一種阻燃產(chǎn)品及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及功能材料領(lǐng)域，具體地，涉及一種阻燃產(chǎn)品、一種阻燃產(chǎn)品的制備方法以及由該方法制備得到的阻燃產(chǎn)品。
【背景技術(shù)】
[0002]近年以來，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(gè)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(jī)械性能，使得石墨烯被廣泛應(yīng)用于超級(jí)電容器、鋰離子電池、電子元件、存儲(chǔ)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(yàn)，石墨烯的阻燃性有待提高。
[0004]在現(xiàn)有公開的專利申請(qǐng)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(duì)石墨烯本身作為阻燃材料的研究比較少，Jong-Beom Baek報(bào)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，要得到形貌可控的阻燃材料或阻燃產(chǎn)品仍然比較困難；而且，該材料在空氣中的熱穩(wěn)定性較差，在600°C空氣中的殘留量?jī)H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)存在的阻燃產(chǎn)品在空氣中的熱穩(wěn)定性差，阻燃性能差、形變大的缺陷，提供一種熱穩(wěn)定性好、阻燃性能好、形變小的阻燃產(chǎn)品。
[0006]第一方面，本發(fā)明提供一種阻燃產(chǎn)品，該阻燃產(chǎn)品包括含有親水基團(tuán)的易燃物質(zhì)和涂覆在所述易燃物質(zhì)表面的氧化石墨烯阻燃涂層，該氧化石墨烯阻燃涂層中含有阻燃劑和氧化石墨烯，以所述氧化石墨烯阻燃涂層的總量為基準(zhǔn)，所述阻燃劑的含量為3-45重量％，所述氧化石墨稀的含量為55-97重量％。
[0007]第二方面，本發(fā)明提供一種制備阻燃產(chǎn)品的方法，該方法包括:
[0008](1)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 ;
[0009](2)將所述溶液A涂覆在含有親水基團(tuán)的易燃物質(zhì)的表面上并進(jìn)行干燥；
[0010]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(2)干燥后得到的阻燃產(chǎn)品中的氧化石墨烯阻燃涂層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％。
[0011 ] 第三方面，本發(fā)明提供由前述方法制備得到的阻燃產(chǎn)品。
[0012]本發(fā)明提供的阻燃產(chǎn)品熱穩(wěn)定性好、阻燃性能好、形變小，而且，本發(fā)明提供的制備阻燃產(chǎn)品的方法工藝簡(jiǎn)單且成本低，適合大批量的工業(yè)化生產(chǎn)。
[0013]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的【具體實(shí)施方式】部分予以詳細(xì)說明。
【具體實(shí)施方式】
[0014]以下對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)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(shí)施方式】?jī)H用于說明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。
[0015]第一方面，本發(fā)明提供了一種阻燃產(chǎn)品，該阻燃產(chǎn)品包括含有親水基團(tuán)的易燃物質(zhì)和涂覆在所述易燃物質(zhì)表面的氧化石墨烯阻燃涂層，該氧化石墨烯阻燃涂層中含有阻燃劑和氧化石墨烯，以所述氧化石墨烯阻燃涂層的總量為基準(zhǔn)，所述阻燃劑的含量為3-45重量％，所述氧化石墨稀的含量為55-97重量％。
[0016]對(duì)所述含有親水基團(tuán)的易燃物質(zhì)的種類沒有特別的限定，例如可以為紙等易燃材料或物質(zhì)。
[0017]優(yōu)選地，以所述氧化石墨烯阻燃涂層的總量為基準(zhǔn)，所述阻燃劑的含量為8-35重量％，所述氧化石墨稀的含量為65-92重量％。
[0018]優(yōu)選地，所述氧化石墨烯阻燃涂層在所述易燃物質(zhì)表面的負(fù)載量為0.l-10mg/cm2;優(yōu)選為 0.5_5mg/cm2。
[0019]優(yōu)選地，所述阻燃劑選自氮系阻燃劑和磷系阻燃劑中的至少一種；優(yōu)選地，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)明的阻燃劑與所述氧化石墨烯進(jìn)行配合使用時(shí)，制備得到的阻燃產(chǎn)品的阻燃性能更好，且熱穩(wěn)定性更高。
[0020]根據(jù)一種優(yōu)選的【具體實(shí)施方式】，在本發(fā)明所述的阻燃產(chǎn)品的氧化石墨烯阻燃涂層中含有氧化石墨烯和作為阻燃劑的六氯環(huán)三聚磷腈，以所述氧化石墨烯阻燃涂層的總量為基準(zhǔn)，所述六氯環(huán)三聚磷腈的含量為8-35重量％，所述氧化石墨烯的含量為65-92重量％。本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，采用本發(fā)明的這種【具體實(shí)施方式】的技術(shù)方案制備得到的阻燃材料的阻燃性能以及熱穩(wěn)定性達(dá)到最優(yōu)。
[0021]第二方面，本發(fā)明提供了一種制備阻燃產(chǎn)品的方法，該方法包括:
[0022](1)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 ;
[0023](2)將所述溶液A涂覆在含有親水基團(tuán)的易燃物質(zhì)的表面上并進(jìn)行干燥；
[0024]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(2)干燥后得到的阻燃產(chǎn)品中的氧化石墨烯阻燃涂層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％。
[0025]更加優(yōu)選地，所述氧化石墨烯與所述阻燃劑的用量使得經(jīng)過步驟(2)干燥后得到的阻燃產(chǎn)品中的氧化石墨烯阻燃涂層中的所述阻燃劑的含量為8-35重量％，所述氧化石墨烯的含量為65-92重量％。
[0026]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(shí)確定在制備阻燃產(chǎn)品的方法的步驟(1)中氧化石墨烯與阻燃劑的用量。優(yōu)選情況下，在所述制備阻燃產(chǎn)品的方法中，在步驟(1)中，所述相對(duì)于每g重量的氧化石墨烯，所述阻燃劑的用量為0.05-0.7g0
[0027]在所述制備阻燃產(chǎn)品的方法中，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。
[0028]在所述制備阻燃產(chǎn)品的方法中，在步驟(1)中，所述氧化石墨烯可以通過商購(gòu)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Hu_ers法制備氧化石墨稀。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。
[0029]優(yōu)選地，在步驟(1)中，所述阻燃劑選自氮系阻燃劑和磷系阻燃劑中的至少一種；優(yōu)選地，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。
[0030]優(yōu)選地，在步驟⑴中，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。
[0031]更加優(yōu)選情況下，在所述制備阻燃產(chǎn)品的方法中，在步驟(1)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(duì)所述氧化石墨烯溶液的濃度，以及對(duì)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阻燃產(chǎn)品調(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.l-8mg/mL，所述含有阻燃劑的溶液中的阻燃劑的濃度可以為 0.l_30mg/mL。
[0032]優(yōu)選地，在步驟⑵中，所述溶液A的涂覆量為使得得到的阻燃產(chǎn)品中的氧化石墨烯阻燃涂層在所述易燃物質(zhì)表面的負(fù)載量為0.1-lOmg/cm2。
[0033]更加優(yōu)選地，在步驟⑵中，所述溶液A的涂覆量為使得得到的阻燃產(chǎn)品中的氧化石墨烯阻燃涂層在所述易燃物質(zhì)表面的負(fù)載量為0.5-5mg/cm2。
[0034]優(yōu)選地，在步驟(2)中，所述干燥的條件包括:溫度為30-60°C，時(shí)間為24_72h。
[0035]第三方面，本發(fā)明提供了由前述方法制備得到的阻燃產(chǎn)品。
[0036]以下將通過實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0037]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(gòu)。
[0038]制備例1用于制備氧化石墨烯水溶液。
[0039]實(shí)施例1-9用于制備本發(fā)明所述的阻燃產(chǎn)品。
[0040]制備例1
[0041]在冰水浴中裝配好250mL的反應(yīng)瓶，加入80mL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HC1溶液和去離子水洗滌至濾液中無硫酸根被檢測(cè)到為止，裝入透析袋透析，得到濃度為10.5mg/mL的氧化石墨烯溶液。對(duì)所制備的氧化石墨烯溶液進(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。
[0042]實(shí)施例1
[0043]將2.2mg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，將混合均勻的溶液滴涂到濾紙的表面，在30°C下干燥60h，得到負(fù)載量為l.0mg/cm2的阻燃濾紙Z1，其中，涂層中的氧化石墨烯的含量為90.1
重量％，余量為阻燃劑。
[0044]將空白濾紙、負(fù)載量為1.0mg/cm2氧化石墨烯涂層的濾紙以及所制得的阻燃濾紙Z1在酒精燈火焰上燃燒，結(jié)果:空白濾