[发明专利]阻燃石墨烯-埃洛石复合气凝胶材料及其制备方法

摘要

本发明提供阻燃石墨烯‑埃洛石复合气凝胶材料及其制备方法，将埃洛石分散液与六溴环十二烷的混合溶液聚合后得到埃洛石分散液，再配制浓H₂SO、石墨粉和KMnO₄的分散液，将上述两种分散液混合后向其中加入引发剂和双酚双(磷酸二苯酯)后继续反应，得到石墨烯‑埃洛石复合气凝胶材料。采用具有微孔结构的中空纤维为原料，搭建三维气凝胶网络，利用气凝胶的介孔结构和纤维的微孔结构，分别负载六溴环十二烷与双酚双(磷酸二苯酯)，将不同特性阻燃剂结合，实现协同阻燃效果。

主权项

1.阻燃石墨烯‑埃洛石复合气凝胶材料，其特征在于：石墨烯‑埃洛石复合气凝胶材料平均比表面积为601‑605m²g^‑1，石墨烯‑埃洛石复合气凝胶材料中同时存在纳米尺度和微米尺度孔隙，纳米尺度孔隙平均为10‑11nm，微米尺度孔隙平均为20‑21μm，按照下述步骤进行：步骤1，将0.6‑12重量份埃洛石纳米管加入到50重量份去离子水和50重量份乙醇的混合液中，超声分散均匀，得到埃洛石分散液，将0.6‑12重量份苯乙烯磺酸钠，0.06‑1.8重量份聚二乙烯基硅氧烷，0.01‑0.4重量份引发剂，0.08‑9重量份六溴环十二烷加入到50重量份去离子水和50重量份乙醇的混合液中，搅拌均匀后将上述溶液加入到埃洛石分散液中，超声分散均匀，抽真空后保持真空，随后恢复到常压，重复抽真空步骤三次后，将产物洗涤后，分散于100重量份水中，水浴升温至70‑80℃下引发聚合反应，聚合时间至少为50h，洗涤分散至100重量份水中，得到步骤1的分散液；聚二乙烯基硅氧烷为数均分子量500‑5000，优选1000—3000，乙烯基含量摩尔百分数(即乙烯基摩尔数与整个氨基单封端的聚二甲基二乙烯基硅氧烷摩尔数的比例)0.1‑5％的氨基单封端的聚二甲基二乙烯基硅氧烷或者氨基双封端的聚二甲基二乙烯基硅氧烷；步骤2，将0.8‑8重量份浓H₂SO₄和0.3‑12重量份石墨粉混合，加入0.6‑12重量份KMnO₄，将上述混合物置于冰水浴中搅拌反应至少12h后，向其中加入75‑225重量份水，搅拌均匀后，向上述溶液中加入360‑520重量份水和9‑52重量份H₂O₂，搅拌均匀，产物洗涤至接近中性后，向产物中加入100重量份水，超声分散均匀，得到步骤2的分散液；步骤3，将步骤1和步骤2的分散液混合后，向其中加入0.01‑1.5重量份引发剂，0.03‑6重量份双酚双(磷酸二苯酯)，搅拌均匀后，水浴升温至70‑80℃下引发聚合反应，聚合时间至少为60h后，向上述反应液中加入0.7‑12重量份抗坏血酸后继续反应10‑40h后，将产物置于CO₂超临界高压萃取装置中，以CO₂为介质在温度31‑56℃和气压6‑12MPa下进行超临界干燥至少1h，即可得到阻燃石墨烯‑埃洛石复合气凝胶材料；埃洛石纳米管管壁内侧带有正电荷，管壁外侧带有负电荷，步骤1中加入的苯乙烯磺酸钠带有负电荷，苯乙烯磺酸钠通过静电作用吸附在埃洛石纳米管内壁上，同时在步骤1中加入的聚二乙烯基硅氧烷、引发剂和六溴环十二烷也分散至埃洛石纳米管中空结构中，埃洛石纳米管中空结构为阻燃石墨烯‑埃洛石复合气凝胶材料提供微孔结构，在经过抽真空、洗涤后，聚二乙烯基硅氧烷与苯乙烯磺酸钠发生共聚，形成埃洛石纳米管内部形成交联结构，将六溴环十二烷负载在埃洛石纳米管内，步骤3使得位于埃洛石纳米管中空结构外的聚二乙烯基硅氧烷上的乙烯基功能团之间在引发剂的作用下发生聚合，以使埃洛石纳米管和聚二乙烯基硅氧烷共同形成三维网状结构，步骤2中加入的浓H₂SO₄、石墨粉与KMnO₄发生反应形成石墨烯，石墨烯片层成功构建为网络孔隙结构，上述三维网状结构与石墨烯片层构建而成的网络孔隙结构共同形成了三维网络孔隙结构，上述三维网络孔隙结构为阻燃石墨烯‑埃洛石复合气凝胶材料提供介孔结构，同时将双酚双(磷酸二苯酯)负载在介孔结构中。