專利名稱：一種低起始膨脹溫度可膨脹石墨的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可膨脹石墨的制備方法，尤其涉及一種低起始膨脹溫度可膨脹石 墨的制備方法。
背景技術(shù)：
可膨脹石墨是近二十年來新出現(xiàn)的一種重要無機(jī)非金屬材料，具有良好的可膨 脹性，其制成品具有防輻射、絕熱、潤滑、可塑性以及良好的化學(xué)穩(wěn)定性和柔韌性、密封性， 廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金、化工、醫(yī)療、機(jī)械制造及國防等領(lǐng)域。低起始膨脹溫度可膨脹石墨 的應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛?？膳蛎浭闹苽浞椒ㄓ谢瘜W(xué)氧化法和電化學(xué)法。中國專利公 告號(hào)CN100400416C的專利文獻(xiàn)公告了一種高起始膨脹溫度可膨脹石墨的制備方法，該 方法采用封閉劑和硫酸混合液浸泡天然鱗片石墨，加氧化劑進(jìn)行反應(yīng)，制得酸性石墨，然 后進(jìn)行脫色、水洗、陳化、洗滌、烘干。該方法制得的可膨脹石墨廣泛應(yīng)用于工程塑料的阻 燃材料，但這種可膨脹石墨的起始膨脹溫度為300°C，不能作為低溫阻燃材料。專利文獻(xiàn) CN101327926A公開了一種低溫可膨脹石墨的制備方法，起始膨脹溫度為160°C。在現(xiàn)有技 術(shù)中，起始膨脹溫度為75士5°C的低溫可膨脹石墨的制備方法尚未見報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種起始膨脹溫度低(75士5°C )，性能穩(wěn)定， 可作為低溫阻燃材料的可膨脹石墨的制備方法。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案一種低起始膨脹溫度可膨脹石墨的制備方法，其特征包括以下步驟(1)第一次插層反應(yīng)將石墨放入質(zhì)量為石墨質(zhì)量的0. 3-0. 9倍、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65-95%的硝酸中，攪拌 20-60分鐘，反應(yīng)溫度為20-50°C，制得石墨層間化合物；(2)加入穩(wěn)定劑加入質(zhì)量為石墨質(zhì)量的0. 05-0. 1 %的有機(jī)酸，攪拌；(3)第二次插層反應(yīng)加入質(zhì)量為石墨質(zhì)量的0. 1-0. 6倍的低沸點(diǎn)有機(jī)混合液，攪拌20-60分鐘，反應(yīng)溫 度為20-50°C，制得酸性石墨；⑷洗滌用水將酸性石墨洗滌至pH = 6-7，離心甩干；(5)烘干將甩干后的石墨在20-60°C烘干，直至石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%，制得可膨脹石墨。所述有機(jī)酸為馬來酸或/和反丁烯二酸。所述低沸點(diǎn)有機(jī)混合液選自下列有機(jī)混合液之一甲酸和丙酮、乙酸和丙酮。
所述石墨為天然鱗片石墨。本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有以下顯著進(jìn)步1、制備的可膨脹石墨開始膨脹溫度 為75士5°C，可用作低溫阻燃材料；2、產(chǎn)品表面潔凈，不含酸、堿物質(zhì)；3、產(chǎn)品流動(dòng)性好，對(duì) 空氣穩(wěn)定，不吸濕；4、制備工藝簡單，易于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，所給出的實(shí)施例中所用石墨為50 目天然鱗片石墨。實(shí)施例1將IOg含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99 %的天然鱗片石墨加入3g 95 %硝酸中，不斷攪拌下，反 應(yīng)30分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入馬來酸O.Olg，攪拌反應(yīng)5分鐘。將產(chǎn)品置 于甲酸和丙酮的混合液中(其中甲酸lg、丙酮2. 4g)，反應(yīng)30分鐘，得酸性石墨。水洗酸 性石墨至PH = 6，離心甩干，35°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為止，得可膨脹石 墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為M5mL/g，起始膨脹溫度為75°C。實(shí)施例2將IOg含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的天然鱗片石墨加入6g 95%硝酸中，不斷攪拌下， 反應(yīng)30分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入馬來酸O.Olg，攪拌反應(yīng)5分鐘。將產(chǎn)品 置于甲酸和丙酮的混合液中(其中甲酸2g、丙酮2. 4g)，反應(yīng)30分鐘，得酸性石墨。水洗 酸性石墨至PH = 6，離心甩干，35°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為止，得可膨脹 石墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為250mL/g，起始膨脹溫度為71°C。實(shí)施例3將IOg含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的天然鱗片石墨加入5g 95%硝酸中，不斷攪拌下， 反應(yīng)30分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入馬來酸O.Olg，攪拌反應(yīng)5分鐘。將產(chǎn)品 置于乙酸和丙酮的混合液中(其中乙酸2g、丙酮2. 4g)，反應(yīng)30分鐘，得酸性石墨。水洗 酸性石墨至PH = 6，離心甩干，45°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為止，得可膨脹 石墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為M0mL/g，起始膨脹溫度為78°C。實(shí)施例4將IOg含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的天然鱗片石墨加入6g 90%硝酸中，不斷攪拌下， 反應(yīng)30分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入馬來酸O.Olg，攪拌反應(yīng)5分鐘。將產(chǎn)品 置于乙酸和丙酮的混合液中(其中乙酸1. Sg、丙酮2g)，反應(yīng)30分鐘，得酸性石墨。水洗 酸性石墨至PH = 6，離心甩干，45°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為止，得可膨脹 石墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為250mL/g，起始膨脹溫度為73°C。實(shí)施例5將IOg含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的天然鱗片石墨加入5g 90%硝酸中，不斷攪拌下， 反應(yīng)30分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入馬來酸O.Olg，攪拌反應(yīng)5分鐘。將產(chǎn)品 置于甲酸和丙酮的混合液中(其中甲酸2g、丙酮2. 4g)，反應(yīng)30分鐘，得酸性石墨。水洗 酸性石墨至PH = 6，離心甩干，45°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為止，得可膨脹 石墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為253mL/g，起始膨脹溫度為71°C。實(shí)施例6
將IOg含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的天然鱗片石墨加入4g 95%硝酸中，不斷攪拌下， 反應(yīng)30分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入反丁烯二酸O.Olg，攪拌反應(yīng)5分鐘。將 產(chǎn)品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中甲酸2g、丙酮2. 2g)，反應(yīng)30分鐘，得酸性石墨。 水洗酸性石墨至PH = 6，離心甩干，35°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為止，得可 膨脹石墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為250mL/g，起始膨脹溫度為74°C。實(shí)施例7將IOg含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的天然鱗片石墨中加入6g85%硝酸中，不斷攪拌 下，反應(yīng)60分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入馬來酸O.Olg，攪拌反應(yīng)5分鐘。將 產(chǎn)品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中甲酸1. Sg、丙酮2. 4g)，反應(yīng)20分鐘，得酸性石墨。 水洗酸性石墨至PH = 6，離心甩干，50°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為止，得可 膨脹石墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為M8mL/g，起始膨脹溫度為79°C。實(shí)施例8將IOg含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的天然鱗片石墨加入6g85%硝酸中，不斷攪拌下， 反應(yīng)30分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入馬來酸O.Olg，攪拌反應(yīng)4分鐘。將產(chǎn)品 置于甲酸和丙酮的混合液中(其中甲酸2. 4g、丙酮2g)，反應(yīng)30分鐘，得酸性石墨。水洗 酸性石墨至PH = 6，離心甩干，35°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為止，得可膨脹 石墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為245mL/g，起始膨脹溫度為80°C。實(shí)施例9將IOg含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的天然鱗片石墨加入9g65%硝酸中，不斷攪拌下， 反應(yīng)30分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入馬來酸0. 006g，攪拌反應(yīng)5分鐘。將產(chǎn)品 置于甲酸和丙酮的混合液中(其中甲酸2g、丙酮2. 4g)，反應(yīng)30分鐘，得酸性石墨。水洗 酸性石墨至PH = 6，離心甩干，45°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為止，得可膨脹 石墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為251mL/g，起始膨脹溫度為75°C。實(shí)施例10將IOg含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的天然鱗片石墨加入3g95%硝酸中，不斷攪拌下， 反應(yīng)30分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入反丁烯二酸O.Olg，攪拌反應(yīng)5分鐘。將 產(chǎn)品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中甲酸2g、丙酮2. 4g)，反應(yīng)60分鐘，得酸性石墨。 水洗酸性石墨至PH = 6，離心甩干，35°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為止，得可 膨脹石墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為220mL/g，起始膨脹溫度為78°C。實(shí)施例11將IOg含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的天然鱗片石墨加入6g 83%硝酸中，不斷攪拌下， 反應(yīng)30分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入反丁烯二酸O.Olg，攪拌反應(yīng)5分鐘。將 產(chǎn)品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中甲酸3g、丙酮3g)，反應(yīng)20分鐘，得酸性石墨。水 洗酸性石墨至PH = 6，離心甩干，35°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為止，得可膨 脹石墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為250mL/g，起始膨脹溫度為74°C。實(shí)施例12將IOg含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的天然鱗片石墨中加入6g 95%硝酸混合，不斷攪 拌下，反應(yīng)30分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入反丁烯二酸0. 01g，攪拌反應(yīng)5分 鐘。將產(chǎn)品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中甲酸2g、丙酮2. 4g)，反應(yīng)30分鐘，得酸性石墨。水洗酸性石墨至PH = 6，離心甩干，40°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %止， 得可膨脹石墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為M0mL/g，起始膨脹溫度為80°C。實(shí)施例13將IOg含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99 %的天然鱗片石墨加入3g 95 %硝酸中，不斷攪拌下，反 應(yīng)20分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入馬來酸O.Olg，攪拌反應(yīng)5分鐘。將產(chǎn)品置 于甲酸和丙酮的混合液中(其中甲酸0.3g、丙酮0.7g)，反應(yīng)20分鐘，得酸性石墨。水洗 酸性石墨至PH = 6，離心甩干，20°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為止，得可膨脹 石墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為200mL/g，起始膨脹溫度為78°C。實(shí)施例14將IOg含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的天然鱗片石墨加入9g 65%硝酸中，不斷攪拌下， 反應(yīng)60分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入馬來酸0. 005g，攪拌反應(yīng)5分鐘。將產(chǎn)品 置于乙酸和丙酮的混合液中(其中乙酸2. 5g、丙酮3. 5g)，反應(yīng)60分鐘，得酸性石墨。水 洗酸性石墨至PH = 7，離心甩干，50°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為止，得可膨 脹石墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為230mL/g，起始膨脹溫度為76°C。實(shí)施例15將IOg含碳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99 %的天然鱗片石墨加入4g 90 %硝酸中，不斷攪拌下，反 應(yīng)40分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入反丁烯二酸O.Olg，攪拌反應(yīng)6分鐘。將產(chǎn) 品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中甲酸2g、丙酮3g)，反應(yīng)40分鐘，得酸性石墨。水洗 酸性石墨至pH = 6. 5，離心甩干，30°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1 %止，得可膨 脹石墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為230mL/g，起始膨脹溫度為74°C。實(shí)施例16將IOg含碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99%的天然鱗片石墨中加入5g 80%硝酸中，不斷攪拌 下，反應(yīng)50分鐘，得硝酸石墨層間化合物。之后，加入反丁烯二酸0. 008g,攪拌反應(yīng)7分鐘。 將產(chǎn)品置于乙酸和丙酮的混合液中(其中乙酸2. 5g、丙酮3. 5g)，反應(yīng)60分鐘，得酸性石 墨。水洗酸性石墨至PH = 7，離心甩干，50°C烘干至可膨脹石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為止， 得可膨脹石墨產(chǎn)品。在600°C測得膨脹容積為236mL/g，起始膨脹溫度為70°C。
權(quán)利要求
1.一種低起始膨脹溫度可膨脹石墨的制備方法，其特征包括以下步驟(1)第一次插層反應(yīng)將石墨放入質(zhì)量為石墨質(zhì)量的0. 3-0. 9倍、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為65-95%的硝酸中，攪拌20-60 分鐘，反應(yīng)溫度為20-50°C，制得石墨層間化合物；(2)加入穩(wěn)定劑加入質(zhì)量為石墨質(zhì)量的0. 05-0. 1 %的有機(jī)酸，攪拌；(3)第二次插層反應(yīng)加入質(zhì)量為石墨質(zhì)量的0. 1-0. 6倍的低沸點(diǎn)有機(jī)混合液，攪拌20-60分鐘，反應(yīng)溫度為 20-50°C，制得酸性石墨；(4)洗滌用水將酸性石墨洗滌至PH = 6-7，離心甩干；(5)烘干將甩干后的石墨在20-60°C烘干，直至石墨中水的質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于1%，制得可膨脹石墨。
2.如權(quán)利要求1所述的一種低起始膨脹溫度可膨脹石墨的制備方法，其特征在于所述 步驟O)中的有機(jī)酸為馬來酸或/和反丁烯二酸。
3.如權(quán)利要求2所述的一種低起始膨脹溫度可膨脹石墨的制備方法，其特征在于所述 步驟(3)中的低沸點(diǎn)有機(jī)混合液選自下列有機(jī)混合液之一甲酸和丙酮、乙酸和丙酮。
4.如權(quán)利要求1、2、3所述的一種低起始膨脹溫度可膨脹石墨的制備方法，其特征在于 所述石墨為天然鱗片石墨。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種低起始膨脹溫度可膨脹石墨的制備方法。該方法采用硝酸浸泡天然鱗片石墨，加穩(wěn)定劑充分?jǐn)嚢?，再加入低沸點(diǎn)有機(jī)混合液進(jìn)行反應(yīng)，經(jīng)過水洗、烘干制得膨脹容積200-253ml/g，起始膨脹溫度75±5℃，pH＝6-7的可膨脹石墨。用本發(fā)明制得的可膨脹石墨，產(chǎn)品表面潔凈，不含酸性和堿性物質(zhì)，流動(dòng)性好，不吸濕，對(duì)空氣穩(wěn)定，可作為塑料和橡膠等物質(zhì)的阻燃材料，并可廣泛應(yīng)用于鋼鐵、冶金、化工、機(jī)械制造及國防軍事等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C01B31/04GK102126719SQ201010000588
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月14日
發(fā)明者劉卉閔, 宋克敏, 王玲 申請人:河北農(nóng)業(yè)大學(xué)