本發(fā)明涉及建筑材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種硅烷改性負(fù)載過渡金屬的聚苯乙烯建筑材料及其制備方法。

背景技術(shù)：

聚合物納米復(fù)合材料（由聚合物基體（連續(xù)相）和納米填充劑（分散相）組成。其中，納米填充劑至少有一個(gè)維度的尺度小于納米。當(dāng)納米填充劑在聚合物基體中形成良好的分散，能明顯地提高納米復(fù)合材料的性能。相比于傳統(tǒng)的聚合物復(fù)合材料，聚合物納米復(fù)合材料的填充劑的用量低，效果顯著；

聚合物納米復(fù)合材料的性能受兩大因素的影響：納米填充劑的分散性和納米填充劑與聚合物基體之間的界面相互作用；分散性（分散性是指納米粒子在聚合物基體中的分散情況。納米粒子通常有較強(qiáng)的團(tuán)聚傾向，導(dǎo)致填充劑的比表面積減小，影響填充劑與基體之間的表面能與界面相互作用，從而影響復(fù)合材料的性能，界面相互作用：納米填充劑和聚合物基體之間的界面相互作用是導(dǎo)致材料性能變化的重要因素，并且對(duì)納米粒子的分散有重要影響。當(dāng)界面相互作用較強(qiáng)，納米粒子容易形成良好的分散，并且復(fù)合材料的性能提高較為明顯；

聚合物層狀化合物納米復(fù)合材料具有很多優(yōu)點(diǎn)，首先，分散相為二維層狀納米材料，比表面積大；其次，二維層狀結(jié)構(gòu)形成片層阻隔效應(yīng)，可以顯著地提髙材料的氣體阻隔性能和熱穩(wěn)定性；再次，可以同時(shí)提高多方面的性能；

聚合物材料的火安全性能是聚合物研宄領(lǐng)域的一個(gè)重要課題。聚合物的火

安全性是指聚合物燃燒時(shí)的安全性能，主要包括點(diǎn)燃溫度、燃燒熱釋放、毒害

性煙氣的釋放等內(nèi)容。聚合物廣泛應(yīng)用于人類生產(chǎn)和生活的各個(gè)領(lǐng)域。大多數(shù)聚合物的主要組成元素為碳和氫，受熱時(shí)容易發(fā)生分解和燃燒，屬于易燃材料。聚合物燃燒時(shí)，釋放出大量的光、熱和毒害性煙氣，是導(dǎo)致火災(zāi)中人員傷亡的主要原因。提高聚合物材料火安全性能的技術(shù)通常被稱為阻燃技術(shù)；

提高聚合物阻燃性能的方法可以分為兩大類，第一類是通過分子設(shè)計(jì)，賦予聚合物分子阻燃元素或阻燃結(jié)構(gòu)，從而提高聚合物的阻燃性能；第二類是通過添加阻燃劑，從而提高聚合物材料的阻燃性能。其中，第二類是塑料工業(yè)廣泛應(yīng)用的方法，具有技術(shù)成熟、成本低和加工方便等優(yōu)點(diǎn)。常用的阻燃劑有溴系阻燃劑、聚磷酸銨、氫氧化招、氫氧化鎂、紅磷和三聚氰胺等。近十五年來，阻燃聚合物納米復(fù)合材料得到了廣泛的研究。其中，聚合物層狀無機(jī)物納米復(fù)合材料，僅需較小的添加量，即可取得明顯的阻燃效果，并且綠色環(huán)保，被視為阻燃技術(shù)領(lǐng)域重要的發(fā)展方向之一；

石墨烯片層的片層阻隔效應(yīng)是提高石墨烯/聚合物納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和火安全性能的主要因素，而其高導(dǎo)熱性往往導(dǎo)致聚合物納米復(fù)合材料熱解溫度降低、點(diǎn)燃溫度提前。但是，關(guān)于石墨烯與聚合物之間的界面相互作用在提高GPNC熱穩(wěn)定性和火安全性能中的作用，還沒有得到明確的研究；石墨烯的高導(dǎo)熱性不利于其提高聚合物熱穩(wěn)定性和火安全性能。通過表面修飾可以改變石墨烯的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而開拓一條提高石墨烯/聚合物納米復(fù)合材料熱穩(wěn)定性和火安全性能的技術(shù)路線。聚合物阻燃技術(shù)領(lǐng)域的研究表明，部分過渡金屬具有催化炭化和捕獲自由基的作用，有利于提高聚合物的熱穩(wěn)定性和阻燃性能，比如，鋯在聚合物的熱解和燃燒過程中具有催化成炭作用，鎳不但具有催化成炭作用，還具有吸附自由基的作用。因此，將過渡金屬負(fù)載在石墨烯上，有可能比單純的石墨烯具有更好的提高熱穩(wěn)定性和火安全性能的作用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的就是為了彌補(bǔ)已有技術(shù)的缺陷，提供一種硅烷改性負(fù)載過渡金屬的聚苯乙烯建筑材料及其制備方法。

本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

一種硅烷改性負(fù)載過渡金屬的聚苯乙烯建筑材料，它是由下述重量份的原料制成的：

氧氯化鋯6-8、氯化鎳7-9、氧化石墨烯10-14、苯乙烯20-30、過氧化二苯甲酰0.1-0.2、聚苯乙烯100-110、聚酰胺蠟微粉3-4、2-溴-4-甲基苯酚0.4-1、聚丙烯酰胺2-3、二硫代水楊酸0.5-1、硫醇丁基錫0.3-1、石油磺酸鈣2-3、硅烷偶聯(lián)劑kh5600.6-1、膨潤(rùn)土6-8、松油醇2-3、滑石粉3-4。

一種所述的硅烷改性負(fù)載過渡金屬的聚苯乙烯建筑材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將上述膨潤(rùn)土在700-800℃下煅燒1-2小時(shí)，冷卻，磨成細(xì)粉，與上述2-溴-4-甲基苯酚混合，加入到混合料重量5-7倍的無水乙醇中，升高溫度為60-70℃，加入上述硅烷偶聯(lián)劑kh560，超聲20-30分鐘，加入上述硫醇丁基錫，攪拌至常溫，得硅烷醇分散液；

（2）將上述滑石粉加入到其重量41-50倍的去離子水中，超聲5-10分鐘，加入上述聚丙烯酰胺，在60-65℃下保溫?cái)嚢?-10分鐘，加入上述二硫代水楊酸，攪拌至常溫，得高分子分散液；

（3）將上述氧化石墨烯加入到其重量200-300倍的去離子水中，超聲處理100-120分鐘，得石墨烯分散液；

（4）將上述氧氯化鋯、氯化鎳混合，加入到混合料重量70-100倍的去離子水中，攪拌均勻，與上述石墨烯分散液、高分子分散液混合，攪拌均勻，送入到反應(yīng)釜中，滴加濃度為10-14%的氨水，調(diào)節(jié)pH為10-11，升高溫度為190-200℃，保溫?cái)嚢?-7小時(shí)，出料，抽濾，將沉淀水洗2-3次，在76-80℃下干燥20-25小時(shí)，得預(yù)處理石墨烯；

（5）將上述預(yù)處理石墨烯加入到其重量100-110倍的二甲基甲酰胺中，超聲1-2小時(shí)，得酰胺分散液；

（6）將上述苯乙烯加入到其重量17-20倍的二甲基甲酰胺中，攪拌16-20分鐘，與上述酰胺分散液混合，攪拌均勻，加入過氧化二苯甲酰，通入氮?dú)?，?0-75℃下保溫?cái)嚢?-2小時(shí)，送入烘箱中，在120-130℃下干燥完全，出料冷卻，得聚合物改性石墨烯；

（7）將上述聚合物改性石墨烯加入到硅烷醇分散液中，攪拌均勻，加入上述石油磺酸鈣，在50-60℃下保溫?cái)嚢?0-20分鐘，過濾，將沉淀水洗3-4次，在70-80℃下干燥1-2小時(shí)，得硅烷改性石墨烯；

（8）將上述硅烷改性石墨烯、聚苯乙烯混合，送入到密煉機(jī)中，加入剩余各原料，攪拌均勻，緩慢升高溫度為180-190℃，保溫加熱10-12分鐘，冷卻至常溫，送入平板硫化機(jī)中，在190-200℃、10-15MPa下，保壓3-4分鐘，冷卻，磨成細(xì)粉，即得。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：本發(fā)明通過在氧化石墨表面負(fù)載了單斜相的氧化鋯和氫氧化鎳，并同時(shí)將氧化石墨還原為石墨烯，復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性取決于石墨烯片層的片層阻隔效應(yīng)以及石墨烯與聚合物之間的界面相互作用，而石墨烯的基本結(jié)構(gòu)為共軛六元環(huán)，與聚苯乙烯中的苯環(huán)存在π-π相互作用，形成良好的層離分散狀態(tài)，有效的提高了石墨烯與聚合物之間的界面相互作用，負(fù)載過渡金屬可以進(jìn)一步提高石墨稀聚合物納米復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性和火安全性能，本發(fā)明的鋯或鎳與石墨煤之間發(fā)生協(xié)效作用，有兩點(diǎn)原因：鋯在聚合物的熱解和燃燒過程中具有催化成炭作用，可以促使材料形成保護(hù)性的炭層、鎳不但具有催化成炭作用，還具有吸附自由基的作用；而石墨稀具有更好的片層阻隔效應(yīng)，從而降低熱解產(chǎn)物的擴(kuò)散與逸出；有效的提高了成品的熱穩(wěn)定性和阻燃性能；本發(fā)明加入的硅烷偶聯(lián)劑kh560可以有效的改善填料在聚合物間的分散性，提高成品的穩(wěn)定性強(qiáng)度。

具體實(shí)施方式

一種硅烷改性負(fù)載過渡金屬的聚苯乙烯建筑材料，它是由下述重量份的原料制成的：

氧氯化鋯6、氯化鎳7、氧化石墨烯10、苯乙烯20、過氧化二苯甲酰0.1、聚苯乙烯100、聚酰胺蠟微粉3、2溴甲基苯酚0.4、聚丙烯酰胺2、二硫代水楊酸0.5、硫醇丁基錫0.3、石油磺酸鈣2、硅烷偶聯(lián)劑kh5600.6、膨潤(rùn)土6、松油醇2、滑石粉3。

一種所述的硅烷改性負(fù)載過渡金屬的聚苯乙烯建筑材料的制備方法，包括以下步驟：

（1）將上述膨潤(rùn)土在700℃下煅燒1小時(shí)，冷卻，磨成細(xì)粉，與上述2溴甲基苯酚混合，加入到混合料重量5倍的無水乙醇中，升高溫度為60℃，加入上述硅烷偶聯(lián)劑kh560，超聲20分鐘，加入上述硫醇丁基錫，攪拌至常溫，得硅烷醇分散液；

（2）將上述滑石粉加入到其重量41倍的去離子水中，超聲5分鐘，加入上述聚丙烯酰胺，在60℃下保溫?cái)嚢?分鐘，加入上述二硫代水楊酸，攪拌至常溫，得高分子分散液；

（3）將上述氧化石墨烯加入到其重量200倍的去離子水中，超聲處理100分鐘，得石墨烯分散液；

（4）將上述氧氯化鋯、氯化鎳混合，加入到混合料重量70倍的去離子水中，攪拌均勻，與上述石墨烯分散液、高分子分散液混合，攪拌均勻，送入到反應(yīng)釜中，滴加濃度為10%的氨水，調(diào)節(jié)pH為10，升高溫度為190℃，保溫?cái)嚢?小時(shí)，出料，抽濾，將沉淀水洗2次，在76℃下干燥20小時(shí)，得預(yù)處理石墨烯；

（5）將上述預(yù)處理石墨烯加入到其重量100倍的二甲基甲酰胺中，超聲1小時(shí)，得酰胺分散液；

（6）將上述苯乙烯加入到其重量17倍的二甲基甲酰胺中，攪拌16分鐘，與上述酰胺分散液混合，攪拌均勻，加入過氧化二苯甲酰，通入氮?dú)?，?0℃下保溫?cái)嚢?小時(shí)，送入烘箱中，在120℃下干燥完全，出料冷卻，得聚合物改性石墨烯；

（7）將上述聚合物改性石墨烯加入到硅烷醇分散液中，攪拌均勻，加入上述石油磺酸鈣，在50℃下保溫?cái)嚢?0分鐘，過濾，將沉淀水洗3次，在70℃下干燥1小時(shí)，得硅烷改性石墨烯；

（8）將上述硅烷改性石墨烯、聚苯乙烯混合，送入到密煉機(jī)中，加入剩余各原料，攪拌均勻，緩慢升高溫度為180℃，保溫加熱10分鐘，冷卻至常溫，送入平板硫化機(jī)中，在190℃、10MPa下，保壓3分鐘，冷卻，磨成細(xì)粉，即得。

性能測(cè)試:

拉伸強(qiáng)度（MPa）:15.4；

斷裂伸長(zhǎng)率（%）：74；

彎曲強(qiáng)度（MPa）：26.7。