含磷可膨脹石墨的制備及性能實驗研究.pdf

1、以濃硫酸為插層劑所制造的一類石墨層間化合物（硫酸-GIC）作為膨脹型阻燃劑獲得了廣泛的研究和應(yīng)用。盡管此類GIC具有良好的阻燃性能，但單獨以硫酸作為插層劑使用其阻燃能力仍顯不足。本文期望能夠通過利用不同化合物輔助插層原料石墨，提高石墨插層物的膨脹容積，改善其阻燃性能。為此，本文以得到具有高膨脹性能和優(yōu)異阻燃特性的可膨脹石墨為目的，優(yōu)化了石墨插層反應(yīng)中的氧化劑、插層劑、輔助插層劑、浸泡等工藝條件，并對所得產(chǎn)品的阻燃性能和催化性能進行了考證

2、。
　　首先，以50目石墨為原料，以高錳酸鉀為氧化劑，硫酸和焦磷酸鈉為插層劑，經(jīng)氧化、插層、水洗、干燥后制得以焦磷酸鈉為輔助插層劑的含磷可膨脹石墨EG。確定反應(yīng)適宜條件為：天然石墨:高錳酸鉀:硫酸(98%):焦磷酸鈉=1.0:0.4:5.0:0.6（質(zhì)量比），質(zhì)量濃度為98%硫酸需稀釋至80%，在40℃下反應(yīng)40min，可以制得起始膨脹溫度為148℃，最大膨脹容積550mL·g-1的EG。EG對線性低密度聚乙烯(LLDPE)的阻燃

3、性能及熱性能研究結(jié)果表明：EG阻燃LLDPE效果明顯，添加30%的EG可以使LOI由17.5%提高到29.4%，而添加20%的EG和10%的聚磷酸銨(APP)的LOI為31.2%；盡管與70LLDPE/30EG體系相比擁有比較低的剩炭率，70LLDPE/10APP/20EG體系表現(xiàn)出更高的協(xié)同阻燃特性；由于APP的分解物對石墨蠕蟲的粘連作用，在阻燃基材的表面形成了致密炭層，具有更好的隔氧、隔熱的效果；熱穩(wěn)定性和致密性較高的炭層是實現(xiàn)高效

4、阻燃的根本。阻燃劑的加入對LLDPE的拉伸強度有一定的影響。
　　其次，針對EG高溫易被氧化的問題，實驗中建立了一種抗氧化性EG的制備方法。首先按照原料石墨:高錳酸鉀:硫酸(98%):焦磷酸鈉的質(zhì)量比為1.0:0.2:5.0:0.6，反應(yīng)中H2SO4質(zhì)量濃度為70%，在40℃下反應(yīng)40min制備了普通EG，然后將該EG用蔗糖硼酸脂鎂溶液浸泡（m(質(zhì)量濃度23%蔗糖硼酸脂鎂水溶液):m(EG)=3.0:1.0），經(jīng)過濾、干燥得到以焦

5、磷酸鈉為輔助插層劑的抗氧化性EG。阻燃性能及熱性能研究結(jié)果表明：添加30%該抗氧化性EG可以使LLDPE的LOI提高到29.8%，高溫氧化分解溫度提高至750℃，而添加等量普通EGLOI為26.1%，高溫氧化分解溫度為716℃；采用蔗糖硼酸脂鎂溶液浸泡EG，能在其表面形成含鎂和硼的抗氧化保護層，提高了EG的熱穩(wěn)定性和對LLDPE阻燃特性。
　　然后，以硫酸作插層劑，磷酸作輔助插層劑制備了以磷酸為輔助插層劑的含磷EG阻燃劑，并考察了

6、其對LLDPE的阻燃性能。該含磷EG的適宜制備方案為：石墨:高錳酸鉀:硫酸(98%):磷酸(85%)=1.0:0.2:3.0:0.3（質(zhì)量比），質(zhì)量濃度為98%硫酸需稀釋至75%，在40℃下反應(yīng)60min，可以制得起始膨脹溫度為160℃，膨脹容積為416mL·g-1的EG。添加30%該EG使LLDPE的LOI由17.3%提高至25.9%。由于以焦磷酸鈉為輔助插層劑EG膨脹性能大于以磷酸為輔助插層劑EG膨脹性能，導(dǎo)致磷酸輔助插層EG阻燃能