二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨阻燃保溫復合材料的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨阻燃保溫復合材料的制備方法。所述方法以二甲基亞砜、鈦酸四丁酯、聚偏氟乙烯和膨脹石墨等為主要試劑，首先對聚偏氟乙烯和膨脹石墨分別進行化學堿化和化學氧化處理，然后在二甲基亞砜溶劑中配制鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液，隨后對混合溶液進行凝膠化和陳化處理，最后將凝膠化和陳化處理后的復合材料分別于100~105℃、190~200℃溫度下進行烘干熱處理，制備二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨阻燃保溫復合材料。本發(fā)明制備的復合材料具有機械強度高，可加工性能好，阻燃保溫性能優(yōu)良等優(yōu)點。
【專利說明】二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨阻燃保溫復合材料的制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種膨脹石墨基阻燃保溫材料的制備方法，尤其是二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨復合材料的制備方法。

【背景技術】
[0002]隨著節(jié)能環(huán)保工作的不斷推進，歐美各發(fā)達國家自20世紀70年代起，在保溫阻燃材料方面相繼開展了卓有成效的工作，頒布了一系列隔熱保溫標準和節(jié)能法規(guī)，制定了建筑保溫材料的技術規(guī)范，限定了建筑保溫材料的防火要求。與歐美發(fā)達國家的保溫阻燃材料相比，中國保溫材料的節(jié)能保溫性能差、防火阻燃的性能較低，繼而致使單位建筑面積傳熱量高，建筑能耗大。
[0003]目前，阻燃保溫材料正朝著節(jié)能高效、高強低質、防水防潮和隔熱阻燃的方向發(fā)展，大力發(fā)展新型保溫阻燃材料，優(yōu)化其成型制備工藝，降低生產(chǎn)成本，提高其保溫阻燃效能，使其符合建筑節(jié)能保溫要求日益受到關注。目前，中國無機類的墻體保溫材料主要有石膏板、石膏空心條板、紙面石膏板、加氣混凝土、空心空心磚和砌塊，近年來又發(fā)展了彩鋼泡沫夾芯板、巖棉及玻璃夾芯板等多種輕質大板結構材料，但這些材料價格高、防潮防水性能差，并且其工程處置性能欠佳，較難在工程建設中推廣應用。此外，水泥膨脹珍珠巖、加氣混凝土塊、爐渣等無機保溫材料也存在韌性小、耐化學試劑腐蝕性差的缺陷。工程應用的墻體有機保溫材料主要有聚苯乙烯、聚乙烯、聚氨酯泡沫、聚苯板、酚醛泡沫等，這些有機保溫材料重量輕、可加工性好、保溫隔熱效果好，但其存在受壓變形大、耐高溫性能差的缺點。專利CN 101831168A提及了一種噴涂型、高阻燃性能的聚氨酯硬泡外墻保溫材料的制備技術，應用該技術制備的聚氨酯材料能有效起到保溫阻燃的作用，但其噴涂工序存在對大氣環(huán)境危害大的缺陷，而且生產(chǎn)過程中存在較大的火災安全隱患。專利CN 103011690A提及以聚苯乙烯粒子、膨脹珍珠巖、玻璃微珠、無機纖維、阻燃劑熱固化樹脂為主要原料制備一種復合外墻保溫材料，該復合材料雖然具有良好的保溫性能，但其阻燃性能欠佳，將其用作墻體保溫阻燃材料依然存在較大的火災安全隱患。專利CN 103373833A和CN 103373834A分別提及了以聚偏氟乙烯、聚醚砜與三氧化二鋁和硅酸鋁陶瓷纖維為主要原料，制備了新型無機-有機復合保溫阻燃材料，其保溫和阻燃性能優(yōu)良，但采用該技術制備的阻燃材料機械加工性能欠佳。此外，也有研宄報道應用膨脹石墨和聚苯乙烯制備石墨聚苯板阻燃材料，該材料的保溫阻燃性能優(yōu)良，但該技術的制備成本較高，并且膨脹石墨和聚苯乙烯親和力較小，繼而其工程處置性能較差。因而，積極研發(fā)高溫阻燃性能優(yōu)良、高強輕質、防水防潮、物理化學性能穩(wěn)定、生產(chǎn)工序環(huán)境危害小的新型無機-有機復合材料，是積極拓展綠色、節(jié)能、環(huán)保建筑材料應用、繼而大力推進新型城鎮(zhèn)化建設的重要舉措。
[0004]膨脹石墨是一種新型的碳素材料，其由天然鱗片石墨與插層劑反應生成石墨層間化合物然后經(jīng)高溫膨化而成。膨脹石墨硬度低、可切割性好、并可任意卷繞、彎折，并且其熱傳導性能差。膨脹石墨不燃燒、熱穩(wěn)定性好，可在-200°C ~1650°C溫度范圍內長期使用，其高溫下不氧化、不蠕變、不軟化，低溫條件下時不發(fā)脆、不斷裂，而且不因壓力、溫度交變或振動而產(chǎn)生大的形變。此外，由于膨脹石墨為蠕蟲狀，其結構松散、多孔柔軟、表面積和表面能大，在高溫受熱過程中，能有效吸附有害的氣態(tài)污染物。由此可見，膨脹石墨是一種性能優(yōu)異的保溫阻燃材料，其用作建筑類阻燃保溫材料已受到廣泛關注，但其松散結構使其成型加工性能差。二氧化鈦是一種綜合性能優(yōu)良的陶瓷材料，其熱穩(wěn)定性好，耐化學試劑侵蝕。聚偏氟乙烯是一種綜合性能優(yōu)異的熱塑性高分子材料，其力學性能優(yōu)良，韌性高、抗拉伸和彎曲，并且其耐熱性能較佳。若采用涂覆和共混技術，將二氧化鈦和聚偏氟乙烯聚合物同膨脹石墨相復合，并添加適量磷酸酯類阻燃劑和硅烷類增韌劑，制備膨脹石墨基的無機-有機復合材料，該復合材料將兼有二氧化鈦、聚偏氟乙烯和膨脹石墨的優(yōu)異物理化學特性，繼而將表現(xiàn)出優(yōu)良的阻燃保溫性能。


【發(fā)明內容】

[0005]為克服現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨復合材料的制備方法。該發(fā)明具有簡單可行、操作簡便、機械強度高、可加工性能好和阻燃保溫性能優(yōu)良等優(yōu)點。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨復合材料的制備方法，所述方法包括如下步驟:
(1)聚偏氟乙烯粉末和膨脹石墨粉末的預處理:
①聚偏氟乙烯粉末的堿化處理:
將8~12g聚偏氟乙稀粉末加入到體積為lOOmL、濃度為4~6mol/L的氫氧化鈉水溶液中進行堿化處理，使聚偏氟乙烯中有碳碳雙鍵、羥基等官能基團生成，堿化過程中水浴控制溶液溫度為70~80°C，并磁力攪拌溶液；充分攪拌堿化處理Ih后對混合溶液進行過濾，并用去離子水多次洗滌聚偏氟乙烯粉末，直至洗滌水的PH值呈中性；之后將堿化處理后的聚偏氟乙烯粉末置于烘箱中，于100~110°C干燥處理9~12h ；
②膨脹石墨粉末的化學氧化處理:
首先將3~5g膨脹石墨粉末置于250mL圓底燒瓶中，然后將20~25g質量百分濃度為98%的濃硫酸緩緩倒入圓底燒瓶中，冰水浴條件下攪拌30~60min，之后再將1~1.5g高錳酸鉀固體加入到圓底燒瓶中，并將溶液的溫度升至50~55°C，此溫度下攪拌反應2~3h，使膨脹石墨中有含氧官能基團生成；反應2~3h后將體積為lOOmL、質量百分濃度為7~10%的過氧化氫水溶液加入圓底燒瓶內，并繼續(xù)攪拌30min ；30min后將溶液溫度冷卻至室溫，對膨脹石墨粉末進行過濾分離，并用去離子水洗滌膨脹石墨粉末，直至洗滌水的PH值呈中性；之后將化學氧化處理后的膨脹石墨粉末置于烘箱中干燥10~15h，干燥溫度為100~110°C ;
(2)鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液的配制:
①所用化學試劑:
主要化學試劑包括:二甲基亞砜、堿化處理的聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、異丙苯基苯基磷酸酯、鈦酸四丁酯、3-氨丙基三甲氧基硅烷和化學氧化處理的膨脹石墨，上述各試劑用量有如下質量比例關系:一■甲基亞諷:聚偏氣乙稀:異丙苯基苯基憐酸醋:聚乙稀卩比略燒酬:欽酸四丁醋:3-氣丙基二甲氧基娃燒:膨脹石墨=50:4~6:I:0.5:2~3:I:3~5 ； ②鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液的配制過程:
a、上述各種化學試劑的加入順序是:首先加入二甲基亞砜，然后依次加入堿化處理的聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮，攪拌使聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮完全溶解；之后依次將鈦酸四丁酯、3-氨丙基三甲氧基硅烷和異丙苯基苯基磷酸酯加入到溶液中，充分攪拌使各組分共混均勻；最后向溶液中加入化學氧化處理膨脹石墨粉末；
b、首先將50g的二甲基亞砜溶劑倒入燒杯中，并將二甲基亞砜溶劑加熱至80~85°C，然后向溶劑中依次加入4~6g堿化處理的聚偏氟乙烯粉末和0.5g聚乙烯吡咯烷酮粉末，磁力攪拌使其充分溶解；待聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮完全溶解后，再向溶液中依次加入2~3g鈦酸四丁酯、Ig三甲氧硅烷和Ig異丙苯基苯基磷酸酯，磁力攪拌使溶液充分混合，自聚偏氟乙烯加入開始到異丙苯基苯基磷酸酯加入并混合均勻的整個過程中，混合溶液的溫度保持在80~85°C之間；待鈦酸四丁酯、三甲氧硅烷和異丙苯基苯基磷酸酯加入并混合均勻后，再向混合溶液中加入3~5g經(jīng)化學氧化處理的膨脹石墨粉末，之后將混合溶液冷卻至室溫，并水浴超聲震蕩10~15min，水浴溫度為40~50°C，超聲頻率為40kHz，使膨脹石墨粉末在混合溶液中充分分散，得到黑色的漿液，即為鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液；
(3)二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨阻燃保溫材料的制備:
a、首先將鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液傾倒在潔凈的玻璃板上，并用玻璃棒輕輕推移混合溶液使其在玻璃板上形成厚度均一的液態(tài)薄層；
b、首先將表面涂覆有鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙稀-膨脹石墨混合溶液薄層的玻璃板浸于溫度為40~50°C自來水中，15~25min后將玻璃板從自來水中取出，并用干燥的濾紙去除玻璃板上殘留的水滴，這時玻璃板上的液態(tài)薄層已凝膠化，之后將玻璃板上涂覆的凝膠化薄層在室溫水解陳化處理4~6h ;
c、將室溫陳化處理的鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨凝膠化薄層材料置于烘箱中干燥，首先在100~105°C溫度下干燥處理1h后，之后將烘箱溫度以5°C /min升溫速率升高至190~200°C，并在此溫度下繼續(xù)烘干處理60~90min，烘干處置過程中烘出的有機廢氣由集氣罩收集后經(jīng)活性炭吸附處理排放，之后關閉烘箱電源并使烘箱溫度自然冷卻至室溫，待烘箱溫度冷卻至室溫后，將玻璃板從烘箱中取出，并將烘干處理的薄層材料從玻璃板上剝離下來，即得二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨阻燃保溫復合材料。
[0007]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點:
1、本發(fā)明具有簡單可行、操作簡便的優(yōu)點；
2、應用本發(fā)明制備的二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨復合材料阻燃保溫性能優(yōu)良；
3、應用本發(fā)明制備的二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨復合材料具有良好的機械加工性能。

【具體實施方式】
[0008]實施例1 將8g聚偏氟乙烯粉末加入到體積為lOOmL、濃度為4mol/L的氫氧化鈉水溶液中進行堿化處理，堿化過程中水浴控制溶液溫度為70°C并磁力攪拌，攪拌反應Ih后對混合溶液進行過濾，并用去離子水多次洗滌聚偏氟乙烯粉末，直至洗滌水的PH值呈中性，之后將堿化處理后的聚偏氟乙烯粉末置于烘箱中，于100 V干燥處理9h ;將3g膨脹石墨粉末置于250mL圓底燒瓶中，并將20g質量百分濃度為98%的濃硫酸緩緩倒入圓底燒瓶中，冰水浴條件下攪拌30min，之后再將Ig的高錳酸鉀固體加入到圓底燒瓶中，并將溶液的溫度升至500C，此溫度下攪拌反應2h，反應2h后將體積為lOOmL、質量百分濃度為7%的過氧化氫水溶液加入圓底燒瓶內，并繼續(xù)攪拌30min，30min后將溶液溫度冷卻至室溫，對膨脹石墨粉末進行過濾分離，并用去離子水洗滌膨脹石墨粉末，直至洗滌水的PH值呈中性；之后將化學氧化處理后的膨脹石墨粉末置于烘箱中干燥10h，干燥溫度為100°C ;
所用化學試劑主要有二甲基亞砜、堿化處理的聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、異丙苯基苯基磷酸酯、鈦酸四丁酯、3-氨丙基三甲氧基硅烷和化學氧化處理的膨脹石墨，上述各試劑用量有如下質量比例關系:一■甲基亞諷:聚偏氣乙稀:異丙苯基苯基憐酸醋:聚乙稀卩比略燒酬:欽酸四丁醋:3-氣丙基二甲氧基娃燒:膨脹石墨=50:4:1:0.5:2:1:3 ;首先將50g的二甲基亞砜溶劑倒入燒杯中，并將二甲基亞砜溶劑加熱至80°C，然后向溶劑中依次加入4g堿化處理的聚偏氟乙烯粉末和0.5g聚乙烯吡咯烷酮粉末，磁力攪拌使其充分溶解；待聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮完全溶解后，再向溶液中依次加入2g鈦酸四丁酯、Ig三甲氧硅烷和Ig異丙苯基苯基磷酸酯，磁力攪拌使溶液充分混合，自聚偏氟乙烯加入開始到異丙苯基苯基磷酸酯加入并混合均勻的整個過程中，混合溶液的溫度保持在80°C ;待鈦酸四丁酯、三甲氧硅烷和異丙苯基苯基磷酸酯加入并混合均勻后，再向混合溶液中加入預先氧化處理的3g膨脹石墨粉末，之后將混合溶液冷卻至室溫，并水浴超聲震蕩lOmin，水浴溫度為40°C，超聲頻率為40kHz，使膨脹石墨粉末在混合溶液中充分分散，得到黑色的漿液，即為鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液；之后先將鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液傾倒在潔凈的玻璃板上，并用玻璃棒輕輕推移混合溶液使其在玻璃板上形成厚度均一的液態(tài)薄層；然后將表面涂覆有鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液薄層的玻璃板浸于溫度為40°C自來水中，15min后將玻璃板從自來水中取出，并用干燥的濾紙去除玻璃板上殘留的水滴，之后再將玻璃板上涂覆的凝膠化薄層材料在室溫水解陳化處理4h ;然后將室溫陳化處理的鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨凝膠化薄層材料置于烘箱中在100°C溫度下干燥處理10h，1h后將烘箱溫度以5°C /min升溫速率升高至190°C，并在此溫度下繼續(xù)烘干處理60min，烘干處置過程中烘出的有機廢氣由集氣罩收集后經(jīng)活性炭吸附處理排放，最后關閉烘箱電源并使烘箱溫度自然冷卻至室溫，待烘箱溫度冷卻至室溫后，將玻璃板從烘箱中取出，并將烘干處理的薄層材料從玻璃板上剝離下來，即得二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨阻燃保溫復合材料；
實施例2
將9g聚偏氟乙稀粉末加入到體積為lOOmL、濃度為4.5mol/L的氫氧化鈉水溶液中進行堿化處理，堿化過程中水浴控制溶液溫度為73°C并磁力攪拌，攪拌反應Ih后對混合溶液進行過濾，并用去離子水多次洗滌聚偏氟乙烯粉末，直至洗滌水的PH值呈中性，之后將堿化處理后的聚偏氟乙烯粉末置于烘箱中，于103°C干燥處理1h ;將3.5g膨脹石墨粉末置于250mL圓底燒瓶中，并將22g質量百分濃度為98%的濃硫酸緩緩倒入圓底燒瓶中，冰水浴條件下攪拌40min，之后再將1.25g的高錳酸鉀固體加入到圓底燒瓶中，并將溶液的溫度升至53°C，此溫度下攪拌反應2.4h，反應2.4h后將體積為lOOmL、質量百分濃度為8%的過氧化氫水溶液加入圓底燒瓶內，并繼續(xù)攪拌30min，30min后將溶液溫度冷卻至室溫，對膨脹石墨粉末進行過濾分離，并用去離子水洗滌膨脹石墨粉末，直至洗滌水的PH值呈中性；之后將化學氧化處理后的膨脹石墨粉末置于烘箱中干燥12h，干燥溫度為103°C ;
所用化學試劑主要有二甲基亞砜、堿化處理的聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、異丙苯基苯基磷酸酯、鈦酸四丁酯、3-氨丙基三甲氧基硅烷和化學氧化處理的膨脹石墨，上述各試劑用量有如下質量比例關系:一■甲基亞諷:聚偏氣乙稀:異丙苯基苯基憐酸醋:聚乙稀卩比略燒酬:欽酸四丁醋:3-氣丙基二甲氧基娃燒:膨脹石墨=50:4.5:I:0.5:2.5:I:3.5 ;首先將50g的二甲基亞砜溶劑倒入燒杯中，并將二甲基亞砜溶劑加熱至83°C，然后向溶劑中依次加入4.5g堿化處理的聚偏氟乙烯粉末和0.5g聚乙烯吡咯烷酮粉末，磁力攪拌使其充分溶解；待聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮完全溶解后，再向溶液中依次加入2.5g鈦酸四丁酯、Ig三甲氧硅烷和Ig異丙苯基苯基磷酸酯，磁力攪拌使溶液充分混合，自聚偏氟乙烯加入開始到異丙苯基苯基磷酸酯加入并混合均勻的整個過程中，混合溶液的溫度保持在83°C ;待鈦酸四丁酯、三甲氧硅烷和異丙苯基苯基磷酸酯加入并混合均勻后，再向混合溶液中加入預先氧化處理的3.5g膨脹石墨粉末，之后將混合溶液冷卻至室溫，并水浴超聲震蕩lOmin，水浴溫度為43°C，超聲頻率為40kHz，使膨脹石墨粉末在混合溶液中充分分散，得到黑色的漿液，即為鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液；之后先將鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液傾倒在潔凈的玻璃板上，并用玻璃棒輕輕推移混合溶液使其在玻璃板上形成厚度均一的液態(tài)薄層；然后將表面涂覆有鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液薄層的玻璃板浸于溫度為43°C自來水中，18min后將玻璃板從自來水中取出，并用干燥的濾紙去除玻璃板上殘留的水滴，之后再將玻璃板上涂覆的凝膠化薄層材料在室溫水解陳化處理4.5h ;然后將室溫陳化處理的鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨凝膠化薄層材料置于烘箱中在100°C溫度下干燥處理10h，1h后將烘箱溫度以5°C /min升溫速率升高至195°C，并在此溫度下繼續(xù)烘干處理70min，烘干處置過程中烘出的有機廢氣由集氣罩收集后經(jīng)活性炭吸附處理排放，最后關閉烘箱電源并使烘箱溫度自然冷卻至室溫，待烘箱溫度冷卻至室溫后，將玻璃板從烘箱中取出，并將烘干處理的薄層材料從玻璃板上剝離下來，即得二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨阻燃保溫復合材料；
實施例3
將1g聚偏氟乙稀粉末加入到體積為lOOmL、濃度為5mol/L的氫氧化鈉水溶液中進行堿化處理，堿化過程中水浴控制溶液溫度為77°C并磁力攪拌，攪拌反應Ih后對混合溶液進行過濾，并用去離子水多次洗滌聚偏氟乙烯粉末，直至洗滌水的PH值呈中性，之后將堿化處理后的聚偏氟乙烯粉末置于烘箱中，于107°C干燥處理Ilh ;將4g膨脹石墨粉末置于250mL圓底燒瓶中，并將24g質量百分濃度為98%的濃硫酸緩緩倒入圓底燒瓶中，冰水浴條件下攪拌50min，之后再將1.35g的高錳酸鉀固體加入到圓底燒瓶中，并將溶液的溫度升至53°C，此溫度下攪拌反應3h，反應3h后將體積為lOOmL、質量百分濃度為9%的過氧化氫水溶液加入圓底燒瓶內，并繼續(xù)攪拌30min，30min后將溶液溫度冷卻至室溫，對膨脹石墨粉末進行過濾分離，并用去離子水洗滌膨脹石墨粉末，直至洗滌水的PH值呈中性；之后將化學氧化處理后的膨脹石墨粉末置于烘箱中干燥14h，干燥溫度為107°C ;
所用化學試劑主要有二甲基亞砜、堿化處理的聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、異丙苯基苯基磷酸酯、鈦酸四丁酯、3-氨丙基三甲氧基硅烷和化學氧化處理的膨脹石墨，上述各試劑用量有如下質量比例關系:一■甲基亞諷:聚偏氣乙稀:異丙苯基苯基憐酸醋:聚乙稀卩比略燒酮:鈦酸四丁酯:3_氨丙基三甲氧基硅烷:膨脹石墨=50:5:1:0.5:3:1:4 ;首先將50g的二甲基亞砜溶劑倒入燒杯中，并將二甲基亞砜溶劑加熱至85°C，然后向溶劑中依次加入5g堿化處理的聚偏氟乙烯粉末和0.5g聚乙烯吡咯烷酮粉末，磁力攪拌使其充分溶解；待聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮完全溶解后，再向溶液中依次加入3g鈦酸四丁酯、Ig三甲氧硅烷和Ig異丙苯基苯基磷酸酯，磁力攪拌使溶液充分混合，自聚偏氟乙烯加入開始到異丙苯基苯基磷酸酯加入并混合均勻的整個過程中，混合溶液的溫度保持在85°C ;待鈦酸四丁酯、三甲氧硅烷和異丙苯基苯基磷酸酯加入并混合均勻后，再向混合溶液中加入預先氧化處理的4g膨脹石墨粉末，之后將混合溶液冷卻至室溫，并水浴超聲震蕩15min，水浴溫度為45°C，超聲頻率為40kHz，使膨脹石墨粉末在混合溶液中充分分散，得到黑色的漿液，即為鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液；之后先將鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液傾倒在潔凈的玻璃板上，并用玻璃棒輕輕推移混合溶液使其在玻璃板上形成厚度均一的液態(tài)薄層；然后將表面涂覆有鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液薄層的玻璃板浸于溫度為45°C自來水中，2 Imin后將玻璃板從自來水中取出，并用干燥的濾紙去除玻璃板上殘留的水滴，之后再將玻璃板上涂覆的凝膠化薄層材料在室溫水解陳化處理5h ;然后將室溫陳化處理的鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨凝膠化薄層材料置于烘箱中在105°C溫度下干燥處理10h，1h后將烘箱溫度以5°C /min升溫速率升高至200°C，并在此溫度下繼續(xù)烘干處理80min，烘干處置過程中烘出的有機廢氣由集氣罩收集后經(jīng)活性炭吸附處理排放，最后關閉烘箱電源并使烘箱溫度自然冷卻至室溫，待烘箱溫度冷卻至室溫后，將玻璃板從烘箱中取出，并將烘干處理的薄層材料從玻璃板上剝離下來，即得二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨阻燃保溫復合材料；
實施例4
將12g聚偏氟乙稀粉末加入到體積為lOOmL、濃度為6mol/L的氫氧化鈉水溶液中進行堿化處理，堿化過程中水浴控制溶液溫度為80°C并磁力攪拌，攪拌反應Ih后對混合溶液進行過濾，并用去離子水多次洗滌聚偏氟乙烯粉末，直至洗滌水的PH值呈中性，之后將堿化處理后的聚偏氟乙烯粉末置于烘箱中，于110°C干燥處理12h ;將5g膨脹石墨粉末置于250mL圓底燒瓶中，并將25g質量百分濃度為98%的濃硫酸緩緩倒入圓底燒瓶中，冰浴條件下攪拌60min，之后再將1.5g的高錳酸鉀固體加入到圓底燒瓶中，并將溶液的溫度升至550C，此溫度下攪拌反應3h，反應3h后將體積為lOOmL、質量百分濃度為10%的過氧化氫水溶液加入圓底燒瓶內，并繼續(xù)攪拌30min，30min后將溶液溫度冷卻至室溫，對膨脹石墨粉末進行過濾分離，并用去離子水洗滌膨脹石墨粉末，直至洗滌水的PH值呈中性；之后將化學氧化處理后的膨脹石墨粉末置于烘箱中干燥15h，干燥溫度為110°C ;
所用化學試劑主要有二甲基亞砜、堿化處理的聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、異丙苯基苯基磷酸酯、鈦酸四丁酯、3-氨丙基三甲氧基硅烷和化學氧化處理的膨脹石墨，上述各試劑用量有如下質量比例關系:一■甲基亞諷:聚偏氣乙稀:異丙苯基苯基憐酸醋:聚乙稀卩比略燒酮:鈦酸四丁酯:3_氨丙基三甲氧基硅烷:膨脹石墨=50:6:1:0.5:3:1:5 ;首先將50g的二甲基亞砜溶劑倒入燒杯中，并將二甲基亞砜溶劑加熱至85°C，然后向溶劑中依次加入6g堿化處理的聚偏氟乙烯粉末和0.5g聚乙烯吡咯烷酮粉末，磁力攪拌使其充分溶解；待聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮完全溶解后，再向溶液中依次加入3g鈦酸四丁酯、Ig三甲氧硅烷和Ig異丙苯基苯基磷酸酯，磁力攪拌使溶液充分混合，自聚偏氟乙烯加入開始到異丙苯基苯基磷酸酯加入并混合均勻的整個過程中，混合溶液的溫度保持在85°C ;待鈦酸四丁酯、三甲氧硅烷和異丙苯基苯基磷酸酯加入并混合均勻后，再向混合溶液中加入預先氧化處理的5g膨脹石墨粉末，之后將混合溶液冷卻至室溫，并水浴超聲震蕩15min，水浴溫度為50°C，超聲頻率為40kHz，使膨脹石墨粉末在混合溶液中充分分散，得到黑色的漿液，即為鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液；之后先將鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液傾倒在潔凈的玻璃板上，并用玻璃棒輕輕推移混合溶液使其在玻璃板上形成厚度均一的液態(tài)薄層；然后將表面涂覆有鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液薄層的玻璃板浸于溫度為50°C自來水中，25min后將玻璃板從自來水中取出，并用干燥的濾紙去除玻璃板上殘留的水滴，之后再將玻璃板上涂覆的凝膠化薄層材料在室溫水解陳化處理6h ;然后將室溫陳化處理的鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨凝膠化薄層材料置于烘箱中在105°C溫度下干燥處理10h，1h后將烘箱溫度以5°C /min升溫速率升高至200°C，并在此溫度下繼續(xù)烘干處理90min，烘干處置過程中烘出的有機廢氣由集氣罩收集后經(jīng)活性炭吸附處理排放，最后關閉烘箱電源并使烘箱溫度自然冷卻至室溫，待烘箱溫度冷卻至室溫后，將玻璃板從烘箱中取出，并將烘干處理的薄層材料從玻璃板上剝離下來，即得二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨阻燃保溫復合材料。
【權利要求】
1.一種二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨阻燃保溫復合材料的制備方法，其特征在于:所述方法包括如下步驟: (1)聚偏氟乙烯粉末和膨脹石墨粉末的預處理: ①聚偏氟乙烯粉末的堿化處理: 將8~12g聚偏氟乙稀粉末加入到體積為lOOmL、濃度為4~6mol/L的氫氧化鈉水溶液中進行堿化處理，使聚偏氟乙烯中有碳碳雙鍵、羥基等官能基團生成，堿化過程中水浴控制溶液溫度為70~80°C，并磁力攪拌溶液；充分攪拌堿化處理Ih后對混合溶液進行過濾，并用去離子水多次洗滌聚偏氟乙烯粉末，直至洗滌水的PH值呈中性；之后將堿化處理后的聚偏氟乙烯粉末置于烘箱中，于100~110°C干燥處理9~12h ； ②膨脹石墨粉末的化學氧化處理: 首先將3~5g膨脹石墨粉末置于250mL圓底燒瓶中，然后將20~25g質量百分濃度為98%的濃硫酸緩緩倒入圓底燒瓶中，冰水浴條件下攪拌30~60min，之后再將1~1.5g高錳酸鉀固體加入到圓底燒瓶中，并將溶液的溫度升至50~55°C，此溫度下攪拌反應2~3h，使膨脹石墨中有含氧官能基團生成；反應2~3h后將體積為lOOmL、質量百分濃度為7~10%的過氧化氫水溶液加入圓底燒瓶內，并繼續(xù)攪拌30min ；30min后將溶液溫度冷卻至室溫，對膨脹石墨粉末進行過濾分離，并用去離子水洗滌膨脹石墨粉末，直至洗滌水的PH值呈中性；之后將化學氧化處理后的膨脹石墨粉末置于烘箱中干燥10~15h，干燥溫度為100~110°C ; (2)鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液的配制: ①所用化學試劑: 主要化學試劑包括:二甲基亞砜、堿化處理的聚偏氟乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、異丙苯基苯基磷酸酯、鈦酸四丁酯、3-氨丙基三甲氧基硅烷和化學氧化處理的膨脹石墨，上述各試劑用量有如下質量比例關系:一■甲基亞諷:聚偏氣乙稀:異丙苯基苯基憐酸醋:聚乙稀卩比略燒酬:欽酸四丁醋:3-氣丙基二甲氧基娃燒:膨脹石墨=50:4~6:I:0.5:2~3:I:3~5 ； ②鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液的配制: a、上述各種化學試劑的加入順序是:首先加入二甲基亞砜，然后依次加入堿化處理的聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮，攪拌使聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮完全溶解；之后依次將鈦酸四丁酯、3-氨丙基三甲氧基硅烷和異丙苯基苯基磷酸酯加入到溶液中，充分攪拌使各組分共混均勻；最后向溶液中加入化學氧化處理膨脹石墨粉末； b、首先將50g的二甲基亞砜溶劑倒入燒杯中，并將二甲基亞砜溶劑加熱至80~85°C，然后向溶劑中依次加入4~6g堿化處理的聚偏氟乙烯粉末和0.5g聚乙烯吡咯烷酮粉末，磁力攪拌使其充分溶解；待聚偏氟乙烯和聚乙烯吡咯烷酮完全溶解后，再向溶液中依次加入2~3g鈦酸四丁酯、Ig三甲氧硅烷和Ig異丙苯基苯基磷酸酯，磁力攪拌使溶液充分混合，自聚偏氟乙烯加入開始到異丙苯基苯基磷酸酯加入并混合均勻的整個過程中，混合溶液的溫度保持在80~85°C之間；待鈦酸四丁酯、三甲氧硅烷和異丙苯基苯基磷酸酯加入并混合均勻后，再向混合溶液中加入3~5g經(jīng)化學氧化處理的膨脹石墨粉末，之后將混合溶液冷卻至室溫，并水浴超聲震蕩10~15min，水浴溫度為40~50°C，超聲頻率為40kHz，使膨脹石墨粉末在混合溶液中充分分散，得到黑色的漿液，即為鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液； (3)二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨阻燃保溫材料的制備: a、首先將鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨混合溶液傾倒在潔凈的玻璃板上，并用玻璃棒輕輕推移混合溶液使其在玻璃板上形成厚度均一的液態(tài)薄層； b、首先將表面涂覆有鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙稀-膨脹石墨混合溶液薄層的玻璃板浸于溫度為40~50°C自來水中，15~25min后將玻璃板從自來水中取出，并用干燥的濾紙去除玻璃板上殘留的水滴，這時玻璃板上的液態(tài)薄層已凝膠化，之后將玻璃板上涂覆的凝膠化薄層在室溫水解陳化處理4~6h ; c、將室溫陳化處理的鈦酸四丁酯-3-氨丙基三甲氧基硅烷-異丙苯基苯基磷酸酯-聚偏氟乙烯-膨脹石墨凝膠化薄層材料置于烘箱中干燥，首先在100~105°C溫度下干燥處理1h后，之后將烘箱溫度以5°C /min升溫速率升高至190~200°C，并在此溫度下繼續(xù)烘干處理60~90min，烘干處置過程中烘出的有機廢氣由集氣罩收集后經(jīng)活性炭吸附處理排放，之后關閉烘箱電源并使烘箱溫度自然冷卻至室溫，待烘箱溫度冷卻至室溫后，將玻璃板從烘箱中取出，并將烘干處理的薄層材料從玻璃板上剝離下來，即得二氧化鈦-聚偏氟乙烯-膨脹石墨阻燃保溫復合材料。
【文檔編號】C08K3/04GK104479264SQ201410661309
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年11月19日 優(yōu)先權日:2014年11月19日
【發(fā)明者】宋來洲, 石軒銘, 楊育林, 左鎮(zhèn), 王秀麗, 賀君 申請人:燕山大學