[發明專利]高阻燃性可膨脹石墨的制備方法

無效

• 申請號: 200610010251.3
• 申請日: 2006-07-03
• 公開（公告）號: CN101100297A
• 公開（公告）日: 2008-01-09
• 發明（設計）人: 韓志東;董麗敏;張顯友;吳澤;張達威
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;C09K21/02;A62D1/00
• 代理公司: 哈爾濱東方專利事務所
• 代理人: 陳曉光

技術領域：

本發明涉及一種石墨材料制備，具體涉及一種高阻燃性可膨脹石墨的制備方法。

背景技術：

由于碳原子層與插入層原子的相互作用賦予了可膨脹石墨一系列新的特性，特別是可膨脹石墨在受到高溫時，呈現出數百倍的體積膨脹，這一特性使其可以在火災發生時通過體積的瞬間增大將火焰窒息，達到阻燃防火的目的。以硫酸為插層劑的可膨脹石墨是目前廣泛應用的商業化產品，由其阻燃的聚合物材料在燃燒時具有無毒、低煙、燃燒速率低、熱釋放速率低等優點，適應阻燃材料的發展趨勢，而獲得了廣泛的關注。

可膨脹石墨主要靠自身體積膨脹形成的膨脹絕熱層來延緩或抑制聚合物的燃燒，與被阻燃聚合物之間不發生或很少發生化學作用，是典型的凝聚相阻燃機理；由于膨脹后膨脹石墨彼此間的粘附力較弱，在聚合物基體燃燒之后，膨脹石墨無法形成堅固的膨脹炭層，在火焰壓力或熱量對流的作用下，表面的膨脹石墨層可能遭到破壞，形成“飛灰”，導致絕熱膨脹層的喪失，進而引發未燃燒的聚合物被點燃，火焰繼續傳播，阻燃效率有限。而且，可膨脹石墨阻燃聚合物往往表現出強烈的“燭芯效應”，也在一定程度上削弱了其阻燃能力。因此，可膨脹石墨在聚合物阻燃領域的實際應用還比較有限。

化學氧化法是目前制備可膨脹石墨的主要方法，插層劑多選用硫酸、硝酸、磷酸等，近年來，為了降低膨脹石墨的含硫量，低硫或無硫可膨脹石墨的制備獲得了較多關注，而未見有關高阻燃性可膨脹石墨的報道。

發明內容：

本發明的目的是提供一種將具有阻燃性的含磷化合物多聚磷酸銨插入石墨層間制備具有高阻燃性可膨脹石墨的方法。

上述的目的通過以下的技術方案實現：

一種制備高阻燃性可膨脹石墨的方法，采用硫酸和硝酸的混合溶液或濃硫酸溶液，取用量為石墨質量的0.5～50％的固體強氧化劑的氧化天然石墨，膨脹石墨的溫度為0～60℃，反應時間為10～240分鐘，得到初級可膨脹石墨，而后將初級可膨脹石墨與以多聚磷酸銨為插層劑的磷酸溶液，在0～60℃的溫度下反應，反應時間為0.5～24小時，制得高阻燃性可膨脹石墨。

上述的制備高阻燃性可膨脹石墨的制備方法，所述的多聚磷酸銨的聚合度為50～1000，多聚磷酸銨的磷酸溶液的濃度為20％～60％。

上述的制備高阻燃性可膨脹石墨的制備方法，所述的固體強氧化劑為重鉻酸鉀或高錳酸鉀。

上述的制備高阻燃性可膨脹石墨的制備方法，所述的石墨與濃硫酸的質量比為1∶0.5～10。

上述的制備高阻燃性可膨脹石墨的制備方法，所述的硫酸與硝酸的混合溶液中硫酸與硝酸的質量比為1∶0.5～5。

上述的制備高阻燃性可膨脹石墨的制備方法，所述的石墨為人工合成的或天然的鱗片石墨，其粒度為30～80目。

這個技術方案有以下有益效果：

1.本發明方法，將具有阻燃性的含磷化合物(多聚磷酸銨)插入石墨層間，使制得的高阻燃性可膨脹石墨在具有較高的膨脹容積的同時，改善膨脹石墨間的粘附力，而獲得較好的阻燃效果。

2.本發明方法制備的可膨脹石墨具有高阻燃性，采用本方法制備的可膨脹石墨用于阻燃聚乙烯，在用量為35％以下時，阻燃聚乙烯的氧指數可達到30％以上，是迄今可膨脹石墨難以達到的。

3.本方法制備的可膨脹石墨的膨脹倍率可以控制，最高可達300mL/g。

4.本發明方法簡單，可操作性強，本發明方法制備的可膨脹石墨應用范圍廣泛，可用于塑料、涂料、泡沫的阻燃，適用性廣。

5.本發明方法制備的可膨脹石墨，由于碳原子層與插入層原子的相互作用賦予了可膨脹石墨一系列新的特性，特別是可膨脹石墨在受到高溫時，呈現出數百倍的體積膨脹，這一特性使其可以在火災發生時通過體積的瞬間增大將火焰窒息，達到阻燃防火的目的，本方法制備的可膨脹石墨具有由其阻燃的聚合物材料在燃燒時具有無毒、低煙、燃燒速率低、熱釋放速率低等優點。

本發明的具體實施方式：

實施例1：

高阻燃性可膨脹石墨的制備方法，把0.8克重鉻酸鉀充分溶解在20毫升的98％濃硫酸和10毫升的硝酸溶液中，然后將10克50目鱗片石墨放入溶液中，攪拌均勻，靜止放置0.5小時后，過濾掉溶液，充分水洗；在烘箱中于80度烘干6小時；得到普通可膨脹石墨產品。在900度的馬弗爐中用陶瓷坩堝膨化，測得的膨脹容積為200毫升/克。

實施例2：