用于阻燃復(fù)合材料的組合物和石墨烯阻燃泡沫及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及功能材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種用于阻燃復(fù)合材料的組合物、一種石墨烯阻燃泡沫、一種制備石墨烯阻燃泡沫的方法以及由該方法制備得到的石墨烯阻燃泡沫、石墨烯阻燃泡沫作為阻燃材料的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，有關(guān)石墨烯的研究得到了廣泛的關(guān)注。石墨烯是一種由碳原子以Sp2雜化軌道組成六角型呈蜂巢晶格的平面結(jié)構(gòu)，只有一個碳原子厚度的二維材料。由于其具有高導(dǎo)電性、高比表面積、高導(dǎo)熱性和優(yōu)異的機械性能，使得石墨烯被廣泛應(yīng)用于超級電容器、鋰離子電池、電子元件、存儲器件、防腐蝕涂層、吸波材料等領(lǐng)域。
[0003]然而，現(xiàn)有的石墨烯材料很難耐受火災(zāi)的考驗，石墨烯的阻燃性有待提高。
[0004]在現(xiàn)有公開的專利申請中，石墨烯一般作為阻燃助劑添加到聚合物等材料中以提高其阻燃性能。目前，對石墨烯本身作為阻燃材料的研究比較少，Jong-Beom Baek報道了利用石墨和紅磷混合球磨法制備的含有磷酸的石墨烯有較好的阻燃性。但制備出的含有磷酸的阻燃石墨烯主要以粉體形式存在，要得到形貌可控的石墨烯阻燃材料(例如石墨烯阻燃泡沫)仍然比較困難;而且，該材料在空氣中的熱穩(wěn)定性較差，在600 0C空氣中的殘留量僅有30%左右。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)存在的石墨烯阻燃材料在空氣中的熱穩(wěn)定性差，具體地，在600°C空氣中的殘留量少、形變大的缺陷，提供一種熱穩(wěn)定性好、阻燃性能好、形變小且在600°C空氣中的殘留量大的用于阻燃復(fù)合材料的組合物和含有該組合物的石墨烯阻燃泡沫。
[0006]第一方面，本發(fā)明提供一種用于阻燃復(fù)合材料的組合物，該組合物中含有阻燃劑和石墨烯，以所述組合物的總量為基準(zhǔn)，所述阻燃劑的含量為3-45重量％，所述石墨烯的含量為55-97重量％。
[0007]第二方面，本發(fā)明提供一種石墨烯阻燃泡沫，該石墨烯阻燃泡沫中含有阻燃劑和石墨烯，以所述石墨烯阻燃泡沫的總量為基準(zhǔn)，所述阻燃劑的含量為3-45重量％，所述石墨烯的含量為55-97重量％，且所述石墨烯阻燃泡沫的孔結(jié)構(gòu)的平均孔徑為10-100μπι。
[0008]第三方面，本發(fā)明提供一種制備石墨烯阻燃泡沫的方法，該方法包括:
[0009](I)在溶劑存在下，將氧化石墨烯與阻燃劑進(jìn)行接觸，得到溶液Α;
[0010](2)將所述溶液A進(jìn)行冷凍干燥；
[0011](3)將經(jīng)過步驟(2)得到的產(chǎn)物進(jìn)行還原；
[0012]其中，所述氧化石墨烯與所述阻燃劑的用量使得經(jīng)過步驟(3)還原后得到的石墨烯阻燃泡沫中的所述阻燃劑的含量為3-45重量％，所述石墨烯的含量為55-97重量％。
[0013]第四方面，本發(fā)明提供由上述方法制備得到的石墨烯阻燃泡沫。
[0014]第五方面，本發(fā)明提供前述石墨烯阻燃泡沫作為阻燃材料的應(yīng)用。
[0015]本發(fā)明提供的含有上述阻燃復(fù)合材料的組合物的石墨烯阻燃泡沫熱穩(wěn)定性好、阻燃性能好、形變小且在600 °C空氣中的殘留量大。
[0016]具體地，本發(fā)明提供的石墨烯阻燃泡沫在600°C空氣中的殘留量270重量％，并且不發(fā)生形變;本發(fā)明提供的石墨烯阻燃泡沫的阻燃性能好，放在酒精燈火焰上用外焰持續(xù)灼燒1min以上時也不會發(fā)生形變;而且，制備得到的石墨烯阻燃泡沫具有三維多孔結(jié)構(gòu)，其多孔性進(jìn)一步帶來了密度低、壓縮性能好的優(yōu)點。
[0017]進(jìn)一步地，本發(fā)明提供的阻燃復(fù)合材料的組合物還可以制成不同密度、不同性能的軟質(zhì)或者半硬質(zhì)阻燃泡沫，廣泛地應(yīng)用于家具、汽車工業(yè)、建筑和運輸?shù)阮I(lǐng)域。
[0018]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的【具體實施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【附圖說明】
[0019]附圖是用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與下面的【具體實施方式】一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
[0020]圖1是實施例1制備得到的石墨烯阻燃泡沫Pl的低倍掃描電子顯微鏡圖。
[0021]圖2是實施例1制備得到的石墨烯阻燃泡沫Pl的高倍掃描電子顯微鏡圖。
[0022]圖3是實施例1制備得到的石墨烯阻燃泡沫Pl的X射線光電子能譜分析圖。
[0023]圖4是實施例1制備得到的石墨烯阻燃泡沫Pl的X射線粉末衍射圖。
[0024]圖5是實施例1制備得到的石墨烯阻燃泡沫P1、石墨烯泡沫以及六氯環(huán)三聚磷腈的熱重分析圖。
【具體實施方式】
[0025]以下對本發(fā)明的【具體實施方式】進(jìn)行詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的【具體實施方式】僅用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0026]第一方面，本發(fā)明提供了一種用于阻燃復(fù)合材料的組合物，該組合物中含有阻燃劑和石墨烯，以所述組合物的總量為基準(zhǔn)，所述阻燃劑的含量為3-45重量％，所述石墨烯的含量為55-97重量％。
[0027]本發(fā)明提供的上述用于阻燃復(fù)合材料的組合物就可以作為阻燃材料的原料使用，而不必與其它例如塑料等物質(zhì)進(jìn)行配合使用。
[0028]優(yōu)選地，以所述組合物的總量為基準(zhǔn)，所述阻燃劑的含量為8-35重量％，所述石墨烯的含量為65-92重量％。
[0029]優(yōu)選地，所述阻燃劑可以為本領(lǐng)域公知的氮系或者磷系阻燃劑。具體地，所述阻燃劑選自六氯環(huán)三聚磷腈、三聚氰胺和磷酸三苯酯中的至少一種。更加優(yōu)選地，所述阻燃劑為六氯環(huán)三聚磷腈。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用六氯環(huán)三聚磷腈作為本發(fā)明的阻燃劑與所述石墨烯進(jìn)行配合使用時，制備得到的阻燃材料的阻燃性能更好，且在600°C空氣中的殘留量更大。
[0030]根據(jù)一種優(yōu)選的【具體實施方式】，在本發(fā)明所述的用于阻燃復(fù)合材料的組合物中含有石墨烯和作為阻燃劑的六氯環(huán)三聚磷腈，以所述組合物的總量為基準(zhǔn)，所述六氯環(huán)三聚磷腈的含量為8-35重量％，所述石墨稀的含量為65-92重量％。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，米用本發(fā)明的這種【具體實施方式】的組合物制備得到的阻燃材料的阻燃性能以及在600°C空氣中的殘留量均能夠達(dá)到最優(yōu)。
[0031 ]第二方面，本發(fā)明提供一種石墨烯阻燃泡沫，該石墨烯阻燃泡沫中含有阻燃劑和石墨烯，以所述石墨烯阻燃泡沫的總量為基準(zhǔn)，所述阻燃劑的含量為3-45重量％，所述石墨烯的含量為55-97重量％，且所述石墨烯阻燃泡沫的孔結(jié)構(gòu)的平均孔徑為10-100μπι。
[0032]在所述石墨烯阻燃泡沫中，進(jìn)一步優(yōu)選地，所述石墨烯阻燃泡沫的孔結(jié)構(gòu)的平均孔徑為10-50μηι。
[0033]在所述石墨烯阻燃泡沫中，優(yōu)選地，以所述石墨烯阻燃泡沫的總量為基準(zhǔn)，所述阻燃劑的含量為8-35重量％，所述石墨稀的含量為65-92重量％。
[0034]在所述石墨烯阻燃泡沫中，所述阻燃劑可以為本領(lǐng)域公知的氮系或者磷系阻燃劑。具體地，所述阻燃劑選自六氯環(huán)三聚磷腈、三聚氰胺和磷酸三苯酯中的至少一種。更加優(yōu)選地，所述阻燃劑為六氯環(huán)三聚磷腈。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用六氯環(huán)三聚磷腈作為本發(fā)明的阻燃劑與所述石墨烯進(jìn)行配合使用時，制備得到的石墨烯阻燃泡沫的阻燃性能更好，且在600°C空氣中的殘留量更大。
[0035]根據(jù)一種優(yōu)選的【具體實施方式】，在本發(fā)明所述的石墨烯阻燃泡沫中含有石墨烯和作為阻燃劑的六氯環(huán)三聚磷腈，以所述石墨烯阻燃泡沫的總量為基準(zhǔn)，所述六氯環(huán)三聚磷腈的含量為8-35重量％，所述石墨烯的含量為65-92重量％。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的這種【具