專利名稱：一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及阻燃用成炭劑的制備方法。
背景技術(shù)：
在我國，隨著人民生活水平的提高，建筑能耗比如采暖、空調(diào)、熱水供應(yīng)、照明等迅速增加，因此建筑節(jié)能成為我國節(jié)能減排的重點對象。降低建筑能耗的主要手段是構(gòu)筑建筑物外保溫體系。在大規(guī)模應(yīng)用建筑節(jié)能保溫材料中，主要有膨脹聚苯乙烯泡沫(EPS)、聚氨酯泡沫(PU)等產(chǎn)品。而隨著聚苯乙烯泡沫板保溫材料使用量與應(yīng)用領(lǐng)域的不斷增大，其易燃性也被逐漸暴露出來，嚴(yán)重危害到人民群眾的生命財產(chǎn)安全?？膳蛎浭捎谄鋬?yōu)異的阻燃性能被廣泛的應(yīng)用于無機阻燃助劑的制備中?？膳蛎浭瞧駷橹拱l(fā)現(xiàn)的僅有的可用于苛刻條件并具有足夠膨脹強度的膨脹劑?？膳蛎浭谌紵^程中可以形成膨脹型的炭化層，這種炭化層具有優(yōu)良的阻燃、隔熱及耐高溫性能。因此，將可膨脹石墨分散到發(fā)泡 聚苯乙烯中，利用其膨脹作用可以阻止燃燒，減弱火勢，同時起到隔熱隔氧的效果，實現(xiàn)石墨對發(fā)泡聚苯乙烯的阻燃作用。然而由于可膨脹石墨表面惰性，難以在聚苯乙烯基體中及其聚合物溶液中有效分散，進(jìn)而限制了可膨脹石墨在阻燃領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是要解決阻燃性可膨脹石墨在聚苯乙烯基體及其聚合物溶液中相容性差，難以分散的問題，而提供的一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法。一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法，具體是按照以下步驟制備的:一、將天然石墨粉分散在高氯酸/硝酸混合液中，再在溫度為50°C條件下進(jìn)行氧化與預(yù)膨脹處理，得到表面帶有羧基的可膨脹石墨，其中天然石墨粉與高氯酸/硝酸混合液的質(zhì)量比為20:500 2000;二、將步驟一得到的可膨脹石墨與二氯亞砜混合均勻，然后在溫度為20°C 120°C條件下保持Imin 360min，再真空干燥處理，得到酰氯化可膨脹石墨，其中步驟一得到的可膨脹石墨與二氯亞砜的質(zhì)量比為I 10:100;三、將質(zhì)量濃度為0.05% 5.0%的多羥基富勒烯氯仿溶液加入到步驟二得到的酰氯化可膨脹石墨的氯仿溶液中，然后在溫度為20°C 100°C條件下保持IOmin 480min，再真空干燥處理，得到OH-C6tl/可膨脹石墨共聚物，其中酰氯化可膨脹石墨的氯仿溶液的質(zhì)量濃度為0.05% 2%，OH-C60/可膨脹石墨共聚物中OH-C6tl與可膨脹石墨的質(zhì)量比為0.01 2;四、將步驟三得到的OH-C6tl/可膨脹石墨共聚物和不飽和化合物放入氯仿中，在溫度為60°C 10(TC條件下進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到一種石墨基阻燃用成炭劑，其中步驟三得到的OH-C6tl/可膨脹石墨共聚物與不飽和化合物的質(zhì)量比為100:1 50。本發(fā)明采用多羥基富勒烯為媒介，將不飽和雙鍵引入至可膨脹石墨表面，進(jìn)而實現(xiàn)其與苯乙烯的原位共聚，實現(xiàn)石墨阻燃助劑在聚苯乙烯中的均勻分散。與傳統(tǒng)石墨阻燃助劑的制備方法相比，本發(fā)明制備的石墨基阻燃用成炭劑具有合成簡單，分散性好，易于大規(guī)模制備等優(yōu)點，而且在使用過程中遷移速率小，基本上杜絕了聚酯材料在使用過程因阻燃劑遷移帶來的起霜現(xiàn)象。本發(fā)明的有益效果是:1、本發(fā)明得到的石墨基阻燃用成炭劑與自由基聚合物可以形成共聚物，該共聚物與自由基聚合物基體有非常好的相容性，這極大的降低了使用過程中成成劑在基體中的遷移，杜絕了因成炭劑遷移導(dǎo)致的起霜現(xiàn)象；2、本發(fā)明將富勒烯與膨脹石墨進(jìn)行化學(xué)鍵結(jié)合，顯著的提高了二者協(xié)同阻燃能力；3、本發(fā)明制備方法簡單，成本低，合成所需溶劑單一，易于回收與利用，有利于規(guī)?；a(chǎn)，因此有非常好的應(yīng)用前景。本發(fā)明用于制備石墨基阻燃用成炭劑。


圖1為實施例一制備的石墨基阻燃用成炭劑透射電鏡圖片。
具體實施例方式本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉的具體實施方式
，還包括各具體實施方式
之間的任意組合。
具體實施方式
一:本實施方式一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法，具體是按照以下步驟制備的:一、將天然石墨粉分散在高氯酸/硝酸混合液中，再在溫度為50°C條件下進(jìn)行氧化與預(yù)膨脹處理，得到表面帶有羧基的可膨脹石墨，其中天然石墨粉與高氯酸/硝酸混合液的質(zhì)量比為20:500 2000;二、將步驟一得到的可膨脹石墨與二氯亞砜混合均勻，然后在溫度為20°C 120°C條件下保持Imin 360min，再真空干燥處理，得到酰氯化可膨脹石墨，其中步驟一得到的可膨脹石墨與二氯亞砜的質(zhì)量比為I 10:100;三、將質(zhì)量濃度為0.05% 5.0%的多羥基富勒烯氯仿溶液加入到步驟二得到的酰氯化可膨脹石墨的氯仿溶液中，然后在溫度為20°C 100°C條件下保持IOmin 480min，再真空干燥處理，得到OH-C6tl/可膨脹石墨共聚物，其中酰氯化可膨脹石墨的氯仿溶液的質(zhì)量濃度為0.05% 2%，OH-C60/可膨脹石墨共聚物中OH-C6tl與可膨脹石墨的質(zhì)量比為0.01 2;四、將步驟三得到的OH-C6tl/可膨脹石墨共聚物和不飽和化合物放入氯仿中，在溫度為60°C 10(TC條件下進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到一種石墨基阻燃用成炭劑，其中步驟三得到的OH-C6tl/可膨脹石墨共聚物與不飽和化合物的質(zhì)量比為100:1 50。本實施方式的有益效果是:1、本實施方式得到的石墨基阻燃用成炭劑與自由基聚合物可以形成共聚物，該共聚物與自由基聚合物基體有非常好的相容性，這極大的降低了使用過程中成成劑在基體中的遷移，杜絕了因成炭劑遷移導(dǎo)致的起霜現(xiàn)象；2、本實施方式將富勒烯與膨脹石墨進(jìn)行化學(xué)鍵結(jié)合，顯著的提高了二者協(xié)同阻燃能力；3、本實施方式制備方法簡單，成本低，合成所需溶劑單一，易于回收與利用，有利于規(guī)模化生產(chǎn)，因此有非常好的應(yīng)用前景。
具體實施方式
二:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟一中高氯酸/硝酸混合液中高氯酸與硝酸的體積比為30:70。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟一中天然石墨粉與高氯酸/硝酸混合液的質(zhì)量比為20:550 1900。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟二中在溫度為30°C 110°C條件下保持IOmin 300min。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
五:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟二中可膨脹石墨與二氯亞砜的質(zhì)量比為2 8:100。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
六:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟三中多羥基富勒烯氯仿溶液的質(zhì)量濃度為1.0% 4.0%。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
七:本實施方式與具體實施方式
一不同的是:步驟三中不飽和化合物為不飽和酸酐、不飽和酰氯和不飽和酸中的一種或幾種組合。其它與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
八:本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是:步驟三中不飽和酸酐為丙烯酸酐、丁烯酸酐、馬來酸酐和4-戊烯酸酐中的一種或幾種組合。其它與具體實施方式
一至七之一相同。
具體實施方式
九:本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是:步驟三中不飽和酰氯為丙烯酰氯、丁烯酰氯、馬來酰氯和4-戊烯酰氯中的一種或幾種組合。其它與具體實施方式
一至七之一相同。
具體實施方式
十:本實施方式與具體實施方式
一至七之一不同的是:步驟三中不飽和酸為丙烯酸、丁烯酸、馬來 酸和4-戊烯酸化合物中的一種或幾種組合。其它與具體實施方式
一至七之一相同。采用以下實施例驗證本發(fā)明的有益效果:實施例一:本實施例一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法，具體是按照以下步驟制備的:一、將天然石墨粉分散在高氯酸/硝酸混合液中，再在溫度為50°C條件下進(jìn)行氧化與預(yù)膨脹處理，得到表面帶有羧基的可膨脹石墨，其中天然石墨粉與高氯酸/硝酸混合液的質(zhì)量比為20:500;二、將步驟一得到的可膨脹石墨與二氯亞砜混合均勻，然后在溫度為100°C條件下保持160min，再真空干燥處理，得到酰氯化可膨脹石墨，其中步驟一得到的可膨脹石墨與二氯亞砜的質(zhì)量比為2:100;三、將質(zhì)量濃度為2.0%的多羥基富勒烯氯仿溶液加入到步驟二得到的酰氯化可膨脹石墨的氯仿溶液中，然后在溫度為80°C條件下保持380min，再真空干燥處理，得到OH-C60/可膨脹石墨共聚物，其中酰氯化可膨脹石墨的氯仿溶液的質(zhì)量濃度為0.5%，OH-C60/可膨脹石墨共聚物中OH-C6tl與可膨脹石墨的質(zhì)量比為I;四、將步驟三得到的OH-C6tl/可膨脹石墨共聚物和不飽和化合物放入氯仿中，在溫度為90°C條件下進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到一種石墨基阻燃用成炭劑，其中步驟三得到的OH-C6tl/可膨脹石墨共聚物與不飽和化合物的質(zhì)量比為100:5。本實施例中步驟四中不飽和化合物為丙烯酸酐。
本實施例石墨基阻燃用成炭劑的透射電鏡圖片如圖1所示。本實施例制備的成炭劑與PS相容性好，極大的降低了使用過程中成炭劑在基體中的遷移，杜絕了因成炭劑遷移導(dǎo)致的起霜現(xiàn)象。將上述實施例制備的成炭劑與PS進(jìn)行熔融混合，并將混合物壓制成阻燃測試樣件，對共混物的氧指數(shù)、成炭防滴落性進(jìn)行了表征，其性能與組成的關(guān)系如下:
權(quán)利要求
1.一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法，其特征在于一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法，具體是按照以下步驟制備的: 一、將天然石墨粉分散在高氯酸/硝酸混合液中，再在溫度為50°c條件下進(jìn)行氧化與預(yù)膨脹處理，得到表面帶有羧基的可膨脹石墨，其中天然石墨粉與高氯酸/硝酸混合液的質(zhì)量比為20:500 2000; 二、將步驟一得到的可膨脹石墨與二氯亞砜混合均勻，然后在溫度為20°C 120°C條件下保持Imin 360min，再真空干燥處理，得到酰氯化可膨脹石墨，其中步驟一得到的可膨脹石墨與二氯亞砜的質(zhì)量比為I 10:100; 三、將質(zhì)量濃度為0.05% 5.0%的多羥基富勒烯氯仿溶液加入到步驟二得到的酰氯化可膨脹石墨的氯仿溶液中，然后在溫度為20°C 100°C條件下保持IOmin 480min，再真空干燥處理，得到OH-C6tl/可膨脹石墨共聚物，其中酰氯化可膨脹石墨的氯仿溶液的質(zhì)量濃度為0.05% 2%，OH-C60/可膨脹石墨共聚物中OH-C6tl與可膨脹石墨的質(zhì)量比為0.01 2; 四、將步驟三得到的OH-C6tl/可膨脹石墨共聚物和不飽和化合物放入氯仿中，在溫度為60°C 100°C條件下迸行酯化反應(yīng)，得到一種石墨基阻燃用成炭劑，其中步驟三得到的OH-C60/可膨脹石墨共聚物與不飽和化合物的質(zhì)量比為100:1 50。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法，其特征在于步驟一中高氯酸/硝酸混合液中高氯酸與硝酸的體積比為30:70。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法，其特征在于步驟一中天然石墨粉與高氯酸/硝酸混合液的質(zhì)量比為20:550 1900。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法，其特征在于步驟二中花溫度為30°C 110°C條件下保持IOmin 300min。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法，其特征在于步驟二中可膨脹石墨與二氯亞砜的質(zhì)量比為2 8:100。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法，其特征在于步驟三中多羥基富勒烯氯仿溶液的質(zhì)量濃度為1.0% 4.0%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法，其特征在于步驟三中不飽和化合物為不飽和酸酐、不飽和酰氯和不飽和酸中的一種或幾種組合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法，其特征在于步驟三中不飽和酸酐為丙烯酸酐、丁烯酸酐、馬來酸酐和4-戊烯酸酐中的一種或幾種組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法，其特征在于步驟三中不飽和酰氯為丙烯酰氯、丁烯酰氯、馬來酰氯和4-戊烯酰氯中的一種或幾種組合。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法，其特征在于步驟三中不飽和酸為丙烯酸、丁烯酸、馬來酸和4-戊烯酸化合物中的一種或幾種組合。
全文摘要
一種石墨基阻燃用成炭劑的制備方法，本發(fā)明涉及阻燃用成炭劑的制備方法。本發(fā)明是要解決阻燃性可膨脹石墨在聚苯乙烯基體及其聚合物溶液中相容性差，難以分散的問題。方法一、制備表面帶有羧基的可膨脹石墨；二、制備酰氯化可膨脹石墨；三、制備OH-C60/可膨脹石墨共聚物；四、制備石墨基阻燃用成炭劑。本發(fā)明得到的石墨基阻燃用成炭劑與自由基聚合物可以形成共聚物，該共聚物與自由基聚合物基體有非常好的相容性；本發(fā)明將富勒烯與膨脹石墨進(jìn)行化學(xué)鍵結(jié)合，提高了阻燃能力；本發(fā)明制備方法簡單，成本低。本發(fā)明用于制備石墨基阻燃用成炭劑。
文檔編號C08L25/06GK103214633SQ201310158709
公開日2013年7月24日 申請日期2013年5月2日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月2日
發(fā)明者黎俊, 黃玉東, 胡楨, 劉麗, 王立軍, 于洪濤, 趙錦豪 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)