多功能石墨烯/聚合物母粒及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种多功能石墨烯/聚合物母粒，采用聚合物A作为基体，石墨烯作为添加成分，其中石墨烯用聚合物B进行功能化改性，提高了石墨烯的疏水性，使得能够同高分子很好的相容，有效防止石墨烯片层的聚集，分散均匀，不团聚；本发明专利技术将石墨烯的表面负载了过渡金属，选用的过渡金属具有催化炭化和捕获自由基的作用，有利于提高聚合物的热稳定性和阻燃性能。本发明专利技术提供的制备多功能石墨烯/聚合物母粒的方法，生产工艺流程简单，操作方便，适合大批量生产，可有效通过改变石墨烯表面负载过渡金属及化学修饰连接大分子聚合物来改变石墨烯/聚合物母粒的力学性能和阻燃性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及纳米复合材料
，特别涉及一种多功能石墨烯/聚合物母粒及其制备方法。
技术介绍
工业上对诸如塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料等高分子材料进行改性，以期获得性能优异的材料。高分子材料的改性剂很多，依不同的高分子材料，且依不同的性能要求添加不同的功能性改性母粒。母粒是指在塑料加工成型过程中，为了操作上的方便，将所需要的各种助剂、填料与少量载体树脂先进行混合混炼，经过挤出机等设备计量、混合、熔融、挤出、切粒等加工过程制得的颗粒料，称为母粒。母粒是各种塑料助剂的浓缩物，直接添加助剂不易分散，使用效率不高，因而常以母粒的形式添加。石墨烯是由sp2杂化的碳原子在二维平面上有序排列而成，厚度仅为一个碳原子直径，是目前世上最薄也是最坚硬的材料，其结构独特，具有良好的导热性、导电性、稳定性和巨大的比表面积，是提升复合材料特性的极佳选择之一；因此，将石墨烯作为纳米添加剂，添加量较低时，高分子材料的性能可大幅度增强。但是，现有技术中，由于石墨烯比表面积巨大，且石墨烯片层之间存在固有的范德华力，石墨烯本质上非常容易聚集堆栈，导致石墨烯的比表面积减小，使得在母粒制备过程中，不易分散均匀，导致无法完全展现石墨烯的特性；此外，由于石墨烯的高导热性，使得高分子材料的热稳定性和火安全性能受到影响。因此，研发出一种创新的石墨烯母粒，利用石墨烯表面功能化改性，以提升石墨烯的分散性，能够同高分子很好的相容，不产生团聚，以及提高高分子材料的热稳定性和阻燃性能。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种不易团聚的多功能石墨烯/聚合物母粒。于此相应，本专利技术另一个要解决的技术问题是提供一种不易团聚的多功能石墨烯/聚合物母粒的制备方法。为了解决一种多功能石墨烯/聚合物母粒的技术问题，本专利技术的技术方案为：一种多功能石墨烯/聚合物母粒，由如下质量百分比的各组份组成：聚合物A10～60％，多功能石墨烯30～75％，分散剂0.5～10％，抗氧剂0.5～1％；多功能石墨烯上负载有过渡金属，并接枝有聚合物B，聚合物B的分子量为300～50000。作为进一步的技术方案，多功能石墨烯上负载的过渡金属以化合物的形式存在，为二氧化锆、氢氧化镍中的一种或两种。作为进一步的技术方案，多功能石墨烯上接枝的聚合物B为双氨基封端的聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种或两种。作为进一步的技术方案，聚合物A为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚氯乙烯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种。作为进一步的技术方案，分散剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、乙烯一乙酸乙烯共聚蜡、石蜡中的一种或多种。作为优选的技术方案，由如下质量百分比的各组份组成：聚合物A20～50％，多功能石墨烯30～60％，分散剂1～5％，抗氧剂0.5～1％。为了解决一种多功能石墨烯/聚合物母粒的制备方法的技术问题，本专利技术的技术方案为：一种制备上述多功能石墨烯/聚合物母粒的方法，包括如下步骤：S1：石墨烯接枝聚合物B；将Hummers方法进行合成的氧化石墨烯分散于水中，搅拌下加入聚合物B，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐和N-羟基琥珀酰亚胺，在N2条件下，回流反应，反应结束后抽滤，水洗，真空干燥得到接枝聚合物B的石墨烯；S2：石墨烯负载过渡金属；将过渡金属化合物溶于水后加入到接枝聚合物B的石墨烯超声均匀分散的水溶液中，机械搅拌1～3小时，后置于反应釜中200～300℃反应3～10小时，抽滤水洗后真空干燥得到多功能石墨烯；S3：将上述质量百分比的聚合物A和多功能石墨烯在有机溶剂中，超声分散和机械搅拌下，充分混合均匀，然后，加入融化成液态的分散剂，及抗氧剂得到混合物，持续超声分散和机械搅拌使混合物变得均匀，除去有机溶剂后，投入到反应釜中，控制反应时间40～90min，反应温度为150～200℃；得到的混合物加入挤出机挤压成丝状后，冷却切粒处理，得到多功能石墨烯/聚合物母粒。作为进一步的技术方案，在步骤S1中，氧化石墨烯与聚合物B的质量比为1:0.01～1。作为进一步的技术方案，在步骤S2中，石墨烯与过渡金属的质量摩尔比为1g:0.05～0.1mol。作为进一步的技术方案，在步骤S3中，有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、甲苯、苯、丙酮、二氧六环中的一种或多种。本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的母粒采用聚合物A作为基体，石墨烯作为添加成分，其中石墨烯用聚合物B进行功能化改性，提高了石墨烯的疏水性，使得能够同高分子很好的相容，有效防止石墨烯片层的聚集，分散均匀，不团聚，石墨烯片层可以均匀地分散于基体中，同时提高了石墨烯在基体中分散的稳定性；并且，虽然，石墨烯本身也具有一定的热稳定性和阻燃性能，而本专利技术将石墨烯的表面负载了过渡金属，选用的过渡金属具有催化炭化和捕获自由基的作用，有利于提高聚合物的热稳定性和阻燃性能。本专利技术采用的制备多功能石墨烯/聚合物母粒的方法，生产工艺流程简单，操作方便，适合大批量生产，可有效通过改变石墨烯表面负载过渡金属及化学修饰连接大分子聚合物来改变石墨烯/聚合物母粒的力学性能和阻燃性能；在制备过程中，减少了有机溶剂的使用量，减少了有机溶剂对环境产生的危害且降低了成本。附图说明图1为GO/PE，GO-PEG300-Zr/PE，GO-PEG5000-Zr/PE，GO-PEG50000-Zr/PE母粒的残重百分数的对比图；图2为GO-PEG5000-Zr/PE和GO-PEG5000-Ni/PE母粒的残重百分数的对比图。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本专利技术，但并不构成对本专利技术的限定。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。本专利技术的多功能石墨烯/聚合物母粒、由聚合物A、多功能石墨烯、分散剂和抗氧剂组成，且分别占整体重量的质量百分比为10～60％、40～85％、0.5～10％和0.5～1％，采用母粒熔融法制备成具有多功能的石墨烯/聚合物母粒，该母粒可添加至用于添加到高分子材料中(包括塑料、橡胶、纤维、涂料、胶粘剂和高分子基复合材料)，使高分子材料具备或提高强度、导热、导电、热稳定性和阻燃性等性能。聚合物A本身是作为母粒基体，一般可选为聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、聚氨酯(PU)、聚乙烯醇(PVA)、聚乳酸(PLA)、聚氯乙烯(PVC)、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)中的一种或多种，本专利技术选用较典型的聚乙烯作为本专利技术实施例的聚合物A。多功能石墨烯作为母粒中重要的组成，选用的石墨烯是用Hummer法制备出的单层或多层氧化石墨烯，石墨烯的表面上负载有过渡金属，能够提高母粒的热稳定性和阻燃性等性能，过渡金属以化合物的形式存在，典型的为二氧化锆、氢氧化镍；石墨烯的表面上还接枝有聚合物B，聚合物B的分子量为300～50000，本专利技术的聚合物B能与有机物组份有良好的相溶性，能够对氧化石墨烯进行功能化改性，以提高石墨烯的疏水性，有效防止石墨烯片层的聚集，本专利技术的聚合物B为双氨基封端的聚乙二醇(PEG)、聚乙烯醇中的一种或两种。为了更好的保持母粒的性能，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多功能石墨烯/聚合物母粒，其特征在于，由如下质量百分比的各组份组成：聚合物A 10～60％，多功能石墨烯30～75％，分散剂0.5～10％，抗氧剂0.5～1％；所述多功能石墨烯上负载有过渡金属，并接枝有聚合物B，所述聚合物B的分子量为300～50000。

【技术特征摘要】
1.一种多功能石墨烯/聚合物母粒，其特征在于，由如下质量百分比的各组份组成：聚合物A10～60％，多功能石墨烯30～75％，分散剂0.5～10％，抗氧剂0.5～1％；所述多功能石墨烯上负载有过渡金属，并接枝有聚合物B，所述聚合物B的分子量为300～50000。2.根据权利要求1所述的多功能石墨烯/聚合物母粒，其特征在于，所述多功能石墨烯上负载的过渡金属以化合物的形式存在，为二氧化锆、氢氧化镍中的一种或两种。3.根据权利要求1所述的多功能石墨烯/聚合物母粒，其特征在于，所述多功能石墨烯上接枝的聚合物B为双氨基封端的聚乙二醇、聚乙烯醇中的一种或两种。4.根据权利要求1所述的多功能石墨烯/聚合物母粒，其特征在于，所述聚合物A为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚氯乙烯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物中的一种或多种。5.根据权利要求1所述的多功能石墨烯/聚合物母粒，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、乙烯一乙酸乙烯共聚蜡、石蜡中的一种或多种。6.根据权利要求1所述的多功能石墨烯/聚合物母粒，其特征在于，由如下质量百分比的各组份组成：聚合物A20～50％，多功能石墨烯30～60％，分散剂1～5％，抗氧剂0.5～1％。7.一种制备如权利要求1至5任一项所述的多功能石墨烯/聚合物母粒的方法，包括如下步骤：S1：石墨烯接枝聚合物B；将Hummers方法进行合成的氧化石...

【专利技术属性】
技术研发人员：王为军，
申请(专利权)人：北京圣盟丰联科贸有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11