一种阻燃陶瓷化硅橡胶及其制备方法

本发明属于阻燃、陶瓷化材料领域，具体涉及到一种阻燃陶瓷化硅橡胶及其制备方法。

背景技术：

1、硅橡胶(sr)具有优异的耐高低温性能、耐候性和耐臭氧性，因此被用于许多领域，包括航空、航天工业、电子和医疗保健等。陶瓷化硅橡胶(csr)是一种新型的耐火材料，其制备工艺较为简单，只需向硅橡胶中添加陶瓷填料、硫化剂和助熔剂等试剂，再通过简单共混就可以制备csr复合材料。但是csr固有的可燃性限制了其更广泛的应用，尤其是在阻燃要求高的领域，因此研究具有阻燃和陶瓷化性能的硅橡胶复合材料具有重要意义。

2、碳纳米管作为一维纳米材料，重量轻，六边形结构连接完美，具有许多异常的力学、电学和化学性能。碳纳米管热稳定性能较好，可以通过发挥良好的物理屏障作用来提高炭层密度，因此具有一定的阻燃性能。但是未经改性的碳纳米管的阻燃效率较低，因此为了提高碳纳米管的阻燃效率对其表面改性就变得非常重要。

技术实现思路

1、本发明的目的在于开发一种阻燃陶瓷化硅橡胶，通过制备功能化碳纳米管并将其作为阻燃剂以及催化剂，同时选择玻璃粉作为助熔剂、硅灰石作为成瓷填料，与其他填料共同加入到硅橡胶中制得具有优异阻燃、陶瓷化性能的硅橡胶复合材料。

2、为实现目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种阻燃陶瓷化硅橡胶，其包括按重量份数计的如下原料：硅橡胶100份，白炭黑30-40份，过氧化二异丙苯(dcp)1-2份，硅灰石20-30份，低熔点玻璃粉30-40份，羟基硅油5-7份，功能化碳纳米管1-5份。

4、进一步地，所述功能化碳纳米管的制备方法为：首先对碳纳米管进行羧基化，获得羧基化碳纳米管；然后将植酸钠与羧基化碳纳米管通过掺杂钴铜离子形成络合物，获得功能化碳纳米管。具体制备步骤为：

5、(1)羧基化碳纳米管的制备：

6、将浓硫酸和浓硝酸混合后，加入碳纳米管并超声至分散均匀，然后置于100-120℃油浴锅中加热回流反应12-15h；反应结束后，加入适量去离子水进行稀释，离心得到黑色粘稠物，再经洗涤、干燥后，获得羧基化碳纳米管；

7、(2)功能化碳纳米管的制备：

8、通过超声将植酸钠和羧基化碳纳米管溶解在蒸馏水中，然后加入六水合硝酸钴和硝酸铜的混合溶液，转移至反应釜中200-300℃反应8-12h；反应结束后冷却至室温，离心洗涤干燥，获得功能化碳纳米管。

9、进一步地，步骤(1)中，浓硫酸的质量浓度为90-98％，浓硝酸的质量浓度为60-68％，浓硫酸和浓硝酸的体积比为1-2：3-4。

10、进一步地，步骤(2)中，植酸钠、羧基化碳纳米管、蒸馏水、六水硝酸钴和硝酸铜的混合溶液的用量比为4-5g：4-5g：50-60ml：100-120ml，混合溶液中六水合硝酸钴和硝酸铜的总摩尔量为26.4mmol，且六水合硝酸钴和硝酸铜的摩尔比为1-2：1-2。

11、进一步地，所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶。

12、本发明所述阻燃陶瓷化硅橡胶的制备方法为：在密炼机中依次加入硅橡胶、白炭黑、硅灰石、低熔点玻璃粉、羟基硅油、过氧化二异丙苯和功能化碳纳米管，混炼均匀后在开炼机中压制成片，用平板硫化机硫化；将硫化后样品置于马弗炉中800-1000℃下煅烧1-2h，制成阻燃陶瓷化硅橡胶。硫化条件为：温度170℃，压力5-7mpa，时间18-25min。

13、与已有技术相比，本发明的有益效果体现在：

14、本发明首先对碳纳米管进行羧基化，然后将植酸与羧基化碳纳米管通过掺杂钴铜离子形成络合物，制备了绿色环保的功能化碳纳米管。本发明进一步选择功能化碳纳米管作为阻燃剂以及催化剂以提高陶瓷化硅橡胶的阻燃性能，选择玻璃粉作为助熔剂、硅灰石作为成瓷填料，成功制备了阻燃陶瓷化硅橡胶复合材料。本发明得到的功能化碳纳米管：一方面具有较高的热稳定性，可以提高橡胶复合材料的热稳定性；另一方面其会生成有利于抑制自由基的含磷化合物以及金属氧化物，金属氧化物具有催化作用，可以促进硅橡胶中si-ch3的断裂和自由基的耦合，形成si-c-si交联结构，形成更加致密的炭层，从而提高了复合材料的阻燃性能。

技术特征：

1.一种阻燃陶瓷化硅橡胶，其特征在于，包括按重量份数计的如下原料：硅橡胶100份，白炭黑30-40份，过氧化二异丙苯1-2份，硅灰石20-30份，低熔点玻璃粉30-40份，羟基硅油5-7份，功能化碳纳米管1-5份。

2.根据权利要求1所述的阻燃陶瓷化硅橡胶，其特征在于，所述功能化碳纳米管的制备方法为：首先对碳纳米管进行羧基化，获得羧基化碳纳米管；然后将植酸钠与羧基化碳纳米管通过掺杂钴铜离子形成络合物，获得功能化碳纳米管。

3.根据权利要求2所述的阻燃陶瓷化硅橡胶，其特征在于，所述功能化碳纳米管的制备方法，包括如下步骤：

4.根据权利要求3所述的阻燃陶瓷化硅橡胶，其特征在于：步骤(1)中，浓硫酸的质量浓度为90-98％，浓硝酸的质量浓度为60-68％，浓硫酸和浓硝酸的体积比为1-2：3-4。

5.根据权利要求3所述的阻燃陶瓷化硅橡胶，其特征在于：步骤(2)中，植酸钠、羧基化碳纳米管、蒸馏水、六水硝酸钴和硝酸铜的混合溶液的用量比为4-5g：4-5g：50-60ml：100-120ml，混合溶液中六水合硝酸钴和硝酸铜的总摩尔量为26.4mmol，且六水合硝酸钴和硝酸铜的摩尔比为1-2：1-2。

6.根据权利要求1所述的阻燃陶瓷化硅橡胶，其特征在于：所述硅橡胶为甲基乙烯基硅橡胶。

7.一种权利要求1～6中任意一项所述阻燃陶瓷化硅橡胶的制备方法，其特征在于：在密炼机中依次加入硅橡胶、白炭黑、硅灰石、低熔点玻璃粉、羟基硅油、过氧化二异丙苯和功能化碳纳米管，混炼均匀后在开炼机中压制成片，用平板硫化机硫化；将硫化后样品置于马弗炉中800-1000℃下煅烧1-2h，制成阻燃陶瓷化硅橡胶。

8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，硫化条件为：温度170℃，压力5-7mpa，时间18-25min。

技术总结
本发明公开了一种阻燃陶瓷化硅橡胶及其制备方法，包括按重量份数计的如下原料：硅橡胶100份，白炭黑30‑40份，过氧化二异丙苯1‑2份，硅灰石20‑30份，低熔点玻璃粉30‑40份，羟基硅油5‑7份，功能化碳纳米管1‑5份。本发明首先对碳纳米管进行羧基化，然后将植酸与羧基化碳纳米管通过掺杂钴铜离子形成络合物，制备了绿色环保的功能化碳纳米管，将其作为阻燃剂以及催化剂，并选择玻璃粉作为助熔剂、硅灰石作为成瓷填料，成功制备了阻燃陶瓷化性能优异的硅橡胶复合材料。

技术研发人员：徐文总,贾若楠,姚乐,边子唯,张智慧,丁丁
受保护的技术使用者：安徽建筑大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14