[发明专利]一种石墨烯高性能防火涂料的制备方法

说明书

本发明公开了一种石墨烯高性能防火涂料的制备方法，包括下列主要原料：共聚乳液、聚磷酸铵、三聚氰胺、季戊四醇、氧化石墨烯、成膜助剂、分散剂、消泡剂、流平剂、钛白粉和去离子水等，与其它制备工艺相比，工艺成熟，采用甲基丙烯酸酯‑偏氯乙烯共聚乳液、三聚氰胺、聚磷酸铵、季戊四醇以及各类助剂为原料，在一定的工艺技术条件下制备而成，完成了利用共聚乳液实验室制备石墨烯高性能防火涂料的技术，通过多数据的对比试验，获得了氧化石墨烯在高性能防火涂料中的较佳添加量，完成了实验室对石墨烯防火涂料主要性能的测试工作，测试结果表明，所研制的石墨烯防火涂料防火性能优良，具有很好的防火效果。

技术领域

本发明涉及防火涂料制备工艺，更具体地说，尤其涉及一种石墨烯高性能防火涂料的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由一层碳原子构成的二维片状碳纳米材料，它由 sp2杂化的碳原子以蜂窝状分子结构组成的二维晶体，与常用的分子筛、蒙脱土、水滑石等相比，石墨烯具有超高的比表面积 ，理论值约2600m2／g和优异的导电性、导热性、耐热性、力学强度、阻隔性，石墨烯内部碳原子的排列方式与石墨单原子层一样以sp2杂化轨道成键，并有如下的特点：碳原子有4个价电子，其中3个电子生成sp2键，即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子，近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键，新形成的π键呈半填满状态。研究证实，石墨烯中碳原子的配位数为3，每两个相邻碳原子间的键长为1.42×10-10米，键与键之间的夹角为120°，除了σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外，每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键，与苯环类似，当石墨烯涂层被烧焦时，它就会发光，这个炭层密集且连续，它会阻挡表面，阻止氧气进入材料的深处，石墨烯有更多的性能，它传导热量非常好，这意味着局部的热量被传导到其余的材料中并分散，使得火势难以传播，导热和焦炭阻塞产生了所谓的迷宫效应，其中热量和燃烧气体必须遵循通向燃料的曲折路径，并且这有效地防止了火焰的蔓延，除了阻燃效果，石墨烯和氧化石墨烯也具有非常高的表面积。这可以吸附易燃有机挥发物，并阻止其在燃烧过程中的释放和扩散，石墨烯添加剂和涂料很可能会减少火灾中的有毒气体，可以看到石墨烯研究的步伐令人叹为观止。这些新材料有太多的用途，研究表明，在聚合物中加入石墨烯不仅可以提高聚合物的耐热性，还能够改善其阻燃性质，石墨烯常见的粉体生产的方法为机械剥离法、氧化还原法、SiC外延生长法，薄膜生产方法为化学气相沉积法，石墨烯与聚合物分子链在燃烧或受热过程中形成网状结构，该结构降低了分子链的流动性并抑制了热降解产物向外界逸出，因此具有阻燃作用，此外，石墨烯可以显著改善聚甲基丙烯酸甲酯等多种聚合物的耐热性，将石墨烯运用到防火涂料的制备中，是现代防火涂料研究的重要方向。

传统的石墨烯防火涂料在制备过程中存在以下缺点：石墨烯和氧化石墨烯纳米片可作为可与各种液体和聚合物混合的粉末和糊剂获得，这种灵活性使其成为各种产品的理想添加剂和涂料，石墨烯的二维片层结构能在涂料中层层叠加，形成致密的物理隔绝层，提高阻燃性能，石墨烯可以与涂料中树脂进行交联复合，进一步形成一层致密的保护膜，起到阻隔空气的作用，从而发挥阻燃的效果，在高温下石墨烯涂层燃烧产生二氧化碳和水，并生成更加致密、连续的碳层，阻隔作用更强，但是单纯的石墨烯在聚合物成膜物质中难以得到良好的分散，这会严重影响其对聚合物的改性效果，特别是材料的阻燃效果，所以在制备纳米复合材料前，需要先对石墨烯做官能化处理或直接使用氧化石墨烯以改善其分散性等处理，氧化石墨烯与石墨烯一样具有二维片状的分子结构，但边缘和表面处带有环氧基、羟基、羧基和羰基等很多极性官能团，这些基团改善了氧化石墨烯与极性聚合物成膜物质的相容性，从而提高对聚合物的改性效果，因此将氧化石墨烯运用在防火涂料中具备很高的可行性，为此，我们提出一种石墨烯高性能防火涂料的制备方法。

发明内容