一种石墨烯改性塑料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种石墨烯改性塑料，制备原料包括塑料粒子、表面处理的石墨烯、硅烷偶联剂和分散剂，其中表面处理的石墨烯时通过喷射分散的方法将石墨烯和表面处理剂同时喷射到反应腔室制备得到。具体地，石墨烯改性塑料包括以下重量份的制备原料：塑料粒子50‑80份、表面处理的石墨烯0.6‑5份、硅烷偶联剂3‑6份和分散剂1‑6份，在制备表面处理的石墨烯时，石墨烯与表面处理剂的质量份数比为0.1:2‑3。本发明专利技术通过喷射分散技术制备的石墨烯颗粒分散性好，均一度高，在塑料中能均匀分散，而且由于石墨烯表面带有羧基、羟基等基团，能参与到塑料固化过程中，提高石墨烯与塑料界面结合力。

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯改性塑料及其制备方法
本专利技术属于高分子复合材料
，具体涉及一种由石墨烯改性塑料以及其制备方法。
技术介绍
塑料作为一种重要的高分子化合物材料，应用范围非常广泛。与金属材料的加工难度大，成本费用高，生产效率低等缺点不同，塑料具有设计自由度高，易加工成型，成本低等优点，因此国际上使用塑料代替金属的应用不断扩大。工程塑料由于其具有的优异的机械性能、良好的耐用性、稳定的耐化学腐蚀和耐热性，以及易加工、密度低的特性，因此具有逐渐代替现有金属材料的趋势。工程塑料已经被广泛应用在汽车、电子、航天航空、建筑、军事等多个领域。随着科技的进步，人们对于工程塑料的要求越来越高。不仅要求工程塑料具有轻量化的特点，还要求工程塑料既要有很好的力学强度，又要有优异的韧性。单一组分的工程塑料已不能满足人们的要求。因此，制备机械性能好、有优异的韧性，同时耐候性强的工程塑料是亟待解决的问题。除了可以替代金属的高强度工程塑料外，随着农业和消费产业的快速发展，塑料薄膜产量也增长迅速，林立于中国的塑料业。市场调查显示，目前我国塑料薄膜的消费约60％用作包装材料，农用塑料薄膜约占30％，其余用作电工材料、感光材料和电子信息材料等。专业领域的施工人员都知道，塑料薄膜在快速收放卷的过程中，薄膜与薄膜、薄膜与辊之间会产生大量的摩擦、剥离、挤压，使塑料薄膜表面积聚不同电性的静电荷，且随速度增加和时长增加静电值不断累积，造成很严重的静电问题。有时收放卷区域静电值最高可达十几万伏，工人操作时时常遭受电击困扰，严重时可致短时麻痹，影响工人的工作积极性。另外，高静电会引起电弧或火花放电，在生产环境存在可燃性物质时会引起火灾。高静电会吸引空气中的灰尘与细毛，造成产品清洁度下降，而且薄膜在使用时会出现粘附，不宜分离等问题，影响工人的工作效率。因此，有效消除或减小塑料薄膜的静电，是塑料薄膜生产者及使用者极力追求的目标。石墨烯以优异的导电、导热和力学性能被认为是高分子复合材料领域的优良改性剂，近年来一直受到人们广泛关注。石墨烯具有完美的二维晶体结构，其晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度只有0.335纳米，是头发直径的二十万分之一。石墨烯是一种全共轭碳原子片层排列，这种特殊的原子结构为石墨烯提供了优异的力学强度、韧性和导电性能。石墨烯强度是目前已知最好钢铁强度的100倍。100纳米厚片层石墨烯可以承受约2吨重的压力。石墨烯也是世界上目前已知电阻最小的材料，良好的电子传输特性使得石墨烯可以快速消除材料表面的电荷，为材料提供优异的静电消除特性。研究数据显示，石墨烯的抗静电系数高达5300W/m·K，远高于普通的金属材料。所以，石墨烯是一种在复合材料加工领域具有极大发展潜力和应用前景的新型材料。然而，石墨烯纳米片层之间存在着强烈的分子间作用力，导致石墨烯片层容易团聚，在实际应用中很难将其分散。尤其是用石墨烯改性塑料时，石墨烯难以在树脂中分散，会大幅度降低石墨烯填料对树脂的增韧增强作用。为了解决这个问题，专利文献CN105385100A公开了一种石墨烯改性酚醛模塑料的制备方法，首先将石墨烯材料溶于有机溶剂，加入单宁酸改性石墨烯；再将改性石墨烯和酚醛树脂及各种助剂混合制备模塑料。所述方法目的是用单宁酸提升石墨烯的分散性，但是我们都知道单宁酸是一种多酚结构化合物，需要考虑单宁酸在一系列反应中的稳定性，对制备工艺条件要求严格。对于生产者来说投资成本扩大，生产时间增加，不利于规模化生产。专利文献CN107987451A公开了一种氧化石墨烯聚丙烯塑料的制备方法，专利技术人想通过乙醇、甲醇或丙酮这样的分散剂达到氧化石墨烯在高密度聚丙烯中均匀分散的目的，事实证明效果甚微。专利文献CN107857992A公开了一种石墨烯改性的聚酰胺6纤维复合材料，其中针对石墨烯添加了具体的石墨烯分散剂，所述分散剂为1-萘甲酸、硅烷或十二烷基硫酸钠。虽然石墨烯的分散问题得到了解决，但是石墨烯与聚酰胺6的界面结合力没有得到改善，石墨烯改性复合材料的效果依然不会很好的发挥出来。为了克服现有技术的缺陷，在本专利技术中，采用喷射分散技术，将石墨烯和特定的石墨烯表面处理剂同时喷射到反应腔室，通过对腔室温度及喷射速度的调控，使表面处理剂均匀分布于石墨烯表面。所述方法不仅克服石墨烯易聚集的问题，而且表面处理的石墨烯直接参与后续的固化过程，与塑料之间的结合力大大提高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种石墨烯改性塑料，所述塑料经石墨烯改性后机械性能增强、耐候性变好且抗静电性能优异。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯改性塑料，制备原料包括塑料粒子、表面处理的石墨烯、硅烷偶联剂和分散剂，其中表面处理的石墨烯时通过喷射分散的方法将石墨烯和表面处理剂同时喷射到反应腔室制备得到。优选地，所述石墨烯改性塑料，包括以下质量份数的原料：塑料粒子50-80份、表面处理的石墨烯0.6-5份、硅烷偶联剂3-6份和分散剂1-6份。更优选地，在制备表面处理的石墨烯时，石墨烯与表面处理剂的质量份数比为0.1:2-3。所述塑料粒子选自：乙烯醋酸乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯树脂、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚芳酯、聚醚醚酮中的一种或两种以上的组合。所述石墨烯为单层或2-10层石墨烯，石墨烯厚度为0.335-3.50nm；更优选地，所述石墨烯为烷基化石墨烯、氨基化石墨烯、巯基化石墨烯或氧化石墨烯。所述表面处理剂选自：硅烷、聚乙二醇、聚丙烯酸、硬脂酸类润滑剂的组合，其质量比为1-2:1-3:1-3:0.5-1。优选地，所述硅烷为γ-巯丙基三乙氧基硅烷。优选地，所述聚乙二醇选自聚乙二醇1000。优选地，所述硬脂酸类润滑剂选自：乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸季戊四醇酯，双季戊四醇硬脂酸酯，硬脂酸三甘油酯中的一种或两种以上的组合。更为优选地，所述表面处理剂选自：γ-巯丙基三乙氧基硅烷、聚乙二醇1000、聚丙烯酸与乙撑双硬脂酸酰胺的组合。所述硅烷偶联剂选自：γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基硅烷、丁基三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三甲氧基硅烷中的一种或两种以上的组合物。所述分散剂选自：硼纤维、液体石蜡和聚乙烯蜡。一种制备石墨烯改性塑料的方法，包括如下步骤：(1)利用喷射分散的方法将石墨烯和表面处理剂同时喷射到反应腔室，得到表面处理的石墨烯；(2)将表面处理的石墨烯和硅烷偶联剂、分散剂在室温下搅拌均匀，加热，得到膏状产物；(3)将塑料粒子和步骤(2)得到的膏状产物在高速混合机中混合15-30min，投入到双螺杆挤出机，挤出造粒，干燥，注塑或压膜即得石墨烯改性塑料。优选地，所述步骤(1)中石墨烯为单层或2-10层石墨烯，石墨烯厚度为0.335-3.50nm；更优选地，所述石墨烯为烷基化石墨烯、氨基化石墨烯、巯基化石墨烯或氧化石墨烯。所述表面处理剂选自：硅烷、聚乙二醇、聚丙烯酸、硬脂酸类润滑剂的组合，其质量比为1-2:1-3:1-3:0.5-1。优选地，所述硅烷为γ-巯丙基三乙氧基硅烷。优选地，所述聚乙二醇选自聚乙二醇1000。优选地，所述硬脂酸类润滑剂选自：乙撑双硬脂酸酰胺、硬脂酸季戊四醇酯，双季戊四醇硬脂酸酯，硬脂酸三甘油酯中的一种或两种以上的组合。更为优选地，所述表面处理剂选自：γ-巯丙基三乙氧基硅烷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种石墨烯改性塑料，制备原料包括塑料粒子、表面处理的石墨烯、硅烷偶联剂和分散剂，其中表面处理的石墨烯时通过喷射分散的方法将石墨烯和表面处理剂同时喷射到反应腔室制备得到。

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯改性塑料，制备原料包括塑料粒子、表面处理的石墨烯、硅烷偶联剂和分散剂，其中表面处理的石墨烯时通过喷射分散的方法将石墨烯和表面处理剂同时喷射到反应腔室制备得到。2.根据权利要求1所述的石墨烯改性塑料，其特征在于，包括以下质量份数的原料：塑料粒子50-80份、表面处理的石墨烯0.6-5份、硅烷偶联剂3-6份和分散剂1-6份，在制备表面处理的石墨烯时，石墨烯与表面处理剂的质量份数比为0.1:2-3。3.根据权利要求1所述的石墨烯改性塑料，其特征在于，所述塑料粒子选自：乙烯醋酸乙烯树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯树脂、聚偏氟乙烯、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚芳酯、聚醚醚酮中的一种或两种以上的组合；所述石墨烯为单层或2-10层石墨烯，石墨烯厚度为0.335-3.50nm，石墨烯为烷基化石墨烯、氨基化石墨烯、巯基化石墨烯或氧化石墨烯。4.根据权利要求1所述的石墨烯改性塑料，其特征在于，所述表面处理剂选自：硅烷、聚乙二醇、聚丙烯酸、硬脂酸类润滑剂的组合，其质量比为1-2:1-3:1-3:0.5-1。5.根据权利要求4所述的石墨烯改性塑料，其特征在于，所述硅烷选自γ-巯丙基三乙氧基硅烷、聚乙二醇选自聚乙二...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鑫，
申请(专利权)人：宁波力达得为高分子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33