【技术实现步骤摘要】
阻燃石墨烯-埃洛石复合气凝胶材料及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料
,更具体地说,涉及一种阻燃石墨烯-埃洛石复合气凝胶材料及其制备方法。
技术介绍
埃洛石是天然的粘土矿物中的一种,属高岭石的变种,因此也称为变高岭石。它是由高岭石的片层在自然条件下卷曲而成,在自然界中主要的存在形式是纳米管状(马智,王金叶,高祥,丁彤,秦永宁.埃洛石纳米管的应用研究现状[J].化学进展,2012,(Z1):275-283.)。埃洛石矿的分布在全世界各大洲,中国、法国、比利时、新西兰、美国、土耳其等国家都有丰富的储量。埃洛石矿在我国主要分布在广东、湖北、湖南、四川、贵州、云南、山西等省份。埃洛石是双层1:1型铝硅酸盐材料,具有典型的结晶结构。埃洛石区别于高岭土的本质特征在于埃洛石层间存在或者曾经存在结晶水,埃洛石的片层是由外层的硅氧四面体和内层的铝氧八面体规则排布而成,片层中间是游离的水分子。这些水分子容易脱去,这种脱水过程是不可逆的。埃洛石的外表面主要是Si-O-Si键组成,内壁则主要是铝羟基(牛继南,强颖怀,王春阳,李祥,周一浩,商翔宇,庄全超.埃洛石的命名、结构、形貌和卷曲机制[J].矿物学报,2014,(01):13-22.)。硅/铝羟基存在于埃洛石的结晶边缘或管的端面上,也有少量的包埋羟基存在于结晶结构的内部。埃洛石含有三种状态的水,主要是吸附水、结晶水和化学水。埃洛石纳米管具有独特的纳米结构,是一种前景广阔的天然纳米材料。且埃洛石纳米管分布广泛,价格便宜,无毒无害。埃洛石因其独特的纳米结构及管状特性,具有以下优点:首先,来源广泛,价格便宜;埃洛石是一种天然黏 ...
【技术保护点】
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601‑605m
【技术特征摘要】
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。2.根据权利要求1所述的阻燃石墨烯-埃洛石复合气凝胶材料,其特征在于:在步骤1中,将1-10重量份埃洛石纳米管加入到水和乙醇的混合溶液中超声分散1h,将1-10重量份苯乙烯磺酸钠,0.1-1重量份聚二乙烯基硅氧烷,0.01-0.1重量份引发剂,0.1-5重量份六溴环十二烷加入到水和乙醇的混合溶液中,搅拌10-60min后将上述溶液加入到埃洛石分散液中,超声分散25-35min,抽真空后保持真空0.5-2h,在进行聚合反应时选择在70-80℃的水浴条件下预聚合30-60min后在40-60℃的恒温水浴中聚合12-24h,随后将其依次在80℃,90℃,100℃的恒温水浴中分别聚合2-8h。3.根据权利要求1所述的阻燃石墨烯-埃洛石复合气凝胶材料,其特征在于:在步骤2中,将1-5重量份浓H2SO4和0.5-10重量份石墨粉混合,加入1-10重量份KMnO4,将上述混合物置于冰水浴中搅拌,在搅拌过程中维持体系温度为1-3℃,持续反应1-10h后,加入100-200重量份水,搅拌1-4h,冷却至室温后,向上述溶液中加入400-500重量份水和10-50重量份H2O2,搅拌1-6h。4.根据权利要求1所述的阻燃石墨烯-埃洛石复合气凝胶材料,其特征在于:在步骤3中,向混合分散液中加入0.01-1重量份引发剂,0.05-5重量份双酚双(磷酸二苯酯),搅拌1-10h后置于70-80℃的水浴条件下预聚合30-60min后,在,40-60℃的恒温水浴中聚合12-24h,随后将其依次在80℃,90℃,100℃的恒温水浴中分别聚合2-8h后,置于80-200℃水热釜中反应1-10h后,向其中加入1-10重量份抗坏血酸,反应温度控制在20-100℃,超临界干燥条件为温度33-55℃和气压7-10MPa下干燥2-4h,优选3h。5.根据权利要求1所述的阻燃石墨烯-埃洛石复合气凝胶材料,其...
【专利技术属性】
技术研发人员:李洪彦,付永强,刘洪丽,魏冬青,李海明,
申请(专利权)人:天津城建大学,
类型:发明
国别省市:天津,12
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