一种纳米包裹改性硅墨烯材料及其制备方法与流程

本发明属于新材料，具体地说，涉及一种纳米包裹改性硅墨烯材料及其制备方法和在防火安全领域的应用。

背景技术：

1、通常情况下，硅墨烯因其独特的结构赋予了它优异的导电性、导热性和力学性能，这让硅墨烯在众多领域展现出广泛的应用前景，如在能源存储、电子器件、复合材料、传感器等方面有着不可替代的作用。然而，硅墨烯在实际应用中仍存在一些问题和挑战，特别是它的层间相互作用导致的易聚集现象，这大大削弱了它在复合材料中的性能。

2、为解决上述问题，开发了一系列的硅墨烯改性方法，以提高其分散性能和界面相容性。其中，纳米包裹改性技术作为一种新兴技术，通过在硅墨烯表面包裹一层纳米材料，既可以保持硅墨烯的原有性质，又能防止其重叠聚集，进而改善其在复合材料中的应用性能。

3、目前，火灾安全是社会发展的重要问题，传统的防火材料多存在效果不佳、环保性能差等问题，因此开发新型高效防火材料迫在眉睫。本发明提出的纳米包裹改性硅墨烯材料，由于纳米包裹层的阻燃效果和硅墨烯本身的屏蔽作用，表现出优异的防火性能和较高的环保性，成为解决传统防火材料问题的有力候选材料。

技术实现思路

1、1、要解决的问题

2、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种纳米包裹改性硅墨烯材料及其制备方法，能够显著改善硅墨烯材料的多项物理性能，包括提高抗压强度和抗拉强度、降低热导性以及提升燃烧性能，以适应严苛的建筑材料应用需求。这种硅墨烯材料具有明显的技术优势和较高的实用价值。

3、2、技术方案

4、为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

5、一种纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，按重量kg计包括以下步骤：

6、(1)首先，将2-10kg的玻璃纤维、20-30kg硅微粉及40-60kg异氰酸烯丙酯加入到反应釜中；接着，向反应釜中加入100-120kg无水乙醇及5-10kg偶联剂，加热至100-130℃保持恒定6-10h；然后，向反应釜中加入10-20kg 1-三环[3.3.1.1(3.7)]癸醇与2-4kg石墨聚苯乙烯颗粒，保持80-95℃并维持2-6h；最后，加入5-15kg n-烯丙基氨基甲酸叔丁酯与1-2kg消泡剂，在60-80℃下热反应4-10h，超声2-4h，制得硅墨烯材料；

7、(2)提供5-10kg纳米级无机阻燃剂、5-10kg偶氮二甲酰胺及4-10kg十六烷基胺并混合，均质处理后得到混合物；接着，160-200℃、2-5mpa及氮气氛围下反应3-8h，得到阻燃复合纳米材料；

8、(3)向3-10kg聚醚衍生物中添加1-6kg粉煤灰，然后加入20-30kg硅墨烯材料，搅拌均匀后，60-80℃下搅拌反应2-8h，接着，12000-14000rpm下离心20-40min以集沉淀物，使用纯水清洗并烘干，接着，加入2-6kg阻燃复合纳米材料及50-100kg的去离子水，转移至高温反应釜中，190-260℃下反应12-18h后，真空冷冻干燥后即得。

9、上述所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，

10、步骤(1)中所述偶联剂为n-羟基琥珀酰亚胺、二环己基碳二亚胺、二甲基亚氨基丙酸酯、琥珀酰亚胺二马来酰亚胺、1-乙基-3-(3-二甲氨基丙基)碳二亚胺中的至少一种。

11、上述所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，

12、步骤(1)中所述消泡剂为聚二甲硅氧烷、正辛醇、聚二甲基硅氧烷、聚甲基苯基硅氧烷、二氧化硅中的至少一种。

13、上述所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，

14、步骤(1)中所述超声的功率为200-300w，所述超声的温度为4℃。

15、上述所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，

16、步骤(2)中所述纳米级无机阻燃剂为三溴化锑、六溴环十二烷、磷酸二氢铵、磷酸一铵、硼酸锌中的至少一种。

17、上述所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，

18、步骤(2)中所述均质处理的压强为2-6mpa，所述均质处理的时间为1-4h。

19、上述所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，

20、步骤(2)中所述氮气的流量为100-400ml/min。

21、上述所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，

22、步骤(3)中烘干的温度为95-110℃。

23、采用上述所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法制得硅墨烯材料。

24、3、有益效果

25、相比于现有技术，本发明的有益效果为：

26、通过对比实施例1-5与对比例1-5的测试结果，可以明显看出实施例1-5的硅墨烯材料在抗压强度、抗拉强度以及导热系数方面的性能均优于对比例1-5。其中，实施例硅墨烯材料的抗压强度和抗拉强度呈现逐步提高的趋势，由实施例1的0.28mpa和0.25mpa分别提升至实施例5的0.33mpa和0.34mpa，显示了制备方法的改进对材料性能有显著提升效果。在导热系数方面，实施例材料同样展现出较低的值，即较好的隔热保温性能。实施例1的导热系数为0.041w/(m·k)，而实施例5进一步降低至0.034w/(m·k)，这意味着材料对热能的传导能力越低，从而具有更好的绝热性能。在燃烧性能级别测试中，实施例1-3均达到a2级别，表示材料具有较好的难燃特性；而实施例4-5进一步提升为a1级，这是最佳的防火性能等级，表现出材料在防火安全上有优异表现。总的来说，所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法能够显著改善硅墨烯材料的多项物理性能，包括提高抗压强度和抗拉强度、降低热导性以及提升燃烧性能，以适应严苛的建筑材料应用需求。这种硅墨烯材料具有明显的技术优势和较高的实用价值。

技术特征：

1.一种纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，其特征在于：

2.根据权利要求1所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，其特征在于：

5.根据权利要求1所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，其特征在于：

6.根据权利要求1所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，其特征在于：

8.根据权利要求1所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法，其特征在于：

9.采用权利要求1-8任一项所述纳米包裹改性硅墨烯材料的制备方法制得硅墨烯材料。

技术总结
本发明公开了一种纳米包裹改性硅墨烯材料及制备方法，属于新材料技术领域。制备如下：将玻璃纤维、硅微粉、异氰酸烯丙酯、无水乙醇及偶联剂，加热；加入1‑三环[3.3.1.1(3.7)]癸醇与石墨聚苯乙烯颗粒，加热；最后，加入N‑烯丙基氨基甲酸叔丁酯与消泡剂，热反应与超声，制得硅墨烯材料；纳米级无机阻燃剂、偶氮二甲酰胺及十六烷基胺并混合，均质处理后氮气氛围下反应，得到阻燃复合纳米材料；向聚醚衍生物中添加粉煤灰，然后加入硅墨烯材料，离心以集沉淀物，接着，加入阻燃复合纳米材料，即得。能够显著改善硅墨烯材料的多项物理性能，包括提高抗压强度和抗拉强度、降低热导性以及提升燃烧性能，以适应严苛的建筑材料应用需求。

技术研发人员：花志勇
受保护的技术使用者：浙江尧欣塑胶有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/8/21