本發(fā)明屬于阻燃抑煙劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種層狀雙氫氧化物-鉬酸根離子改性的石墨烯阻燃抑煙劑及其制備方法。

背景技術(shù)：

石墨烯是一種由單層碳原子緊密堆積而成的二維蜂窩狀平面結(jié)構(gòu)，由于其具有較大的表面積和優(yōu)異的電學(xué)、光學(xué)、力學(xué)以及熱學(xué)性質(zhì)，近年來受到了眾多領(lǐng)域研究者的廣泛關(guān)注和研究。中國期刊《塑料工業(yè)》的2016年第44卷第2期中的《石墨烯/聚合物復(fù)合材料研究進(jìn)展》一文中指出在一些聚合物中添加石墨烯可以提高其阻燃性能。實(shí)際上，石墨烯復(fù)合聚合物材料阻燃性能的提升主要是由于大比表面積的石墨烯片層在聚合物燃燒過程中起到的物理阻隔作用，它能抑制聚合物燃燒過程中氣相和凝聚相之間的能量和物質(zhì)的傳遞，從而保護(hù)下面的基體防止進(jìn)一步的燃燒。但是，由于石墨烯片層之間存在較強(qiáng)的范德華力，因此石墨烯容易發(fā)生團(tuán)聚，導(dǎo)致其在聚合物中分散性變差，阻燃效率降低，需要較大的添加量才能起到較好的阻燃效果，而添加量的增大又往往會(huì)導(dǎo)致聚合物物理機(jī)械性能的下降，從而限制了石墨烯在聚合物阻燃中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的首要目的在于提供一種層狀雙氫氧化物-鉬酸根離子改性的石墨烯阻燃抑煙劑，該阻燃抑煙劑不僅能夠改善聚合物的阻燃和抑煙性能，還能提高聚合物的物理機(jī)械性能。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種層狀雙氫氧化物-鉬酸根離子改性的石墨烯阻燃抑煙劑，其是先在石墨烯表面負(fù)載ldh、再在ldh層間插層鉬酸根離子得到。

本發(fā)明的另外一個(gè)目的是提供一種如上所述的層狀雙氫氧化物-鉬酸根離子改性的石墨烯阻燃抑煙劑的制備方法，其包括如下步驟：

(1)將二價(jià)金屬鹽和三價(jià)金屬鹽分散溶解到去離子水中，得均勻的鹽溶液；

(2)將石墨烯分散到堿性溶液中，加入鹽溶液，用沉淀劑調(diào)節(jié)溶液ph至8-11，在40-80℃條件下攪拌反應(yīng)12-36h，然后加入還原劑，反應(yīng)后得到混合物，將混合物通過離心洗滌處理，即得rgo-ldh；

(3)將rgo-ldh分散到去離子水中，加入鉬酸鹽溶液，調(diào)節(jié)溶液ph至4-5，然后通過離子交換法處理，即得鉬酸根離子插層改性的rgo-ldh。

上述技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果在于：本發(fā)明采用層狀雙氫氧化物和鉬酸根離子同時(shí)改性石墨烯，制備得到的鉬酸根離子插層改性的rgo-ldh在應(yīng)用時(shí)能夠均勻地分散在聚合物基體中，沒有明顯的團(tuán)聚現(xiàn)象，且該阻燃抑煙劑可以有效地提高聚合物的阻燃抑煙性能，不僅如此，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證，本發(fā)明公開的阻燃抑煙劑應(yīng)用于聚合物材料中還可以提高聚合物材料的力學(xué)機(jī)械性能。

具體實(shí)施方式

以下通過3個(gè)實(shí)施例對本發(fā)明公開的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明：

實(shí)施例1：阻燃抑煙劑的制備與應(yīng)用

一、阻燃抑煙劑的制備

(1)稱取7.5g的al(no3)3·9h2o和25.6g的mg(no3)2·6h2o，分散溶解于150ml去離子水中，得均勻的鹽溶液；

(2)稱取0.64g石墨烯分散到150ml堿性溶液(naoh濃度為0.20m，na2co3濃度為0.05m)中，超聲30分鐘，得到均勻分散的石墨烯分散液；

將步驟(1)中制得的鹽溶液滴加到上述石墨烯分散液中，滴加的同時(shí)快速攪拌；(時(shí)間，速率)

用0.2m的naoh溶液調(diào)節(jié)混合液的ph值至8，混合液在40℃的條件下攪拌反應(yīng)36h，然后加入0.75mln2h2·h2o，升溫至100℃，恒溫反應(yīng)3h，產(chǎn)物依次采用去離子水和無水乙醇分別洗滌2次，每次洗滌后的產(chǎn)物均進(jìn)行離心處理，冷凍干燥，即得rgo-ldh；

(3)稱取12g的(nh4)6mo7o24·4h2o溶解于100ml去離子水中，得到七鉬酸銨水溶液；

稱取10grgo-ldh分散到500ml去離子水中，超聲5分鐘，加入七鉬酸銨水溶液，調(diào)節(jié)溶液ph至4，在60℃條件下攪拌反應(yīng)3h，依次采用去離子水和無水乙醇洗滌3次，每次洗滌后的產(chǎn)物均進(jìn)行離心處理，冷凍干燥，得rgo-ldh/mo。

二、阻燃抑煙劑的應(yīng)用

將實(shí)施例1制備得到的阻燃抑煙劑按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2wt％的添加量投入到聚氨酯彈性體中，然后置于溫度為170℃、轉(zhuǎn)速為45r/min的密煉機(jī)中混煉6min，出料，送至平板硫化機(jī)上制樣，得阻燃聚氨酯彈性體試樣1。

實(shí)施例2：阻燃抑煙劑的制備與應(yīng)用

一、阻燃抑煙劑的制備

(1)稱取37.5g的al(no3)3·9h2o和59.4g的zn(no3)2·6h2o，分散溶解于500ml去離子水中，得均勻的鹽溶液；

(2)稱取1.2g石墨烯分散到150ml堿性溶液(naoh濃度為0.20m，na2co3濃度為0.05m)中，超聲20分鐘，得到均勻分散的石墨烯分散液；

將步驟(1)中制得的鹽溶液滴加到上述石墨烯分散液中，滴加的同時(shí)快速攪拌；(時(shí)間，速率)

用0.5m的naoh溶液調(diào)節(jié)混合液的ph值至11，混合液在60℃的條件下攪拌反應(yīng)24h，然后加入1.5mln2h2·h2o，升溫至110℃，恒溫反應(yīng)2h，產(chǎn)物依次采用去離子水和無水乙醇分別洗滌3次，每次洗滌后的產(chǎn)物均進(jìn)行離心處理，冷凍干燥，即得rgo-ldh；

(3)稱取11g的(nh4)6mo7o24·4h2o溶解于100ml去離子水中，得到七鉬酸銨水溶液；

稱取10grgo-ldh分散到500ml去離子水中，超聲10分鐘，加入七鉬酸銨水溶液，調(diào)節(jié)溶液ph至5，在70℃條件下攪拌反應(yīng)2h，依次采用去離子水和無水乙醇洗滌3次，每次洗滌后的產(chǎn)物均進(jìn)行離心處理，冷凍干燥，得rgo-ldh/mo。

二、阻燃抑煙劑的應(yīng)用

將實(shí)施例2制備得到的阻燃抑煙劑按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2wt％投入到聚氨酯彈性體中，然后置于溫度為170℃、轉(zhuǎn)速為45r/min的密煉機(jī)中混煉6min，出料，送至平板硫化機(jī)上制樣，得阻燃聚氨酯彈性體試樣2。

實(shí)施例3：阻燃抑煙劑的制備與應(yīng)用

一、阻燃抑煙劑的制備

(1)稱取14.0625g的al(no3)3·9h2o和54.5625g的co(no3)2·6h2o，分散溶解于150ml去離子水中，得均勻的鹽溶液；

(2)稱取0.82g石墨烯分散到150ml堿性溶液(naoh濃度為0.20m，na2co3濃度為0.05m)中，超聲30分鐘，得到均勻分散的石墨烯分散液；

將步驟(1)中制得的鹽溶液滴加到上述石墨烯分散液中，滴加的同時(shí)快速攪拌；(時(shí)間，速率)

用0.4m的naoh溶液調(diào)節(jié)混合液的ph值至10，混合液在80℃的條件下攪拌反應(yīng)12h，然后加入0.75mln2h2·h2o，升溫至120℃，恒溫反應(yīng)1h，產(chǎn)物依次采用去離子水和無水乙醇分別洗滌3次，每次洗滌后的產(chǎn)物均進(jìn)行離心處理，冷凍干燥，即得rgo-ldh；

(3)稱取13g的na2moo4·2h2o溶解于100ml去離子水中，得到鉬酸鈉水溶液；

稱取10grgo-ldh分散到500ml去離子水中，超聲5分鐘，加入鉬酸鈉水溶液，調(diào)節(jié)溶液ph至5，在80℃條件下攪拌反應(yīng)1h，依次采用去離子水和無水乙醇洗滌3次，每次洗滌后的產(chǎn)物均進(jìn)行離心處理，冷凍干燥，得rgo-ldh/mo。

二、阻燃抑煙劑的應(yīng)用

將實(shí)施例3制備得到的阻燃抑煙劑按質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為2wt％投入到乙烯-醋酸乙烯共聚物中，然后置于溫度為110℃、轉(zhuǎn)速為45r/min的密煉機(jī)中混煉10min，出料，送至平板硫化機(jī)上制樣，得阻燃乙烯-醋酸乙烯共聚物試樣3。

性能測試試驗(yàn)：

將上述制得的阻燃試樣1-3分別進(jìn)行阻燃性能、抑煙性能以及物理機(jī)械性能的檢測，檢測標(biāo)準(zhǔn)以及檢測結(jié)果詳見如下表1-3所示。其中，表1和2中記載的最大熱釋放速率下降百分?jǐn)?shù)及最大煙密度下降百分?jǐn)?shù)是與不加阻燃劑的聚氨酯彈性體/乙烯一醋酸乙烯共聚物相比，下降的百分?jǐn)?shù)。

從表1和2可以明顯看出，與不加阻燃劑的聚氨酯彈性體相比，使用本發(fā)明公開的阻燃抑煙劑可使試樣1、2的最大熱釋放速率下降60％以上，最大煙密度下降50％以上。與不加阻燃劑的乙烯一醋酸乙烯共聚物相比，本發(fā)明公開的阻燃抑煙劑可使試樣的最大熱釋放速率下降54.9％，最大煙密度下降51.8％。

從表3中數(shù)據(jù)可以明顯看出，與不加阻燃劑的聚氨酯彈性體和乙烯一醋酸乙烯共聚物相比，使用本發(fā)明公開的阻燃抑煙劑可使試樣1-3的抗張強(qiáng)度和斷裂伸長率均得到顯著提高。

表1試樣的阻燃性能測試

表2試樣的抑煙性能測試

表3試樣的力學(xué)性能測試

以上數(shù)據(jù)分析表明，使用本發(fā)明公開的阻燃抑煙劑在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以有效提高聚氨酯彈性體和乙烯-醋酸乙烯共聚物的阻燃、抑煙以及力學(xué)性能。