體實(shí)施方式】的技術(shù)方案中的石墨烯阻燃泡沫的阻燃性能以及在600°C空氣中的殘留量均能夠達(dá)到最優(yōu)。
[0036]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:
[0037](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A;
[0038](2)將所述溶液A進(jìn)行冷凍干燥；
[0039](3)將經(jīng)過步驟(2)得到的產(chǎn)物進(jìn)行還原；
[0040]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％。
[0041]本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的前述限定以及本領(lǐng)域的公知常識確定在制備石墨烯阻燃泡沫的方法的步驟(I)中氧化石墨烯與阻燃劑的用量。優(yōu)選情況下，在所述制備石墨烯阻燃泡沫的方法中，在步驟(I)中，所述相對于每克重量的氧化石墨烯，所述阻燃劑的用量為0.05-0.7克。
[0042]在所述制備石墨烯阻燃泡沫的方法中，所述氧化石墨烯通常為溶液形式，例如可以為氧化石墨烯水溶液、氧化石墨烯的四氫呋喃溶液、氧化石墨烯的N，N-二甲基甲酰胺的溶液等。
[0043]在所述制備石墨烯阻燃泡沫的方法中，在步驟(I)中，所述氧化石墨烯可以通過商購得到，也可以采用本領(lǐng)域內(nèi)公知的各種方法制備得到。例如可以采用化學(xué)氧化石墨法(Hummers法)、修飾的Hummers法來制備氧化石墨稀。本發(fā)明的制備例中示例性地采用化學(xué)氧化石墨法制備氧化石墨烯。
[0044]優(yōu)選地，在所述制備石墨烯阻燃泡沫的方法中，在步驟(I)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。
[0045]在所述制備石墨烯阻燃泡沫的方法中，在步驟(I)中，優(yōu)選所述溶劑選自N，N_二甲基甲酰胺、水和四氫呋喃中的至少一種。所述水優(yōu)選為蒸餾水或去離子水。
[0046]更加優(yōu)選情況下，在所述制備石墨烯阻燃泡沫的方法中，在步驟(I)中，所述氧化石墨烯為采用本發(fā)明的前述方法制備得到的氧化石墨烯溶液，且所述阻燃劑在與所述氧化石墨烯接觸之前，先溶于溶劑中(例如N，N_二甲基甲酰胺中)。也就是說，本發(fā)明優(yōu)選所述“在溶劑存在下，將氧化石墨烯與阻燃劑進(jìn)行接觸”的步驟為:將氧化石墨烯溶液與含有阻燃劑的溶液進(jìn)行接觸。本發(fā)明對所述氧化石墨烯溶液的濃度，以及對含有阻燃劑的溶液的濃度均沒有特別的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)本領(lǐng)域的常規(guī)技術(shù)手段以及需要得到的石墨烯阻燃泡沫的組成及其含量調(diào)節(jié)所述氧化石墨烯溶液的濃度和含有阻燃劑的溶液的濃度。例如，所述氧化石墨烯溶液中的氧化石墨烯的濃度可以為0.5-8mg/mL，所述含有阻燃劑的溶液中的阻燃劑的濃度可以為1-30mg/mL。
[0047]優(yōu)選地，在所述制備石墨烯阻燃泡沫的方法中，在步驟(2)中，所述冷凍干燥的條件包括:溫度為零下60°C至零下30°C，壓力為1.0-30Pa，時(shí)間為24-72h。
[0048]優(yōu)選地，在所述制備石墨烯阻燃泡沫的方法中，在步驟(3)中，所述還原的條件包括:溫度為600-800°C，時(shí)間為5-500min。
[0049]優(yōu)選地，在所述制備石墨烯阻燃泡沫的方法中，在步驟(3)中，所述還原可以在例如空氣、氮?dú)饣蚝獾葰夥罩羞M(jìn)行。
[0050]第四方面，本發(fā)明提供了由前述方法制備得到的石墨烯阻燃泡沫。
[0051]第五方面，本發(fā)明提供了前述石墨烯阻燃泡沫作為阻燃材料的應(yīng)用。
[0052]本發(fā)明提供的石墨烯阻燃泡沫具有如下具體的優(yōu)點(diǎn):
[0053]I)熱穩(wěn)定性好，在6000C空氣中能夠保持2 70%的質(zhì)量，并且不發(fā)生形變；
[0054]2)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(shí)也不會(huì)發(fā)生形變；
[0055]3)具有三維多孔結(jié)構(gòu)，具有多孔性、密度低、壓縮性能好的特點(diǎn)；
[0056]4)可廣泛地應(yīng)用于家具、汽車工業(yè)、建筑和運(yùn)輸?shù)茸枞碱I(lǐng)域。
[0057]以下將通過實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0058]在沒有特別說明的情況下，以下使用的各種材料均來自商購。
[0059]掃描電子顯微鏡:日本電子，JSM-7500F冷場發(fā)射掃描電子顯微鏡；
[0060]X射線光電子能譜:Thermal VG公司，ESCALab220i_XL;
[ΟΟ??] X射線粉末衍射儀:布魯克公司，D8 Advance；
[0062]熱重分析儀:耐馳公司，STA 449C；
[0063]制備例I用于制備氧化石墨烯水溶液。
[0064]實(shí)施例1-9用于制備本發(fā)明所述的石墨烯阻燃泡沫。
[0065]制備例I
[0066]在冰水浴中裝配好250mL的反應(yīng)瓶，加入SOmL濃硫酸，攪拌下加入3g石墨粉和1.5g硝酸鈉的固體混合物，再分批加入9g高錳酸鉀，控制反應(yīng)溫度不超過10°C，攪拌30min，然后升溫到35 °C左右，繼續(xù)攪拌30min，再緩慢加入150mL的去離子水，繼續(xù)攪拌20min后，加入適量雙氧水還原殘留的氧化劑，使溶液變?yōu)榱咙S色。趁熱過濾，并用5重量％的HCl溶液和去離子水洗滌至濾液中無硫酸根被檢測到為止，裝入透析袋透析，得到濃度為10.5mg/mL的氧化石墨稀溶液。對所制備的氧化石墨稀溶液進(jìn)行稀釋，得到濃度分別為lmg/mL、2mg/mL和
3.5mg/ mL的氧化石墨稀溶液，備用。
[0067]實(shí)施例1
[0068]將1mg的六氯環(huán)三聚磷腈溶于0.5mL的N，N-二甲基甲酰胺中，然后與20mL濃度為lmg/mL的氧化石墨烯溶液混合均勻，將混合均勻的溶液直接在零下60°C、1.3Pa下進(jìn)行冷凍干燥24h，然后于800°C的管式爐中還原lOmin，得到石墨烯阻燃泡沫P1，通過元素分析可知，石墨烯阻燃泡沫Pl中的石墨烯含量為66.7重量％，余量為阻燃劑六氯環(huán)三聚磷腈，另外，通過孔徑測試儀測試可知，石墨烯阻燃泡沫的孔結(jié)構(gòu)的平均孔徑為30μπι。
[0069]圖1是石墨烯阻燃泡沫Pl的低倍掃描電子顯微鏡圖，從圖1中可以看出，石墨烯阻燃泡沫Pl的結(jié)構(gòu)為三維多孔結(jié)構(gòu)。
[0070]圖2是石墨烯阻燃泡沫Pl的高倍掃描電子顯微鏡圖，從圖2中可以看出，石墨烯阻燃泡沫Pl上負(fù)載了小顆粒。
[0071]圖3是石墨烯阻燃泡沫Pl的X射線光電子能譜分析圖，從圖3中可以看出，石墨烯阻燃泡沫Pl上負(fù)載的小顆粒為六氯環(huán)三聚磷腈。
[0072]圖4是石墨烯阻燃泡沫Pl的X射線粉末衍射圖，從圖4中可以看出24.8°的特征衍射峰，說明氧化石墨烯被還原為石墨烯。
[0073]圖5是石墨烯阻燃泡沫Ρ1、石墨烯泡沫以及六氯環(huán)三聚磷腈的熱重分析圖，從圖5中可以看出，石墨烯泡沫在600°C的空氣中基本熱分解完全;六氯環(huán)三聚磷腈容易升華，在200 °C完全升華;石墨烯阻燃泡沫Pl在600°C (程序升溫，在10°C/min升溫條件下升溫至6000C)時(shí)相對于初始質(zhì)量能夠保持97 %的質(zhì)量，并且不發(fā)生形變。
[0074]將石墨烯阻燃泡沫Pl放在酒精燈的火焰上(外焰)做耐火測試，能夠燃燒15min而不發(fā)生形變。
[0075]實(shí)施例2
[0076]將13.3mg的六氯環(huán)三聚磷腈溶于ImL的N，N-二甲基甲酰胺中，然后與20mL濃度為2mg/mL的氧化石墨烯溶液混合均勻，將混合均勻的溶液直接在零下50°C、5.0