一种基于石墨烯的吸音填料的制备方法与流程

2021-02-02 07:02:05|

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[0001]
本发明属于石墨烯材料应用技术领域，特别涉及一种基于石墨烯的吸音填料的制备方法。

背景技术：

[0002]
石墨烯由于自身具有的力学、导电、吸附等性能，在很多领域中都得到广泛的应用，但是石墨烯在吸音材料方面的应用却比较有限，并且未经改性的石墨烯材料直接加入，对吸音方面的贡献实际也不是太明显。

技术实现要素：

[0003]
为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于石墨烯的吸音填料的制备方法：将带不饱和键的改性物接枝到氧化石墨表面，加入引发剂促进不饱和键之间发生聚合反应，然后加入还原剂进行还原反应得到改性后的石墨烯，即吸音填料，
[0004]
带不饱和键的改性物为带双键的硅烷偶联剂，如γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷、γ-甲基丙烯酰氧基丙基三乙氧基硅烷，
[0005]
具体的接枝工艺为：将氧化石墨按2～5mg/ml的浓度分散于去离子水中，超声分散后向其中加入有机酸调节至ph值为3～4，并向其中滴加带不饱和键的改性物，滴加完毕后升温反应一段时间，抽滤并将滤饼充分洗涤得到接枝有带不饱和键的改性物的氧化石墨，
[0006]
然后向上述所得的接枝有带不饱和键的改性物的氧化石墨分散于溶剂中并加入引发剂，升温聚合反应一段时间后，向其中加入还原剂进行还原反应，抽滤，洗涤充分后干燥，得到改性后的石墨烯，即吸音填料，
[0007]
其中，超声分散时超声频率为60～90khz、超声功率为200～300w，
[0008]
氧化石墨与带不饱和键的改性物之间的用量质量比为1：5～20，
[0009]
带不饱和键的改性物，即带双键的硅烷偶联剂以浓度为80～120mg/ml的溶液形式加入，接枝工艺中的升温反应为60～80℃下反应2～12小时；
[0010]
另外，引发剂为偶氮类引发剂等，用量与氧化石墨之间的质量比为0.1～1：1，偶氮类引发剂以浓度为10～50mg/ml的溶液形式加入，
[0011]
升温聚合反应为60～70℃下反应2～24小时，
[0012]
还原剂为硼氢化钠等，用量与氧化石墨之间的质量比为0.1～10：1，
[0013]
还原反应的反应温度为70～80℃、反应时间为2～24小时。
[0014]
本方案中先将氧化石墨超声分散充分，再将带有双键的硅烷偶联剂接枝到氧化石墨上，下一步则不同于很多现有操作：很多现有技术中于氧化石墨上接枝含双键硅烷偶联剂的目的在于，而后在聚合单体的引发聚合过程中加入该接枝后的石墨参与聚合，可使石墨材料化学连接在聚合基体中，
[0015]
而本方案中接枝后未有任何额外的聚合单体参与，而是仅对氧化石墨上接枝的双键进行引发聚合，就单片氧化石墨而言，上面一般都接枝有若干硅烷偶联剂分子，即若干双
键，由于接枝在同一片氧化石墨上，因此这些硅烷偶联剂分子彼此位置相对靠近，引发剂引发聚合能使同一片氧化石墨上的硅烷偶联剂中的相当一部分反应连结到一起，这样便顺势带动原本相对平整的氧化石墨片发生一定的卷曲或弯折，形成类似于通道结构，因此这样的石墨烯填料加入吸音材料基体后，相当于是增加了吸音材料内的细小通道结构，更有助于吸音降噪。
[0016]
而即使不同氧化石墨片上的硅烷偶联剂分子之间发生了碳碳双键聚合，这只是使不同的氧化石墨片之间产生相连，但是如上文所提到，同一氧化石墨片上接枝的硅烷偶联剂分子由于位置原因还是会有相当一部分反应聚合到一起的，因此这不会影响单片氧化石墨发生卷曲或弯折的结构变化，
[0017]
并且氧化石墨所发生的这种卷曲或弯折结构是基于化学键连接而形成，因此结构稳定。
具体实施方式
[0018]
实施例1
[0019]
(1)将氧化石墨按5mg/ml的浓度分散于去离子水中，用频率为70khz、功率为300w的超声对所得的分散液超声分散50分钟后，向其中加入乙酸调节分散液的ph值为4，
[0020]
(2)将kh-570按0.1g/ml的浓度分散于乙醇中得到kh-570的分散液，
[0021]
(3)按步骤(1)中的氧化石墨与kh-570的质量比1：20，将步骤(2)中得到的kh-570的分散液滴加到步骤(1)中所得的分散液中，滴加完毕后于65℃下反应12小时，抽滤并将滤饼充分洗涤，即得到接枝有kh-570的氧化石墨，
[0022]
(4)将偶氮二异丁腈按0.04g/ml的浓度分散于乙醇中得到偶氮二异丁腈的分散液，
[0023]
(5)将步骤(3)中所得的接枝有kh-570的氧化石墨的按5mg/ml的浓度分散于乙醇中，并按步骤(1)中的氧化石墨与偶氮二异丁腈的质量比1：0.2，加入步骤(4)中得到的偶氮二异丁腈的分散液，然后于60℃下反应10小时，
[0024]
(6)按步骤(1)中的氧化石墨与硼氢化钠的质量比为1：0.5，将硼氢化钠加入到步骤(5)中所得的反应体系中，然后于75℃下反应6小时，抽滤，滤饼经充分洗涤后干燥，得到改性后的石墨烯，即吸音填料。
[0025]
实施例2
[0026]
(1)将氧化石墨按2mg/ml的浓度分散于去离子水中，用频率为60khz、功率为300w的超声对所得的分散液超声分散60分钟后，向其中加入乙酸调节分散液的ph值为3，
[0027]
(2)将kh-570按0.1g/ml的浓度分散于乙醇中得到kh-570的分散液，
[0028]
(3)按步骤(1)中的氧化石墨与kh-570的质量比1：10，将步骤(2)中得到的kh-570的分散液滴加到步骤(1)中所得的分散液中，滴加完毕后于70℃下反应9小时，抽滤并将滤饼充分洗涤，即得到接枝有kh-570的氧化石墨，
[0029]
(4)将偶氮二异丁腈按0.1g/ml的浓度分散于乙醇中得到偶氮二异丁腈的分散液，
[0030]
(5)将步骤(3)中所得的接枝有kh-570的氧化石墨的按5mg/ml的浓度分散于乙醇中，并按步骤(1)中的氧化石墨与偶氮二异丁腈的质量比1：0.1，加入步骤(4)中得到的偶氮二异丁腈的分散液，然后于65℃下反应12小时，
[0031]
(6)按步骤(1)中的氧化石墨与硼氢化钠的质量比为1：1，将硼氢化钠加入到步骤(5)中所得的反应体系中，然后于70℃下反应6小时，抽滤，滤饼经充分洗涤后干燥，得到改性后的石墨烯，即吸音填料。
[0032]
对比实施例1
[0033]
将实施例1中的“kh-570”替换为等摩尔用量的“正丁基三甲氧基硅烷”，其余组分及操作均同实施例1：
[0034]
(1)将氧化石墨按5mg/ml的浓度分散于去离子水中，用频率为70khz、功率为300w的超声对所得的分散液超声分散50分钟后，向其中加入乙酸调节分散液的ph值为4，
[0035]
(2)将正丁基三甲氧基硅烷按0.1g/ml的浓度分散于乙醇中得到正丁基三甲氧基硅烷的分散液，
[0036]
(3)按步骤(1)中的氧化石墨与正丁基三甲氧基硅烷的质量比1：20，将步骤(2)中得到的正丁基三甲氧基硅烷的分散液滴加到步骤(1)中所得的分散液中，滴加完毕后于65℃下反应12小时，抽滤并将滤饼充分洗涤，即得到接枝有正丁基三甲氧基硅烷的氧化石墨，
[0037]
(4)将偶氮二异丁腈按0.04g/ml的浓度分散于乙醇中得到偶氮二异丁腈的分散液，
[0038]
(5)将步骤(3)中所得的接枝有正丁基三甲氧基硅烷的氧化石墨的按5mg/ml的浓度分散于乙醇中，并按步骤(1)中的氧化石墨与偶氮二异丁腈的质量比1：0.2，加入步骤(4)中得到的偶氮二异丁腈的分散液，然后于60℃下反应10小时，
[0039]
(6)按步骤(1)中的氧化石墨与硼氢化钠的质量比为1：0.5，将硼氢化钠加入到步骤(5)中所得的反应体系中，然后于75℃下反应6小时，抽滤，滤饼经充分洗涤后干燥，得到改性后的石墨烯，即吸音填料。
[0040]
对比实施例2
[0041]
未进行引发聚合反应，其余组分及操作均同实施例1：
[0042]
(1)将氧化石墨按5mg/ml的浓度分散于去离子水中，用频率为70khz、功率为300w的超声对所得的分散液超声分散50分钟后，向其中加入乙酸调节分散液的ph值为4，
[0043]
(2)将kh-570按0.1g/ml的浓度分散于乙醇中得到kh-570的分散液，
[0044]
(3)按步骤(1)中的氧化石墨与kh-570的质量比1：20，将步骤(2)中得到的kh-570的分散液滴加到步骤(1)中所得的分散液中，滴加完毕后于65℃下反应12小时，抽滤并将滤饼充分洗涤，即得到接枝有kh-570的氧化石墨，
[0045]
(4)将步骤(3)中所得的接枝有kh-570的氧化石墨的按5mg/ml的浓度分散于乙醇中，按步骤(1)中的氧化石墨与硼氢化钠的质量比为1：0.5，加入硼氢化钠并于75℃下反应6小时，抽滤，滤饼经充分洗涤后干燥，得到改性后的石墨烯，即吸音填料。
[0046]
应用例
[0047]
分别使用上述各实施例、对比实施例制得的吸音填料制备吸音试样，并进行吸音性能的检测：
[0048]
吸音试样的制备过程：
[0049]
将80重量份的苯乙烯、20重量份的甲基丙烯酸烯丙酯、200重量份的水、1.5重量份的磷酸钙、0.3重量份的十六烷基硫酸钠、6重量份的吸音填料加入到反应釜中，搅拌预分散后向其中加入0.5重量份的引发剂偶氮二异丁腈，并升温至75℃搅拌反应12小时，然后保持
反应釜密封并加入6重量份的正戊烷作为发泡剂，升温至120℃并保温5小时，降温降压、出料过滤，干燥后得到可发性颗粒物，
[0050]
将所得的可发性颗粒物于100℃的水蒸气下加热预处理60分钟，然后于常温(25℃，下同)下放置24小时熟化，再将熟化后的预发泡料置于模腔中150℃发泡成型。
[0051]
根据iso 354对上述发泡成型的板材的吸音性能进行检测，吸音系数分别如下表所示：
[0052] 吸音系数实施例10.78实施例20.72对比实施例10.64对比实施例20.61

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