本發(fā)明屬于材料領(lǐng)域，具體設(shè)計(jì)一種介孔阻燃接枝石墨烯材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
由于石墨烯具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)柔韌性、超高的電導(dǎo)率、優(yōu)異的熱穩(wěn)定性以及巨大的比表面積，石墨烯在納米材料的制備與應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展前景，將擁有優(yōu)異性能的石墨烯與其他功能納米材料相結(jié)合制備石墨烯基納米復(fù)合材料，是拓展石墨烯應(yīng)用范圍的有效途徑，一方面，這些功能納米材料可以擴(kuò)大石墨烯在固態(tài)下的片層距離，防止其堆積成石墨結(jié)構(gòu)，從而保持石墨烯的優(yōu)越性能，另一方面，最近的研究表明，石墨烯與這些功能納米材料之間存在協(xié)同效應(yīng)，使得復(fù)合材料表現(xiàn)出比單組分更為優(yōu)越的良好性能，甚至產(chǎn)生一些新的特性，因此，越來越多多功能的石墨烯復(fù)合材料的研究都在持續(xù)的進(jìn)行之中，目前，石墨烯負(fù)載的金屬、氧化物、硫化物、氧氧化物等無機(jī)納米復(fù)合材料已經(jīng)被廣泛的制備出來，并顯示出優(yōu)異的性能。一般的，石墨烯基無機(jī)納米復(fù)合材料的制備方法可以分為原位生長與自組裝兩種。原位生長是指將第二組分的前驅(qū)體金屬鹽與石墨烯(或氧化石墨烯)混合，在石墨烯片層的表面生長功能納米材料。自組裝是指將預(yù)先制備的具有一定形貌與尺寸的第二組分納米材料直接與石墨烯(或氧化石墨烯)混合，通過化學(xué)鍵或分子間作用力使之附著于石墨烯片的表面。
石墨烯中的碳原子以sp2雜化軌道的形式相結(jié)合，具有獨(dú)特的二維碳原子結(jié)構(gòu)，因此可以作為阻燃劑來使用，然而隨著人們對防火品質(zhì)的要求越來越高，采用多種阻燃材料復(fù)合來進(jìn)一步增強(qiáng)阻燃性能的研究就顯得特別重要。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于進(jìn)一步提高石墨烯的阻燃性能，提供一種介孔阻燃接枝石墨烯材料及其制備方法。
為實(shí)現(xiàn)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
一種介孔阻燃接枝石墨烯材料，它是由下述重量份的原料組成的：
介孔模板助劑1.6-2、磷酸二氫鋁2-3、正硅酸乙酯16-20、4-乙基苯磺酸0.9-2、氧化石墨烯100-107、胺化助劑2-3、硼氫化鈉3-5。
所述的介孔模板助劑為脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基二甲基溴化銨中的一種或兩種的混合物，當(dāng)為混合物時，脂肪醇聚氧乙烯醚、十二烷基二甲基溴化銨的質(zhì)量比為1:10-14。
所述的胺化助劑為三乙醇胺、乙二胺中的一種。
一種介孔阻燃增強(qiáng)石墨烯材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)取介孔模板助劑，加入到其重量30-47倍的去離子水中，攪拌均勻，得水分散液；
(2)取磷酸二氫鋁，加入到其重量6-10倍的去離子水中，攪拌均勻，加入正硅酸乙酯，升高溫度為40-50℃，加入水分散液，攪拌均勻，滴加濃度為10-13％的氨水，調(diào)節(jié)pH為10-11，保溫?cái)嚢?-6小時，得硅凝膠分散液；
(3)將4-乙基苯磺酸加入到硅凝膠分散液中，在0.4-0.5Mpa、150-160℃下蒸汽加熱1-2小時，過濾，將沉淀水洗，真空70-80℃下干燥2-3小時，得磺酸化介孔阻燃二氧化硅；
(4)取磺酸化介孔阻燃二氧化硅，加入到其重量17-20倍的氯化亞砜中，在50-55℃下保溫?cái)嚢?5-20小時，蒸餾除去氯化亞砜，常溫干燥，得酰氯化介孔阻燃二氧化硅；
(5)取氧化石墨烯，加入到其重量100-200倍的丙酮中，1000-1400轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?-4小時，加入胺化助劑，蒸餾除去丙酮，水洗，常溫干燥，分散到其重量80-90倍的去離子水中，磁力攪拌20-30分鐘，加入硼氫化鈉，送入到60-70℃的恒溫水浴中，保溫?cái)嚢?-3小時，出料，過濾，將沉淀水洗，真空50-60℃下干燥至恒重，得胺化石墨烯；
(6)將胺化石墨烯、酰氯化介孔阻燃二氧化硅混合，加入到混合料重量30-40倍的去離子水中，超聲10-20分鐘，過濾，將沉淀水洗，常溫干燥，得介孔阻燃接枝石墨烯材料。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)：
本發(fā)明采用正硅酸乙酯為前驅(qū)體，將得到的硅凝膠采用蒸汽加熱處理，得到含有介孔的硅材料，采用4-乙基苯磺酸處理，將得到的磺酸化介孔硅材料通過氯化亞砜處理，得到酰氯化介孔阻燃二氧化硅，之后在還原氧化石墨烯的過程中加入胺化助劑處理，得到胺化石墨烯，將酰氯化介孔阻燃二氧化硅與胺化石墨烯混合改性，將二氧化硅有效的與石墨烯形成交聯(lián)，得到穩(wěn)定的復(fù)合材料，本發(fā)明的介孔硅材料采用磷酸二氫鋁處理，可以提高介孔的穩(wěn)定性，增強(qiáng)介孔壁的強(qiáng)度，限制孔道內(nèi)分子鏈的熱運(yùn)動，提高阻隔性能，從而提高成品材料的耐熱阻燃性。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例1
一種介孔阻燃接枝石墨烯材料，它是由下述重量份的原料組成的：
脂肪醇聚氧乙烯醚1.6、磷酸二氫鋁2、正硅酸乙酯16、4-乙基苯磺酸0.9、氧化石墨烯100、三乙醇胺2、硼氫化鈉3。
一種介孔阻燃增強(qiáng)石墨烯材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)取介孔模板助劑，加入到其重量30倍的去離子水中，攪拌均勻，得水分散液；
(2)取磷酸二氫鋁，加入到其重量6倍的去離子水中，攪拌均勻，加入正硅酸乙酯，升高溫度為40℃，加入水分散液，攪拌均勻，滴加濃度為10％的氨水，調(diào)節(jié)pH為10，保溫?cái)嚢?小時，得硅凝膠分散液；
(3)將4-乙基苯磺酸加入到硅凝膠分散液中，在0.4Mpa、150℃下蒸汽加熱1小時，過濾，將沉淀水洗，真空70℃下干燥2小時，得磺酸化介孔阻燃二氧化硅；
(4)取磺酸化介孔阻燃二氧化硅，加入到其重量17倍的氯化亞砜中，在50℃下保溫?cái)嚢?5小時，蒸餾除去氯化亞砜，常溫干燥，得酰氯化介孔阻燃二氧化硅；
(5)取氧化石墨烯，加入到其重量100倍的丙酮中，1000轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?小時，加入胺化助劑，蒸餾除去丙酮，水洗，常溫干燥，分散到其重量80倍的去離子水中，磁力攪拌20分鐘，加入硼氫化鈉，送入到60℃的恒溫水浴中，保溫?cái)嚢?小時，出料，過濾，將沉淀水洗，真空50℃下干燥至恒重，得胺化石墨烯；
(6)將胺化石墨烯、酰氯化介孔阻燃二氧化硅混合，加入到混合料重量30倍的去離子水中，超聲10分鐘，過濾，將沉淀水洗，常溫干燥，得介孔阻燃接枝石墨烯材料。
實(shí)施例2
一種介孔阻燃接枝石墨烯材料，它是由下述重量份的原料組成的：
十二烷基二甲基溴化銨2、磷酸二氫鋁3、正硅酸乙酯20、4-乙基苯磺酸2、氧化石墨烯107、乙二胺3、硼氫化鈉5。
一種介孔阻燃增強(qiáng)石墨烯材料的制備方法，包括以下步驟：
(1)取介孔模板助劑，加入到其重量47倍的去離子水中，攪拌均勻，得水分散液；
(2)取磷酸二氫鋁，加入到其重量10倍的去離子水中，攪拌均勻，加入正硅酸乙酯，升高溫度為50℃，加入水分散液，攪拌均勻，滴加濃度為13％的氨水，調(diào)節(jié)pH為11，保溫?cái)嚢?小時，得硅凝膠分散液；
(3)將4-乙基苯磺酸加入到硅凝膠分散液中，在0.5Mpa、160℃下蒸汽加熱2小時，過濾，將沉淀水洗，真空80℃下干燥3小時，得磺酸化介孔阻燃二氧化硅；
(4)取磺酸化介孔阻燃二氧化硅，加入到其重量20倍的氯化亞砜中，在55℃下保溫?cái)嚢?0小時，蒸餾除去氯化亞砜，常溫干燥，得酰氯化介孔阻燃二氧化硅；
(5)取氧化石墨烯，加入到其重量200倍的丙酮中，1400轉(zhuǎn)/分?jǐn)嚢?小時，加入胺化助劑，蒸餾除去丙酮，水洗，常溫干燥，分散到其重量90倍的去離子水中，磁力攪拌30分鐘，加入硼氫化鈉，送入到70℃的恒溫水浴中，保溫?cái)嚢?小時，出料，過濾，將沉淀水洗，真空60℃下干燥至恒重，得胺化石墨烯；
(6)將胺化石墨烯、酰氯化介孔阻燃二氧化硅混合，加入到混合料重量40倍的去離子水中，超聲20分鐘，過濾，將沉淀水洗，常溫干燥，得介孔阻燃接枝石墨烯材料。
性能測試：
在制備傳統(tǒng)環(huán)氧樹脂的過程中，按照20％的重量比分別加入傳統(tǒng)石墨烯材料與本發(fā)明的介孔阻燃接枝石墨烯材料，其余各原料及其制備方法均相同；
極限氧指數(shù)測試表明：測得添加有傳統(tǒng)石墨烯材料的環(huán)氧樹脂的極限氧指數(shù)為28-29.8％，而添加有本發(fā)明的介孔阻燃接枝石墨烯材料的環(huán)氧樹脂的極限氧指數(shù)為33-34.1％；
熱失重測試表明：添加有傳統(tǒng)石墨烯材料的環(huán)氧樹脂在650℃時質(zhì)量保持率為25-26.4％，而添加有本發(fā)明的介孔阻燃接枝石墨烯材料的環(huán)氧樹脂在650℃時質(zhì)量保持率為34-35.9％，因此證明了本發(fā)明的復(fù)合材料相比于石墨烯單獨(dú)使用時具有更好的阻燃和耐熱穩(wěn)定性。