本公開屬于阻燃材料領(lǐng)域，具體涉及一種石墨烯阻燃材料及其制備方法和用途。
背景技術(shù)：
1、石墨烯類材料具有優(yōu)異的導熱性(熱導率為5.3×103w/(m·k))、導電性以及良好的氣體阻隔性能。獨特的二維碳原子片層結(jié)構(gòu)可以作為一種良好的阻燃劑來改善聚合物材料的阻燃性能，當添加有石墨烯基的功能涂料本身就是一種阻燃體系，遇到高溫或者明火時候，從微觀角度看，石墨烯片層結(jié)構(gòu)整體上是密集且連續(xù)的，且具有很高的比表面積，它能夠在一定程度上阻止氧氣進入涂層內(nèi)部，且更容易吸附。燃燒過程中產(chǎn)生的有機揮發(fā)物，并阻止其在燃燒過程中的釋放和擴散。此外，石墨烯傳導熱系數(shù)較高，局部產(chǎn)生過高的熱量可以被迅速傳導到材料周圍，使熱量得以良好的擴散，降低材料的燃火點。但現(xiàn)有的以石墨烯為主的功能涂料中，石墨烯的添加量一般較低，且多以高分子樹脂作為粘結(jié)料，而高分子樹脂這類物質(zhì)一般具有易燃、不耐溫等特點，使得涂料的阻燃性能并不理想，甚至會對涂料的正常使用造成安全隱患，尤其是石墨烯隔熱涂層、電熱涂層、散熱涂層等與熱量積聚相關(guān)的功能涂層，在正常使用場景中，極易達到功能涂料的軟化點或燃燒點。目前對于上述問題的解決方法大多采用添加不同類型的阻燃劑以提高涂料的阻燃性能，但為達到理想的阻燃性能，使得阻燃劑的添加量逐步提升，反而會導致涂料的功能性顯著降低。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的是提供一種石墨烯阻燃材料及其制備方法和用途，本發(fā)明制備的石墨烯阻燃材料具有優(yōu)異的阻燃性能，阻燃劑添加量少，阻燃效率高，材料無鹵素、無毒，綠色環(huán)保。
2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明第一方面提供一種石墨烯阻燃材料，其中，所述石墨烯阻燃材料包括石墨烯改性阻燃粉體、高分子粘結(jié)填料和分散劑；所述石墨烯改性阻燃粉體為還原氧化石墨烯粉體與無機阻燃劑接枝反應制得；
3、以石墨烯阻燃材料的總質(zhì)量為基準，所述石墨烯阻燃材料中石墨烯改性阻燃粉體的含量為3～10重量份，高分子粘結(jié)填料的含量為5～40重量份，分散劑的含量為1～8重量份。
4、可選地，所述石墨烯阻燃材料中石墨烯改性阻燃粉體與高分子粘結(jié)填料的質(zhì)量比為(0.075～2)：1。
5、可選地，所述還原氧化石墨烯粉體的片徑為10μm以上，層數(shù)為10層以下，比表面積為200～800m2/g。
6、可選地，所述還原氧化石墨烯粉體包含羥基、羧基和環(huán)氧基中的一種或幾種；
7、所述石墨烯改性阻燃粉體包含磷酸基、馬來酸二磷酸酯基、磷鉬酸基和硼酸基中的一種或幾種。
8、可選地，所述無機阻燃劑包括三聚氰胺磷酸鹽、馬來酸二磷酸酯、磷鉬酸和水合偏硼酸鈉中的一種或幾種；
9、所述高分子粘結(jié)填料包括丙烯酸樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、聚氨酯和有機硅樹脂中的一種或幾種；
10、所述分散劑包括聚吡咯、聚噻吩和羧甲基纖維素中的一種或幾種。
11、本發(fā)明第二方面提供一種采用本發(fā)明第一方面所述的石墨烯阻燃材料制備石墨烯阻燃涂層的方法，其中，該方法包括：
12、s1、將還原氧化石墨烯粉體、無機阻燃劑、無機片型材料、促進劑和偶聯(lián)劑混合反應后，進行干燥處理，得到石墨烯改性阻燃粉體；
13、s2、將所述石墨烯改性阻燃粉體、高分子粘結(jié)填料和分散劑混合，進行分散處理，得到石墨烯阻燃材料；
14、s3、將所述石墨烯阻燃材料涂布于基材表面，形成石墨烯阻燃涂層。
15、可選地，步驟s1中，所述無機阻燃劑包括硼系阻燃劑或磷系阻燃劑中的一種或幾種；所述無機片型材料的徑厚比為80以上，比表面積為200m2/g以上；
16、其中，還原氧化石墨烯粉體、無機阻燃劑和無機片型材料的質(zhì)量比為(0.5～3)：1：(3～10)；
17、所述無機阻燃劑包括三聚氰胺磷酸鹽、馬來酸二磷酸酯、磷鉬酸和水合偏硼酸鈉中的一種或幾種；
18、所述無機片型材料包括蒙脫土、滑石粉、片狀氧化鋁和氮化硼或中的一種或幾種；
19、所述促進劑包括聚乙烯醇、有機鈦酸鹽、烷基磷酸酯、有機硅烷和過氧化氫中的一種或幾種；
20、所述偶聯(lián)劑包括kh550偶聯(lián)劑、kh560偶聯(lián)劑和kh570偶聯(lián)劑中的一種或幾種。
21、可選地，步驟s1中，反應溫度為75～90℃，反應時間為0.5～3h，所述干燥處理的方式采用噴霧干燥或冷凍干燥中的一種，所述干燥處理的溫度為120～180℃，所述干燥處理的時間為1～5h；
22、步驟s2中，所述分散處理的轉(zhuǎn)速為300～800rpm/min，時間為0.5～3h。
23、本發(fā)明第三方面提供一種采用本發(fā)明第二方面所述的方法制備的石墨烯阻燃涂層。
24、本發(fā)明第四方面提供本發(fā)明第一方面所述的石墨烯阻燃材料在阻燃塑料、阻燃橡膠或阻燃編織物中，涉及服裝、石油、化工、冶金、造船、消防等領(lǐng)域。
25、通過上述技術(shù)方案，本發(fā)明首先將無機阻燃劑接枝到還原氧化石墨烯片層多個點位，并復配無機片型材料，由于還原氧化石墨烯的片層較大，具備一定阻隔性，且接枝在還原氧化石墨烯表面官能團上的硼系/磷系阻燃劑能夠在燃燒時吸收熱量，使制備得到的石墨烯改性阻燃粉體能夠有效發(fā)揮阻止氧氣進入且減緩熱燃燒速率的作用，同時，添加的無機片型材料能夠進一步提升阻燃粉體的阻隔性能，使得本發(fā)明的石墨烯改性阻燃粉體具備優(yōu)異的阻燃性能，再將石墨烯改性阻燃粉體與高分子粘結(jié)填料混合，制備得到石墨烯阻燃材料，實現(xiàn)僅添加少量阻燃劑即可制備出高阻燃效率的石墨烯阻燃材料。將本發(fā)明制備的石墨烯阻燃材料應用到散熱涂料、電熱涂料或隔熱涂料等功能涂料中，阻燃成分能夠充分均勻地分散在涂料體系中，充分發(fā)揮石墨烯與阻燃劑良好的協(xié)同效應，使得在不降低涂料功能性的同時，能夠有效抑制功能涂料的易燃特性。
26、本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點將在隨后的具體實施方式部分予以詳細說明。
1.一種石墨烯阻燃材料，其中，所述石墨烯阻燃材料包括石墨烯改性阻燃粉體、高分子粘結(jié)填料和分散劑；所述石墨烯改性阻燃粉體為還原氧化石墨烯粉體與無機阻燃劑接枝反應制得；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯阻燃材料，其中，所述石墨烯阻燃材料中石墨烯改性阻燃粉體與高分子粘結(jié)填料的質(zhì)量比為(0.075～2)：1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯阻燃材料，其中，所述還原氧化石墨烯粉體的片徑為10μm以上，層數(shù)為10層以下，比表面積為200～800m2/g。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯阻燃材料，其中，所述還原氧化石墨烯粉體包含羥基、羧基和環(huán)氧基中的一種或幾種；
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的石墨烯阻燃材料，其中，所述無機阻燃劑包括三聚氰胺磷酸鹽、馬來酸二磷酸酯、磷鉬酸和水合偏硼酸鈉中的一種或幾種；
6.采用權(quán)利要求1～5中任意一項所述的石墨烯阻燃材料制備石墨烯阻燃涂層的方法，其中，該方法包括：
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，步驟s1中，所述無機阻燃劑包括硼系阻燃劑或磷系阻燃劑中的一種或幾種；所述無機片型材料的徑厚比為80以上，比表面積為200m2/g以上；
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其中，步驟s1中，反應溫度為75～90℃，反應時間為0.5～3h，所述干燥處理的方式采用噴霧干燥或冷凍干燥中的一種，所述干燥處理的溫度為120～180℃，所述干燥處理的時間為1～5h；
9.采用權(quán)利要求6所述的方法制備的石墨烯阻燃涂層。
10.權(quán)利要求1～5中任意一項所述的石墨烯阻燃材料在阻燃塑料、阻燃橡膠或阻燃編織物中的用途。