胀石墨/TiO2复合材料；（3）可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料的制备：a.取多元醇、表面修饰的可膨胀石墨/TiO2复合材料、扩链剂搅拌均匀，形成混合物A，控制多元醇：表面修饰的可膨胀石墨/TiO2复合材料：扩链剂的质量比为1:1:87
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96，将混合物A在2.67
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3.33KPa、80
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100℃下减压蒸馏25
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35min后，将物料温度降至60℃以下；b.继续向物料中加入催化剂和发泡剂，控制扩链剂：催化剂：发泡剂的质量比为1:1:1，搅拌均匀形成混合物B；将混合物B加热到40
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50℃后，将异氰酸酯与混合物B混合，控制异氰酸酯与多元醇的摩尔比为1:1，机械搅拌1
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2min后固化6
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8天，得可膨胀石墨/TiO2/聚氨酯阻燃材料；其中步骤a、步骤b中扩链剂为1,4
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丁二醇、乙二醇、一缩二乙二醇、丙二醇、三羟甲基丙烷、二乙醇胺、三乙醇胺、三异丙醇安或二甲硫基甲苯二胺；步骤b中催化剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：任东风，文贵强，高微，李玉峰，刘海东，陈涛，李新雨，王文齐，
申请(专利权)人：凯盛石墨碳材料有限公司，
类型：发明
国别省市：