石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料、其制法与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料、其制法与应用。所述制备方法包括：将石墨烯粉体、碳纳米管、分散剂以及消泡剂加入第二溶剂中混合均匀，形成石墨烯/碳纳米管复合材料，然后将石墨烯/碳纳米管复合材料、PVC树脂、有机锡、氯化聚乙烯、硬脂酸、白油、钛白粉以及钙粉加入第一溶剂中混合均匀，形成石墨烯/碳纳米管/PVC混合材料，之后干燥，获得石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料。本发明专利技术可以使石墨烯/碳纳米管复合材料更好的粘附在PVC树脂上，从而对PVC树脂形成包裹效应，使得石墨烯/碳纳米管复合材料与PVC树脂充分混合；所获石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料的力学、低温冷脆性、耐候及抗老化等性能提升显著。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料、其制法与应用
本专利技术涉及一种应用于给水管道的复合材料，尤其涉及一种石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料、其制法与应用，属于石墨烯纳米复合材料

技术介绍
石墨烯(Graphene)是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体，单层石墨烯厚度仅有0.34nm，它既是最薄的材料，也是最强韧的材料，断裂强度比最好的钢材还要高200倍。另外它还非常的致密，即使是最小的气体原子(氦原子)也无法穿透。这些特征使得它非常适合作为防腐涂料、复合增强材料以及透明电子产品等的填料。碳纳米管自上世界初被日本科学家专利技术以来，以其在电学，力学，生物学等方面独特的性能备受大家的瞩目，但是在长达近一个世纪的时间里碳纳米管技术发展非常缓慢，这主要是碳纳米管上基团较少，化学活性较低，很难与其它材料进行复合，这严重阻碍了碳纳米管的发展。自从上世纪末期开始，碳纳米管技术发展非常迅速，在其功能化方面很多科学家做了大量的工作，取得了不错进展，目前碳纳米管在纤维制品、人工肌肉、医药载体、传感器、电学材料等方面已经取得了非常不错的成绩。石墨烯和碳纳米管做为碳家族成员中的明星材料，由于其独特的性能，备受各国研究人员的重视，但是它们都面临一个同样的发展难题，那就是难于分散，化学活性低，界面结合力差，这严重阻碍了它们的发展。目前不管是石墨烯材料还是碳纳米管材料，它们在聚合物中的复合技术主要以化学共价改性聚合为主，该复合技术是通过对石墨烯或者碳纳米管进行功能化处理，形成功能化石墨烯或者碳纳米管，功能化石墨烯或者碳纳米管表面所拥有的官能团与聚合物链段上的活性基团发生的酯化反应，并与聚合物链端的相应基团进行共价结合，从而形成改性的复合材料，这种方法由于涉及的化学过程繁琐，技术相对复杂，复合材料的性能稳定性较差，目前基本处于实验室的研究阶段，规模化生产成品的条件还不太成熟。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料、其制法与应用，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料的制备方法，其包括：提供石墨烯/碳纳米管复合材料；将所述石墨烯/碳纳米管复合材料、PVC树脂、有机锡、氯化聚乙烯、硬脂酸、白油、钛白粉以及钙粉加入第一溶剂中混合均匀，形成石墨烯/碳纳米管/PVC混合材料，之后干燥，获得无任何溶剂的石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料。作为优选方案之一，所述制备方法包括：将按照重量份计算的PVC树脂100份、石墨烯/碳纳米管复合材料15～35份、有机锡3～5份、氯化聚乙烯5～8份、硬脂酸0～2份、白油0～2份、钛白粉0～1份以及钙粉0～20份加入到第一溶剂300～350份中，并在常温常压搅拌分散，形成石墨烯/碳纳米管/PVC混合材料。进一步的，所述搅拌的速度为1500～2000r/min，时间为3～4小时。作为优选方案之一，所述制备方法包括：将石墨烯粉体、碳纳米管、分散剂以及消泡剂加入第二溶剂中混合均匀，形成石墨烯/碳纳米管复合材料。更优选的，所述制备方法包括：将按照重量份计算的石墨烯粉体1.5～2.5份、碳纳米管1.5～2.5份、分散剂1.0～1.5份以及消泡剂1.0～2.0份加入到第二溶剂100份中，并进行球磨，形成石墨烯/碳纳米管复合材料。进一步的，所述球磨的温度在50℃以下，速度为1200～1500r/min，时间为3～4小时。作为优选方案之一，所述石墨烯/碳纳米管复合材料的浓度为1.5～2％。作为优选方案之一，所述干燥的温度为75～80℃，时间为10～12小时。优选的，所述PVC树脂的分子量为5～10万。优选的，所述碳纳米管包括多壁碳纳米管。优选的，所述第一溶剂包括乙醇。优选的，所述第二溶剂包括水，尤其优选为去离子水。优选的，所述分散剂包括十二烷基苯磺酸钠、改性聚氨酯和超支化丙烯酸聚合物中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。优选的，所述消泡剂包括溶剂型改性有机硅、聚醚改性碳材料和水性改性有机硅中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料，其包含：PVC树脂、石墨烯粉体、碳纳米管、分散剂、消泡剂、有机锡、氯化聚乙烯、硬脂酸、白油、钛白粉以及钙粉，所述石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料的拉伸强度为55～62MPa，常温抗冲击强度为176～186KJ/m2，低温抗冲击强度为176～188KJ/m2。作为优选方案之一，所述复合材料包含按照重量份数计算的如下组份：PVC树脂100份、石墨烯粉体1.5～2.5份、碳纳米管1.5～2.5份、分散剂1.0～1.5份、消泡剂1.0～2.0份、有机锡3～5份、氯化聚乙烯5～8份、硬脂酸0～2份、白油0～2份、钛白粉0～1份以及钙粉0～20份。本专利技术实施例还提供了前述石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料于制备给水管道中的用途。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：1)本专利技术提供的制备方法采用的石墨烯为薄层石墨烯，品质稳定，技术成熟并且相对易于制得，碳纳米管为多壁碳纳米管，比表面积大，制备技术较为完备，价格便宜，得到的水系石墨烯/碳纳米管复合材料尺寸为纳米级，可以稳定储存6个月以上不沉降，即取即用，可以提前准备浆料以便于规模化生产，并且溶剂为无毒无害的去离子水，环境友好；2)本专利技术提供的制备方法把石墨烯和碳纳米管二者配合起来使用，形成石墨烯/碳纳米管协同改性复合材料，充分发挥二维材料石墨烯在力学、电学、防腐和热学等方面的性能，同时也发挥碳纳米管的“骨架”作用，使石墨烯和碳纳米管形成交联网络，可以解决二者分散难的问题，使得它们优异的性能得以充分发挥出来；3)本专利技术提供的制备方法将石墨烯/碳纳米管复合材料采用乙醇与PVC树脂湿法共混，通过高速搅拌分散机充分分散，在此过程中溶剂乙醇逐渐挥发，石墨烯/碳纳米管复合材料可以均匀的包覆在PVC树脂表面，从而使石墨烯/碳纳米管与PVC树脂充分混合，烘干即可获得石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料。相比于石墨烯粉体或者碳纳米管与PVC树脂干混因密度差异带来的混合不均，由于分散剂的锚定作用，乙醇的湿润性及高沸点介质白油的存在，可以使石墨烯/碳纳米管复合材料更好的粘附在PVC树脂上，从而对PVC树脂形成包裹效应，使得石墨烯/碳纳米管复合材料与PVC树脂充分混合；4)本专利技术的制备方法简单，所获石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料的力学、低温冷脆性、耐候及抗老化等性能提升显著，便于工业化和产业化，设计合理，实用性强。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例的一个方面提供了一种石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料的制备方法，其包括：提供石墨烯/碳纳米管复合材料；将所述石墨烯/碳纳米管复合材料、PVC树脂、有机锡、氯化聚乙烯(CPE)、硬脂酸、白油、钛白粉以及钙粉加入第一溶剂中混合均匀，形成石墨烯/碳纳米管/PVC混合材料，之后干燥，获得无任何溶剂的石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料。作为优选本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料的制备方法，其特征在于包括：提供石墨烯/碳纳米管复合材料；将所述石墨烯/碳纳米管复合材料、PVC树脂、有机锡、氯化聚乙烯、硬脂酸、白油、钛白粉以及钙粉加入第一溶剂中混合均匀，形成石墨烯/碳纳米管/PVC混合材料，之后干燥，获得无任何溶剂的石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料的制备方法，其特征在于包括：提供石墨烯/碳纳米管复合材料；将所述石墨烯/碳纳米管复合材料、PVC树脂、有机锡、氯化聚乙烯、硬脂酸、白油、钛白粉以及钙粉加入第一溶剂中混合均匀，形成石墨烯/碳纳米管/PVC混合材料，之后干燥，获得无任何溶剂的石墨烯/碳纳米管协同改性PVC复合材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：将按照重量份计算的PVC树脂100份、石墨烯/碳纳米管复合材料15～35份、有机锡3～5份、氯化聚乙烯5～8份、硬脂酸0～2份、白油0～2份、钛白粉0～1份以及钙粉0～20份加入到第一溶剂300～350份中，并在常温常压搅拌分散，形成石墨烯/碳纳米管/PVC混合材料；优选的，所述搅拌的速度为1500～2000r/min，时间为3～4小时。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于包括：将石墨烯粉体、碳纳米管、分散剂以及消泡剂加入第二溶剂中混合均匀，形成石墨烯/碳纳米管复合材料。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于包括：将按照重量份计算的石墨烯粉体1.5～2.5份、碳纳米管1.5～2.5份、分散剂1.0～1.5份以及消泡剂1.0～2.0份加入到第二溶剂100份中，并进行球磨，形成石墨烯/碳纳米管复合材料；优选的，所述球磨的温度在50℃以下，速度为1200～1500r/min，时间为3～4小时。5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述石墨烯/碳纳米管复合材料的浓度为1.5～2％。6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述干燥的温度为75～80℃，时间为10～12小时。7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：付世创，张凌，孙淑华，
申请(专利权)人：上海烯古能源科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31