一種可膨脹石墨的制備工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種可膨脹石墨的制備工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]膨脹石墨是以天然鱗片石墨為原料，利用物理或化學的方法使某些原子或原子團插入石墨層間，得到的一種石墨層間化合物，即可膨脹石墨，可膨脹石墨經(jīng)過瞬時高溫處理后發(fā)生膨脹，形成的一種具有豐富孔隙結(jié)構(gòu)、低堆積密度、高化學穩(wěn)定性的物質(zhì)。1840年，首先由Schafhaeutl將硫酸和硝酸混合加入到鱗片石墨中，經(jīng)過加熱而發(fā)現(xiàn)石墨產(chǎn)生體積膨脹的現(xiàn)象，然而膨脹石墨的應(yīng)用則在百年后才開始。Ti02是一種固體顆粒氧化物，在紫外光照射下，可將一些有機化合物降解，所以它是一種光降解催化劑。Ti02作為一種綠色環(huán)境治理技術(shù)，因其具有效率高、能耗低、操作簡便、反應(yīng)條件溫和、適用范圍廣、可減少二次污染等突出優(yōu)點而成為國內(nèi)外的研究熱點。
[0003]膨脹石墨不但保留了天然石墨的許多優(yōu)點，諸如耐腐蝕性、耐熱性、耐輻射性、導(dǎo)電導(dǎo)熱性、自潤滑性及不滲透性等；還具備了天然石墨所不具備的良好性能，諸如輕質(zhì)柔軟、可壓縮、可撓性、回彈性優(yōu)良等，其主要表現(xiàn)如下:耐腐蝕性:除少數(shù)強氧化劑特定濃度介質(zhì)外，在很寬的溫度、壓力、時間范圍內(nèi)，與介質(zhì)不發(fā)生化學反應(yīng)，對大多數(shù)無機酸、堿、鹽都適用。耐高溫與低溫:在非氧化介質(zhì)或惰性氣體的環(huán)境中，在_200°C?2500°C范圍內(nèi)使用時，高溫不軟化，低溫不變脆，尤其不因壓力和溫度交變或受震動，而出現(xiàn)密封失效。所以在耐熱度、抗氧化方面比石棉、橡膠等材料更具有優(yōu)越性。
[0004]自潤滑性:在外力作用下容易沿石墨碳層平面方向發(fā)生生相對滑移?？蓧嚎s性:經(jīng)壓延能制成板才，經(jīng)橫壓、滾壓等機械加工，可生產(chǎn)各種密封制品。不滲透性:質(zhì)地疏松的膨脹石墨經(jīng)過擠壓，石墨蠕蟲相互粘結(jié)后，對氣體和液體介質(zhì)具有優(yōu)良的不滲透性質(zhì)。
[0005]柔軟性:因自身存在許多特殊的單元結(jié)構(gòu)，只要用較小的緊固力就可以達到良好的
[0006]自粘性，形成有效的密封。
[0007]耐輻射性:在α，β，γ和中子的長期照射下不發(fā)生明顯變化。
[0008]抗氧化:與其它傳統(tǒng)密封材料比較，膨脹石墨的氧化溫度較高，制品的氧化速度也很小。
[0009]低密度:體積密度為0.002?0.005g.cm_3，而制品密度為1.0?1.6g.cm_3。
[0010]各向異性:在傳熱和導(dǎo)電方面有優(yōu)異的各向異性、平面層方向的熱傳導(dǎo)率比厚度方向大28倍，導(dǎo)電率大500倍，熱膨脹率大30?80倍。
[0011]1.1.2膨脹石墨的應(yīng)用
[0012]1.1.2.1 密封材料
[0013]經(jīng)過深加工的膨脹石墨是一種非常優(yōu)異的密封材料，其壓乳后稱為柔性石墨。與石棉、橡膠、纖維素等傳統(tǒng)密封材料相比，柔性石墨可用溫度范圍較寬，且熱膨脹系數(shù)小，高溫不軟化，低溫不變脆，有“密封王”的美譽。目前我國許多廠家在生產(chǎn)和制造這種產(chǎn)品。優(yōu)質(zhì)的柔性石墨密封材料能夠耐高溫和抗腐蝕，可以用于化工、石油、電力、冶金、汽車等行業(yè)的高溫流體密封。柔性石墨是通過經(jīng)高溫膨化后的膨脹石墨壓制而成，殘留在柔性石墨中的少量的插層劑及其成分會對產(chǎn)品的質(zhì)量和性能產(chǎn)生很大的影響。最初的發(fā)明者是用濃硫酸來做插層劑和氧化劑，主要的作用是做金屬部件的密封材料，但是經(jīng)過長期的使用后發(fā)現(xiàn)膨脹石墨中殘留的少量的硫?qū)佑|的金屬存在嚴重的腐蝕想象，針對這一點國內(nèi)有一些學者進行了改善的嘗試，如使用乙酸或其他酸酐作為插層劑插層而得到無硫可膨脹石墨。
[0014]利用可膨脹石墨在高溫下迅速膨脹的性質(zhì)和無毒的特性可將其應(yīng)用于阻燃領(lǐng)域。一方面膨脹石墨本身在一般條件下很難燃燒；另一方面可膨脹石墨在膨脹過程中吸收大量熱量，可以起到降溫的作用，并且可膨脹石墨在瞬間膨脹后可將火源與可燃物分離。與此同時，以可膨脹石墨為基體的復(fù)合阻燃材料的研究也比較活躍，蔣舒將膨脹石墨與聚丙烯壓制成型的EG/PP復(fù)合材料阻燃性能優(yōu)越，克服了聚丙烯的氧指數(shù)低，容易燃燒，且燃燒速率快，發(fā)熱量高，并伴有熔滴現(xiàn)象，容易引起火災(zāi)等的缺點。閻愛華等進行了可膨脹石墨/聚磷酸銨協(xié)同阻燃聚乙烯的研究，結(jié)果表明膨脹石墨/聚磷酸銨發(fā)揮了協(xié)同阻燃作用，形成了致密穩(wěn)定的膨脹炭層。
[0015]膨脹石墨孔隙結(jié)構(gòu)豐富，比表面積大，能夠吸附水體中的有機污染物。人們利用膨脹石墨的這些特性，開始研究它在環(huán)境保護中的應(yīng)用。沈萬慈[3]等研究發(fā)現(xiàn):膨脹石墨在組織上仍由石墨微晶組成，吸附具有兩向性，并以吸附非極性分子為主，但在一定環(huán)境中也會吸附極性分子。
[0016]Toyoda Masahiro等報道了影響膨脹石墨吸附性能的重要因素之一是膨脹容積。曹宏等研究了溫度和粘度對于膨脹石墨吸附量的影響。Zheng Yong-Ping等研究了膨脹石墨蠕蟲吸附與解吸過程中的形貌變化，他認為膨脹石墨顆粒內(nèi)部與顆粒之間吸附油品的種類不同。Inagaki Mich1在研究膨脹石墨吸附油品后的再生吸附問題時，認為使用抽濾法能將吸附在膨脹石墨內(nèi)部的重油吸出，并且抽濾后的膨脹石墨仍可用于吸附重油，但吸附量明顯下降。李增新等認為膨脹石墨從結(jié)構(gòu)上說是一種納米級復(fù)合材料，具有二維物理和化學特性。孫力學等人研究了改性膨脹石墨對甲醛氣體的吸附，膨脹石墨經(jīng)改性后對甲醛氣體的吸附能力大幅度提高，這一研究結(jié)果為膨脹石墨擴展新的應(yīng)用提供了依據(jù)。王凱研究了膨脹石墨一氯化鈣混合吸附劑的性質(zhì)，使得混合吸附劑的導(dǎo)熱系數(shù)擴大了 23倍，縮短了吸附制冷循環(huán)時間，在雙熱管型吸附制冷系統(tǒng)中得到了應(yīng)用研究。另外，膨脹石墨還可用于工業(yè)廢水乳狀液除油以及除去可溶于油的物質(zhì)，如農(nóng)藥等，并對許多其他有機或無機的有害液體、氣體、染料等都有良好的吸附效果。膨脹石墨基本由純碳組成，無毒并且具有化學惰性，所以對環(huán)境不會造成二次污染。這些應(yīng)用預(yù)示了膨脹石墨在環(huán)境污染治理中可起到重要作用。
[0017]由硫酸做插層劑制備的可膨脹石墨對硫酸具有負載作用，因此可以將其用于有質(zhì)子轉(zhuǎn)移的反應(yīng)。龐秀言等以可膨脹石墨為催化劑，通過酯交換反應(yīng)合成了生物柴油。
[0018]膨脹石墨作為導(dǎo)電填料制備聚合物基導(dǎo)電復(fù)合材料方面[25-27]的研究近年