一種增強(qiáng)氧化石墨烯/pvc耐火性及熱穩(wěn)定性的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及新材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種功能化氧化石墨締增強(qiáng)PVC耐火性及熱 穩(wěn)定性的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]PVC是由單體氯乙締經(jīng)加聚反應(yīng)生成的熱塑性線型樹脂，其全球使用量在各種合 成材料中高居第二，且正W4%的增長(zhǎng)速度在全世界范圍內(nèi)得到生產(chǎn)和應(yīng)用。主要用于制 作卡片、墻紙、PVC窗簾、PVC涂塑電焊網(wǎng)、發(fā)泡板、PVC吊頂、水管、包裝袋等，具有高強(qiáng)度、耐 氣侯變化性W及優(yōu)良的幾何穩(wěn)定性，對(duì)氧化劑、還原劑和強(qiáng)酸有很強(qiáng)的抵抗力。在加工過程 中，增塑劑的使用會(huì)一定程度降低其阻燃性能，受到高溫作用時(shí)易燃燒，釋放出大量熱、煙 及有毒氣體，且其耐熱性較差，軟化點(diǎn)為80°c，于130°C開始分解變色，并析出肥1。為了增 強(qiáng)其耐火性，W往人們是在PVC中添加憐系、娃系、無(wú)機(jī)氨氧化物等，但是運(yùn)些物質(zhì)添加量 多甚至污染環(huán)境，為了解決運(yùn)些問題，有學(xué)者將添加劑納米化。近年來，由于石墨締的出現(xiàn)， 不少人利用其優(yōu)異性能而被用作聚合物納米添加劑，其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能抑制降解產(chǎn)物及有毒氣 體的擴(kuò)散及溢出，但是石墨締表面呈惰性而與其他介質(zhì)相互作用較弱且石墨締片與片之間 存在較強(qiáng)的范德華力，易發(fā)生聚集與聚合物基質(zhì)不相容，運(yùn)便限制了其發(fā)展。為了使其充分 分散在聚合物基質(zhì)中，一般是利用Hummers法制備氧化石墨締（GO)，其表面具有徑基、簇基 及環(huán)氧基等含氧官能團(tuán)。通過GO表面的含氧官能團(tuán)對(duì)其酷胺化、醋化、碳酸化、0-烷基化 及開環(huán)反應(yīng)。目前已有較多關(guān)于利用功能化氧化石墨締增強(qiáng)PP、PS、PE的耐火性及熱穩(wěn)定 性的報(bào)道，但是用于PVC卻少見。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引本發(fā)明的目的是解決PVC材料熱穩(wěn)定性差和添加增塑劑后耐火性降低的問題。 [0004] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的而采用的技術(shù)方案是運(yùn)樣的，一種增強(qiáng)氧化石墨締/PVC(聚氯 乙締）耐火性及熱穩(wěn)定性的方法，其特征在于，包括W下步驟： 陽(yáng)0化]1)氧化石墨締分散在溶劑DMF(N，N-二甲基甲酯胺）中
[0006] 稱取氧化石墨締，所述氧化石墨締的質(zhì)量（mg)與純DMF的體積（mL)比為10-30 : 30-60,將稱量好的氧化石墨締加入到溶劑DMF中，超聲，得到黃褐色的溶液A;
[0007] 2)氧化石墨締的改性
[0008] 2. 1)量取改性劑APTS(3-氨基S乙氧基丙基硅烷），所述改性劑APTS的體積（mL) 與步驟1)中所用的氧化石墨締的質(zhì)量（mg)的比例范圍為0. 5:1-1. 5:1 ;將稱量好的改性 劑APTS加入到步驟1)中所得的黃褐色溶液A中，得混合液B;
[0009] 2. 2)稱取脫水劑，所述脫水劑二環(huán)己基碳二亞胺值CC)與步驟1)中所用的氧化石 墨締的質(zhì)量比例范圍為50:1-100:1 ;將脫水劑加入步驟2. 1)中所得的溶液B中，得到逐漸 變深的黃褐色液體，即為混合液C;
[0010] 2. 3)對(duì)步驟2. 2)中所得的混合液C超聲，并將其倒入250mL的S口燒瓶中，在S 口燒瓶的中間口裝上機(jī)械攬拌棒，左右兩口分別裝上溫度計(jì)及蛇形冷凝管，將整個(gè)裝置放 入油浴鍋，加溫至60-70°C，打開水龍頭使冷凝管通水后再開啟機(jī)械攬拌器，調(diào)整速率，反應(yīng) 28-4 化；
[0011] 3)產(chǎn)物的洗涂純化
[0012] 步驟2)完成后，關(guān)掉油浴鍋和機(jī)械攬拌器，待=口燒瓶冷卻到室溫時(shí)加入無(wú)水乙 醇，使溶液總量占燒瓶容積的80 % -90 %，靜置過夜，第二天倒去上層清液，將下層產(chǎn)物進(jìn) 行抽濾，將抽濾完成后的產(chǎn)物分別用無(wú)水乙醇和去離子水洗涂； 陽(yáng)〇1引 4)產(chǎn)物的干燥
[0014] 將步驟3)中洗涂完成后的產(chǎn)物在60-70°C的恒溫箱中加熱，恒溫干燥8-15小時(shí)后 自然冷卻，得到APTS-G0 (被APTS改性的氧化石墨締）黑色粉末；
[0015] 5)APTS-G0/PVC復(fù)合材料的制備
[0016] 5. 1)稱取APTS-G0加入到DMF中，所述APTS-G0的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% -2. 5%，超 聲，得到懸浮液D;超聲的同時(shí)開啟水浴鍋，溫度調(diào)至60-70°C;
[0017] 5.。稱取PVC粉末，倒入DMF中，所述本步驟中使用的DMF與步驟5. 1)中使用的 DMF的體積比為3:2,PVC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為97. 5% -99. 5%，邊倒邊攬拌，待攬拌均勻后，將攬 拌均勻的混合液體倒入60-70°C的水浴鍋中加熱，得溶液E;
[0018] 5. 3)將步驟5. 1)中所得的懸浮液D和步驟5. 2)中得到的溶液E，進(jìn)行混合，震蕩， 超聲，得混合液F;
[0019] 5. 4)將步驟5. 3)中所得的混合液F放在磁力攬拌器上攬拌2-化，得混合液G;
[0020] 5. 5)將步驟5. 4)中所得混合液G誘鑄到培養(yǎng)皿中，放入恒溫干燥箱中在60-70°C 條件下干燥12-2化，冷卻至室溫即得光滑平整的APTS-G0/PVC復(fù)合薄膜。
[0021] 進(jìn)一步，所述步驟1)中的超聲功率為70W，頻率為40KHZ，時(shí)間為60-90分鐘。
[0022] 進(jìn)一步，所述步驟2. 3)中超聲時(shí)間為5-10分鐘。
[0023] 進(jìn)一步，所述步驟2. 3)中的機(jī)械攬拌器的型號(hào)為DW-2,功率為90W。
[0024] 進(jìn)一步，所述步驟5. 1)中超聲時(shí)間為60-90分鐘。
[00巧]進(jìn)一步，所述步驟2. 3)中的調(diào)整速率即是將攬拌器的速率調(diào)節(jié)旋鈕向右旋，使旋 鈕上的白線與速率大小標(biāo)志線的1/2處對(duì)齊。
[0026] 進(jìn)一步，所述步驟5. 3)中超聲時(shí)間為50-60分鐘。
[0027] 進(jìn)一步，所述步驟5. 4)中磁力攬拌器的功率為25WX4,磁鋼轉(zhuǎn)速最高為2400巧m。
[0028] 進(jìn)一步，所述步驟5. 5)中恒溫干燥箱功率為1. 6kW。本發(fā)明的技術(shù)效果是毋庸置 疑的，具有工藝簡(jiǎn)單、無(wú)面無(wú)毒、原料易得等優(yōu)點(diǎn)，主要包括：
[0029] 1、本發(fā)明利用氧化石墨締的碳骨架結(jié)構(gòu)及其片層阻隔效應(yīng)，在燃燒過程中增強(qiáng) PVC的熱穩(wěn)定性及降解后的碳層密度，進(jìn)而增強(qiáng)耐火性能。
[0030] 2、利用氧化石墨締的表面含氧官能團(tuán)與APTS的端氨基進(jìn)行酷胺化反應(yīng)，一方面 增強(qiáng)了氧化石墨締在PVC中的分散性，W充分發(fā)揮其阻燃效能，另一方面引入Si元素，在燃 燒時(shí)生成Si02層，吸附在碳層表面，增加碳層厚度，進(jìn)一步抑制降解產(chǎn)物、有毒氣體的溢出 及熱量的傳遞。
[0031] 3、PVC的分解分為兩個(gè)階段：第一階段主要脫氯化氨及少量的水，第二階段主要 為PVC中碳鏈的斷裂分解；GO及APTS-G0的TGA曲線只有一段，其中GO在較低溫度下就開 始分解，主要是-OH、-COOH及C-O-C的快速脫出，其殘?zhí)柯瘦^低，改性后的GO分解緩慢，殘 炭率相比起PVC、GO分別提高了 45. 963%、44. 199%。
[0032] 4、隨著溫度的提升，大約280°CW后復(fù)合材料的熱失重開始出現(xiàn)明顯的滯后性，原 因可能是納米級(jí)的GO在PVC上形成的"彎路效應(yīng)"阻止了高溫下產(chǎn)生的易揮發(fā)組分的釋放， 造成了質(zhì)量損失的滯后性，并且改性后的GO增加了碳鏈，接枝上去的鏈及燃燒產(chǎn)生的二氧 化娃層能增強(qiáng)GO的"彎道效應(yīng)"。 陽(yáng)03引 5、APTS-G0/PVC的初始降解溫度比純PVC提高了 18. 92°C，其質(zhì)量損失率都低于 90%,當(dāng)APTS-G0含量2. 5wt%時(shí)，質(zhì)量損失率比純PVC降低了 13. 35%。
[0034] 6、隨著APTS-G0的含量增加，復(fù)合材料的氧指數(shù)增加，當(dāng)含量為2. 5wt%時(shí)，其氧 指數(shù)達(dá)到47. 6 %，相比起純PVC膜提高了 14. 6 %。
【附圖說明】
[0035] 圖1為純PVC粉末、GO及APTS-G0的TGA圖；
[0036] 圖2為含不同量APTS-G0的復(fù)合材料TGA圖；
[0037] 圖3為氧指數(shù)隨APTS-G0含量變化圖。
【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)該理解為本發(fā)明上述主題范圍僅 限于下述實(shí)施例。在不脫離本發(fā)明上述技術(shù)思想的情況下，根據(jù)本領(lǐng)域普通技術(shù)知識(shí)和慣 用手段，做出各種替換和變更，均應(yīng)包括在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。 陽(yáng)039] 實(shí)施例1 : W40] 1)氧化