一种低起始膨胀温度可膨胀石墨的制备方法

摘要

本发明公开了一种低起始膨胀温度可膨胀石墨的制备方法。该方法采用硝酸浸泡天然鳞片石墨，加稳定剂充分搅拌，再加入低沸点有机混合液进行反应，经过水洗、烘干制得膨胀容积200-253ml/g，起始膨胀温度75±5℃，pH＝6-7的可膨胀石墨。用本发明制得的可膨胀石墨，产品表面洁净，不含酸性和碱性物质，流动性好，不吸湿，对空气稳定，可作为塑料和橡胶等物质的阻燃材料，并可广泛应用于钢铁、冶金、化工、机械制造及国防军事等领域。

说明书

技术领域

本发明涉及一种可膨胀石墨的制备方法，尤其涉及一种低起始膨胀温度可膨胀石墨的制备方法。

背景技术

可膨胀石墨是近二十年来新出现的一种重要无机非金属材料，具有良好的可膨胀性，其制成品具有防辐射、绝热、润滑、可塑性以及良好的化学稳定性和柔韧性、密封性，广泛应用于钢铁、冶金、化工、医疗、机械制造及国防等领域。低起始膨胀温度可膨胀石墨的应用领域更加广泛。可膨胀石墨的制备方法有化学氧化法和电化学法。中国专利公告号CN100400416C的专利文献公告了一种高起始膨胀温度可膨胀石墨的制备方法，该方法采用封闭剂和硫酸混合液浸泡天然鳞片石墨，加氧化剂进行反应，制得酸性石墨，然后进行脱色、水洗、陈化、洗涤、烘干。该方法制得的可膨胀石墨广泛应用于工程塑料的阻燃材料，但这种可膨胀石墨的起始膨胀温度为300℃，不能作为低温阻燃材料。专利文献CN101327926A公开了一种低温可膨胀石墨的制备方法，起始膨胀温度为160℃。在现有技术中，起始膨胀温度为75±5℃的低温可膨胀石墨的制备方法尚未见报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种起始膨胀温度低(75±5℃)，性能稳定，可作为低温阻燃材料的可膨胀石墨的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：

一种低起始膨胀温度可膨胀石墨的制备方法，其特征包括以下步骤：

(1)第一次插层反应

将石墨放入质量为石墨质量的0.3-0.9倍、质量分数为65-95％的硝酸中，搅拌20-60分钟，反应温度为20-50℃，制得石墨层间化合物；

(2)加入稳定剂

加入质量为石墨质量的0.05-0.1％的有机酸，搅拌；

(3)第二次插层反应

加入质量为石墨质量的0.1-0.6倍的低沸点有机混合液，搅拌20-60分钟，反应温度为20-50℃，制得酸性石墨；

(4)洗涤

用水将酸性石墨洗涤至pH＝6-7，离心甩干；

(5)烘干

将甩干后的石墨在20-60℃烘干，直至石墨中水的质量分数小于1％，制得可膨胀石墨。

所述有机酸为马来酸或/和反丁烯二酸。

所述低沸点有机混合液选自下列有机混合液之一：甲酸和丙酮、乙酸和丙酮。

所述石墨为天然鳞片石墨。

本发明与已有技术相比，具有以下显著进步：1、制备的可膨胀石墨开始膨胀温度为75±5℃，可用作低温阻燃材料；2、产品表面洁净，不含酸、碱物质；3、产品流动性好，对空气稳定，不吸湿；4、制备工艺简单，易于实现工业化生产。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，所给出的实施例中所用石墨为50目天然鳞片石墨。

实施例1

将10g含碳质量分数为99％的天然鳞片石墨加入3g 95％硝酸中，不断搅拌下，反应30分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入马来酸0.01g，搅拌反应5分钟。将产品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中：甲酸1g、丙酮2.4g)，反应30分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝6，离心甩干，35℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为245mL/g，起始膨胀温度为75℃。

实施例2

将10g含碳的质量分数为99％的天然鳞片石墨加入6g 95％硝酸中，不断搅拌下，反应30分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入马来酸0.01g，搅拌反应5分钟。将产品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中：甲酸2g、丙酮2.4g)，反应30分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝6，离心甩干，35℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为250mL/g，起始膨胀温度为71℃。

实施例3

将10g含碳的质量分数为99％的天然鳞片石墨加入5g 95％硝酸中，不断搅拌下，反应30分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入马来酸0.01g，搅拌反应5分钟。将产品置于乙酸和丙酮的混合液中(其中：乙酸2g、丙酮2.4g)，反应30分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝6，离心甩干，45℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为240mL/g，起始膨胀温度为78℃。

实施例4

将10g含碳的质量分数为99％的天然鳞片石墨加入6g 90％硝酸中，不断搅拌下，反应30分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入马来酸0.01g，搅拌反应5分钟。将产品置于乙酸和丙酮的混合液中(其中：乙酸1.8g、丙酮2g)，反应30分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝6，离心甩干，45℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为250mL/g，起始膨胀温度为73℃。

实施例5

将10g含碳的质量分数为99％的天然鳞片石墨加入5g 90％硝酸中，不断搅拌下，反应30分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入马来酸0.01g，搅拌反应5分钟。将产品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中：甲酸2g、丙酮2.4g)，反应30分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝6，离心甩干，45℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为253mL/g，起始膨胀温度为71℃。

实施例6

将10g含碳的质量分数为99％的天然鳞片石墨加入4g 95％硝酸中，不断搅拌下，反应30分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入反丁烯二酸0.01g，搅拌反应5分钟。将产品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中：甲酸2g、丙酮2.2g)，反应30分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝6，离心甩干，35℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为250mL/g，起始膨胀温度为74℃。

实施例7

将10g含碳的质量分数为99％的天然鳞片石墨中加入6g85％硝酸中，不断搅拌下，反应60分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入马来酸0.01g，搅拌反应5分钟。将产品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中：甲酸1.8g、丙酮2.4g)，反应20分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝6，离心甩干，50℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为248mL/g，起始膨胀温度为79℃。

实施例8

将10g含碳的质量分数为99％的天然鳞片石墨加入6g85％硝酸中，不断搅拌下，反应30分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入马来酸0.01g，搅拌反应4分钟。将产品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中：甲酸2.4g、丙酮2g)，反应30分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝6，离心甩干，35℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为245mL/g，起始膨胀温度为80℃。

实施例9

将10g含碳的质量分数为99％的天然鳞片石墨加入9g65％硝酸中，不断搅拌下，反应30分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入马来酸0.006g，搅拌反应5分钟。将产品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中：甲酸2g、丙酮2.4g)，反应30分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝6，离心甩干，45℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为251mL/g，起始膨胀温度为75℃。

实施例10

将10g含碳的质量分数为99％的天然鳞片石墨加入3g95％硝酸中，不断搅拌下，反应30分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入反丁烯二酸0.01g，搅拌反应5分钟。将产品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中：甲酸2g、丙酮2.4g)，反应60分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝6，离心甩干，35℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为220mL/g，起始膨胀温度为78℃。

实施例11

将10g含碳的质量分数为99％的天然鳞片石墨加入6g 83％硝酸中，不断搅拌下，反应30分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入反丁烯二酸0.01g，搅拌反应5分钟。将产品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中：甲酸3g、丙酮3g)，反应20分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝6，离心甩干，35℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为250mL/g，起始膨胀温度为74℃。

实施例12

将10g含碳的质量分数为99％的天然鳞片石墨中加入6g 95％硝酸混合，不断搅拌下，反应30分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入反丁烯二酸0.01g，搅拌反应5分钟。将产品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中：甲酸2g、丙酮2.4g)，反应30分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝6，离心甩干，40℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为240mL/g，起始膨胀温度为80℃。

实施例13

将10g含碳质量分数为99％的天然鳞片石墨加入3g 95％硝酸中，不断搅拌下，反应20分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入马来酸0.01g，搅拌反应5分钟。将产品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中：甲酸0.3g、丙酮0.7g)，反应20分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝6，离心甩干，20℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为200mL/g，起始膨胀温度为78℃。

实施例14

将10g含碳的质量分数为99％的天然鳞片石墨加入9g 65％硝酸中，不断搅拌下，反应60分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入马来酸0.005g，搅拌反应5分钟。将产品置于乙酸和丙酮的混合液中(其中：乙酸2.5g、丙酮3.5g)，反应60分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝7，离心甩干，50℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为230mL/g，起始膨胀温度为76℃。

实施例15

将10g含碳质量分数为99％的天然鳞片石墨加入4g 90％硝酸中，不断搅拌下，反应40分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入反丁烯二酸0.01g，搅拌反应6分钟。将产品置于甲酸和丙酮的混合液中(其中：甲酸2g、丙酮3g)，反应40分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝6.5，离心甩干，30℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为230mL/g，起始膨胀温度为74℃。

实施例16

将10g含碳的质量分数为99％的天然鳞片石墨中加入5g 80％硝酸中，不断搅拌下，反应50分钟，得硝酸石墨层间化合物。之后，加入反丁烯二酸0.008g，搅拌反应7分钟。将产品置于乙酸和丙酮的混合液中(其中：乙酸2.5g、丙酮3.5g)，反应60分钟，得酸性石墨。水洗酸性石墨至pH＝7，离心甩干，50℃烘干至可膨胀石墨中水的质量分数为1％止，得可膨胀石墨产品。在600℃测得膨胀容积为236mL/g，起始膨胀温度为70℃。