CN107540970A - 一种石墨烯保温板材及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯保温板材，它是由下述重量份的原料组成的：石墨烯10‑16、空心玻璃微珠4‑5、苯并三氮唑0.1‑0.2、甲基丙烯酸甲酯20‑30、丙烯酸5‑7、异氰脲酸三缩水甘油酯0.4‑1、辛酸亚锡0.1‑0.2、聚乙烯吡咯烷酮10‑13、聚苯乙烯110‑120、引发剂3‑5、酯化分散液14‑20、高锰酸钾5‑6、三羟甲基丙烷0.4‑1，本发明的板材加入的空心玻璃微珠、聚苯乙烯都具有很好的保温效果，且本发明的聚苯乙烯不需要经过发泡处理也可以实现很好的保温性能，成品板材的稳定性好。

Description

一种石墨烯保温板材及其制备方法

技术领域

本发明属于建筑材料领域，具体涉及一种石墨烯保温板材及其制备方法。

背景技术

聚苯乙烯树脂的用途非常广泛，由于其具有高强度、质量轻、极佳的保温绝热性能和高吸收能量能力，可以用作各种仪表、贵重物品、精密仪器、蔬 菜水果和水产品等的包装材料；而因为其具有热传导率低、吸水性小、电绝缘性好、隔音、防潮以及成型工艺简单等优良特性，而被广泛应用在道路桥梁的路基铺设和房屋建筑以及渔业捕捞和冷藏行业的保温材料等方面。其中，作为一种优良的建筑材料，聚苯乙烯树脂主要用于建筑物的屋面和墙体，其作为外保温复合墙体具有十分良好的节能效果；而作为保温屋面适用于住宅、工厂、平式和柏油屋面，可以起到隔音、挡水蒸汽、密封和保温隔热等作用。作为建筑用保温材料，对其保温性能，力学性能要求很高，然而目前的聚苯乙烯材料性脆，力学性能较差，因此需要研究一种保温性好、力学性能高的建筑材料。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种石墨烯保温板材及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种石墨烯保温板材，它是由下述重量份的原料组成的：

石墨烯10-16、空心玻璃微珠4-5、苯并三氮唑0.1-0.2、甲基丙烯酸甲酯20-30、丙烯酸5-7、异氰脲酸三缩水甘油酯0.4-1、辛酸亚锡0.1-0.2、聚乙烯吡咯烷酮10-13、聚苯乙烯110-120、引发剂3-5、酯化分散液14-20、高锰酸钾5-6、三羟甲基丙烷0.4-1。

所述的酯化分散液是由下述重量份的原料组成的：

季戊四醇4-6、衣康酸3-4、聚二甲基硅氧烷0.1-0.2、蓖麻酸钙1-2、麦饭石粉3-4、椰油酸二乙醇酰胺0.1-0.2。

所述的酯化分散液的制备方法包括以下步骤：

（1）取季戊四醇，加入到其重量36-40倍的去离子水中，搅拌均匀，升高温度为70-80℃，加入蓖麻酸钙，保温搅拌10-15分钟，加入麦饭石粉，搅拌至常温，得醇分散液；

（2）取衣康酸、聚二甲基硅氧烷混合，加入到混合料重量20-33倍的去离子水中，搅拌均匀，与上述醇分散液混合，在90-95℃下保温搅拌2-3小时，得酯溶液；

（3）取上述酯溶液，加入椰油酸二乙醇酰胺，超声3-4分钟，即得所述酯化分散液。

一种石墨烯保温板材的制备方法，包括以下步骤：

（1）取石墨烯，加入到其重量10-14倍的、浓度为95-97%的硫酸溶液中，常温搅拌30-40分钟，加入高锰酸钾，升高温度为60-65℃，保温搅拌1-2小时，过滤，将沉淀水洗，真空110-120℃下干燥30-40分钟，出料冷却，得氧化石墨烯；

（2）取苯并三氮唑，加入到其重量20-30倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入异氰脲酸三缩水甘油酯，超声2-4分钟，得甘油酯醇分散液；

（3）取上述氧化石墨烯，加入到甘油酯醇分散液中，搅拌均匀，加入聚乙烯吡咯烷酮，在50-60℃下保温搅拌6-10分钟，得氧化石墨烯分散液；

（4）取空心玻璃微珠，加入到上述酯化分散液中，加入三羟甲基丙烷，超声10-20分钟，得丙烷分散液；

（5）取引发剂，加入到其重量17-20倍的异丙醇中，搅拌均匀；

（6）取甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸混合，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为65-70℃，加入上述氧化石墨烯分散液、丙烷分散液、引发剂的异丙醇溶液，保温搅拌4-5小时，加入辛酸亚锡，搅拌至常温，出料，得聚合物包覆溶液；

（7）取上述聚合物包覆溶液，与剩余各原料混合，搅拌均匀，送入到挤出机中，熔融挤出，经模具成型、截切，即得所述石墨烯保温板材。

所述的引发剂为过氧化二苯甲酰。

本发明的优点：

本发明以季戊四醇、衣康酸为反应原料，在高温下进行酯化反应，在反应的过程中引入了麦饭石粉，改善了麦饭石粉表面的反应活性，提高了其与有机原料的相容性；

本发明将酯化料通过酰胺溶液分散处理，进一步提高了酯化料对各原料的分散效果，促进了成品的稳定性；

本发明将氧化石墨烯分散到甘油酯醇的烷酮溶液中，改善了其表面的反应活性，提高了石墨烯在聚苯乙烯间的相容性，有效的降低了团聚；

本发明将空心玻璃微珠通过三羟甲基丙烷处理，有效的增强了玻璃微珠在聚合物间的分散性，有效的降低了微珠的破损率；

本发明以甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸为反应单体，氧化石墨烯分散液、空心玻璃微珠的酯化分散液为反应溶液，在引发剂作用下聚合，实现了聚合物对石墨烯、玻璃微珠的包覆，不仅对玻璃微珠起到了很好的保护效果，且改善了石墨烯、玻璃微珠的聚合物间的分散性；

本发明的板材加入的空心玻璃微珠、聚苯乙烯都具有很好的保温效果，且本发明的聚苯乙烯不需要经过发泡处理也可以实现很好的保温性能，降低了生产成本，且成品板材的稳定性好。

具体实施方式

实施例1一种石墨烯保温板材，它是由下述重量份的原料组成的：

石墨烯16、空心玻璃微珠5、苯并三氮唑0.2、甲基丙烯酸甲酯30、丙烯酸7、异氰脲酸三缩水甘油酯1、辛酸亚锡0.2、聚乙烯吡咯烷酮13、聚苯乙烯120、引发剂5、酯化分散液20、高锰酸钾6、三羟甲基丙烷1。

所述的酯化分散液是由下述重量份的原料组成的：

季戊四醇6、衣康酸4、聚二甲基硅氧烷0.2、蓖麻酸钙2、麦饭石粉4、椰油酸二乙醇酰胺0.2。

所述的酯化分散液的制备方法包括以下步骤：

（1）取季戊四醇，加入到其重量40倍的去离子水中，搅拌均匀，升高温度为80℃，加入蓖麻酸钙，保温搅拌15分钟，加入麦饭石粉，搅拌至常温，得醇分散液；

（2）取衣康酸、聚二甲基硅氧烷混合，加入到混合料重量33倍的去离子水中，搅拌均匀，与上述醇分散液混合，在95℃下保温搅拌3小时，得酯溶液；

（3）取上述酯溶液，加入椰油酸二乙醇酰胺，超声4分钟，即得所述酯化分散液。

一种石墨烯保温板材的制备方法，包括以下步骤：

（1）取石墨烯，加入到其重量14倍的、浓度为97%的硫酸溶液中，常温搅拌40分钟，加入高锰酸钾，升高温度为65℃，保温搅拌2小时，过滤，将沉淀水洗，真空120℃下干燥40分钟，出料冷却，得氧化石墨烯；

（2）取苯并三氮唑，加入到其重量30倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入异氰脲酸三缩水甘油酯，超声4分钟，得甘油酯醇分散液；

（3）取上述氧化石墨烯，加入到甘油酯醇分散液中，搅拌均匀，加入聚乙烯吡咯烷酮，在60℃下保温搅拌10分钟，得氧化石墨烯分散液；

（4）取空心玻璃微珠，加入到上述酯化分散液中，加入三羟甲基丙烷，超声10-20分钟，得丙烷分散液；

（5）取引发剂，加入到其重量20倍的异丙醇中，搅拌均匀；

（6）取甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸混合，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为70℃，加入上述氧化石墨烯分散液、丙烷分散液、引发剂的异丙醇溶液，保温搅拌5小时，加入辛酸亚锡，搅拌至常温，出料，得聚合物包覆溶液；

（7）取上述聚合物包覆溶液，与剩余各原料混合，搅拌均匀，送入到挤出机中，熔融挤出，经模具成型、截切，即得所述石墨烯保温板材。

所述的引发剂为过氧化二苯甲酰。

实施例2

一种石墨烯保温板材，它是由下述重量份的原料组成的：

石墨烯10、空心玻璃微珠4、苯并三氮唑0.1、甲基丙烯酸甲酯20、丙烯酸5、异氰脲酸三缩水甘油酯0.4、辛酸亚锡0.1、聚乙烯吡咯烷酮10、聚苯乙烯110、引发剂3、酯化分散液14、高锰酸钾5、三羟甲基丙烷0.4。

所述的酯化分散液是由下述重量份的原料组成的：

季戊四醇4、衣康酸3、聚二甲基硅氧烷0.1、蓖麻酸钙1、麦饭石粉3、椰油酸二乙醇酰胺0.1。

所述的酯化分散液的制备方法包括以下步骤：

（1）取季戊四醇，加入到其重量36倍的去离子水中，搅拌均匀，升高温度为70℃，加入蓖麻酸钙，保温搅拌10分钟，加入麦饭石粉，搅拌至常温，得醇分散液；

（2）取衣康酸、聚二甲基硅氧烷混合，加入到混合料重量20倍的去离子水中，搅拌均匀，与上述醇分散液混合，在90℃下保温搅拌2小时，得酯溶液；

（3）取上述酯溶液，加入椰油酸二乙醇酰胺，超声3分钟，即得所述酯化分散液。

一种石墨烯保温板材的制备方法，包括以下步骤：

（1）取石墨烯，加入到其重量10倍的、浓度为95%的硫酸溶液中，常温搅拌30分钟，加入高锰酸钾，升高温度为60℃，保温搅拌1小时，过滤，将沉淀水洗，真空110℃下干燥30分钟，出料冷却，得氧化石墨烯；

（2）取苯并三氮唑，加入到其重量20倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入异氰脲酸三缩水甘油酯，超声2分钟，得甘油酯醇分散液；

（3）取上述氧化石墨烯，加入到甘油酯醇分散液中，搅拌均匀，加入聚乙烯吡咯烷酮，在50℃下保温搅拌6分钟，得氧化石墨烯分散液；

（4）取空心玻璃微珠，加入到上述酯化分散液中，加入三羟甲基丙烷，超声10分钟，得丙烷分散液；

（5）取引发剂，加入到其重量17倍的异丙醇中，搅拌均匀；

（6）取甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸混合，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为65℃，加入上述氧化石墨烯分散液、丙烷分散液、引发剂的异丙醇溶液，保温搅拌4小时，加入辛酸亚锡，搅拌至常温，出料，得聚合物包覆溶液；

（7）取上述聚合物包覆溶液，与剩余各原料混合，搅拌均匀，送入到挤出机中，熔融挤出，经模具成型、截切，即得所述石墨烯保温板材。

所述的引发剂为过氧化二苯甲酰。

性能测试：

将市售聚苯乙烯板材、本发明实施例1的石墨烯保温板材、实施例2的石墨烯保温板材分别进行导热、力学性能测试：

本发明实施例1的石墨烯保温板材：

弯曲强度 31Mpa，压缩强度 17Mpa，导热系数 0.032w/m.k；

本发明实施例2的石墨烯保温板材：

弯曲强度 40Mpa，压缩强度 19.4Mpa，导热系数 0.031w/m.k；

市售聚苯乙烯板材：

弯曲强度 15.3Mpa，压缩强度 10.1Mpa，导热系数 0.065w/m.k。

Claims (5)

1.一种石墨烯保温板材，其特征在于，它是由下述重量份的原料组成的：

石墨烯10-16、空心玻璃微珠4-5、苯并三氮唑0.1-0.2、甲基丙烯酸甲酯20-30、丙烯酸5-7、异氰脲酸三缩水甘油酯0.4-1、辛酸亚锡0.1-0.2、聚乙烯吡咯烷酮10-13、聚苯乙烯110-120、引发剂3-5、酯化分散液14-20、高锰酸钾5-6、三羟甲基丙烷0.4-1。

2.根据权利要求1所述的一种石墨烯保温板材，其特征在于，所述的酯化分散液是由下述重量份的原料组成的：

季戊四醇4-6、衣康酸3-4、聚二甲基硅氧烷0.1-0.2、蓖麻酸钙1-2、麦饭石粉3-4、椰油酸二乙醇酰胺0.1-0.2。

3.根据权利要求2所述的一种石墨烯保温板材，其特征在于，所述的酯化分散液的制备方法包括以下步骤：

（1）取季戊四醇，加入到其重量36-40倍的去离子水中，搅拌均匀，升高温度为70-80℃，加入蓖麻酸钙，保温搅拌10-15分钟，加入麦饭石粉，搅拌至常温，得醇分散液；

（2）取衣康酸、聚二甲基硅氧烷混合，加入到混合料重量20-33倍的去离子水中，搅拌均匀，与上述醇分散液混合，在90-95℃下保温搅拌2-3小时，得酯溶液；

（3）取上述酯溶液，加入椰油酸二乙醇酰胺，超声3-4分钟，即得所述酯化分散液。

4.一种如权利要求1所述的石墨烯保温板材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）取石墨烯，加入到其重量10-14倍的、浓度为95-97%的硫酸溶液中，常温搅拌30-40分钟，加入高锰酸钾，升高温度为60-65℃，保温搅拌1-2小时，过滤，将沉淀水洗，真空110-120℃下干燥30-40分钟，出料冷却，得氧化石墨烯；

（2）取苯并三氮唑，加入到其重量20-30倍的无水乙醇中，搅拌均匀，加入异氰脲酸三缩水甘油酯，超声2-4分钟，得甘油酯醇分散液；

（3）取上述氧化石墨烯，加入到甘油酯醇分散液中，搅拌均匀，加入聚乙烯吡咯烷酮，在50-60℃下保温搅拌6-10分钟，得氧化石墨烯分散液；

（4）取空心玻璃微珠，加入到上述酯化分散液中，加入三羟甲基丙烷，超声10-20分钟，得丙烷分散液；

（5）取引发剂，加入到其重量17-20倍的异丙醇中，搅拌均匀；

（6）取甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸混合，搅拌均匀，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为65-70℃，加入上述氧化石墨烯分散液、丙烷分散液、引发剂的异丙醇溶液，保温搅拌4-5小时，加入辛酸亚锡，搅拌至常温，出料，得聚合物包覆溶液；

（7）取上述聚合物包覆溶液，与剩余各原料混合，搅拌均匀，送入到挤出机中，熔融挤出，经模具成型、截切，即得所述石墨烯保温板材。

5.根据权利要求1所述的一种石墨烯保温板材，其特征在于，所述的引发剂为过氧化二苯甲酰。