一种聚乙烯-氧化石墨烯复合生物填料及其制备方法技术

一种聚乙烯‑氧化石墨烯复合生物填料，包括重量份数为594‑599.7份的聚乙烯和0.3‑6份的氧化石墨烯，该复合生物填料的密度为0.95‑1.05g/cm

A polyethylene-graphene oxide composite biological filler and its preparation method

A polyethylene-graphene oxide composite biological filler comprising polyethylene with a weight of 594 599.7 phr and graphene oxide with a density of 0.95 1.05g/cm is provided.

【技术实现步骤摘要】
一种聚乙烯-氧化石墨烯复合生物填料及其制备方法
本专利技术涉及有机聚合物和无机物复合材料，尤其涉及一种聚乙烯-氧化石墨烯复合生物填料及其制备方法。
技术介绍
石墨烯是一种由SP2杂化碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料，厚度可为单层或几层。2004年，英国科学家Geim和Novoselov等(NovoselovKS，GeimAK，MorozovSVetal.Science，2004，306(5696):666～669)从理论上证实石墨烯单晶的存在，并利用胶带剥离高定向石墨的方法制得能够真正独立存在的二维石墨烯片层，至此掀起石墨烯科学研究和工程应用的热潮。与碳纳米管(CNTs)相比，石墨烯具有更优异的性能，如石墨烯的室温载流子迁移率～10000cm2/V·s，理论比表面积～2630m2/g，可见光透过率～97.7％，杨氏模量～1TPa，热传导系数为3000–5000W/(m·K)。目前制备石墨烯的方法众多，有气相沉积、外延生长法，机械玻璃法，氧化还原法等，其中氧化还原法是大规模制备石墨烯最有效的方法(HuangX，QiX，BoeyF，ZhangH.ChemSocRev，2012，41(2):666～686)。石墨烯结合了碳纳米管导电和粘土片层的结构特征，为发展高性能、多功能聚合物纳米复合材料提供了新的方向，近年来许多石墨烯/聚合物复合材料被制备和研究。目前关于聚乙烯/石墨烯复合材料的相关报道很多，其主要用于抗静电复合材料，管材，热敏电阻复合材料等。例如专利号CN103450537B公开的一种超高分子量聚乙烯/石墨烯抗静电复合材料的制备方法，将将超高分子量聚乙烯与石墨烯粉末置于高速搅拌机中搅拌，得到超高分子量聚乙烯/石墨烯复合颗粒；将超高分子量聚乙烯/石墨烯复合颗粒在180～240℃下预热5～10min，然后在相同温度、10MPa条件下热压30min，得到超高分子量聚乙烯/石墨烯材料。该方法不涉及溶剂，通过静电吸附制备，然后热压成型，制备所需抗静电复合材料。但是，目前还没有将氧化石墨烯加入到聚乙烯中制备成生物填料的相关报道，常用纯聚乙烯作为生物填料，由于其本身的疏水性，在应用时，如进行污水处理时，使得挂膜时间较长，不利于微生物生长，导致污水处理效率相对较低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种聚乙烯-氧化石墨烯复合生物填料及其制备方法，改善现有聚乙烯填料的表面粗糙度和比表面积，增加孔隙率，提高表面亲水性，最终增加其应用效果。本专利技术采取的技术方案是：一种聚乙烯-氧化石墨烯复合生物填料，包括重量份数为594-599.7份的聚乙烯和0.3-6份的氧化石墨烯。进一步的，每千克聚乙烯中加入0.1-50g的氧化石墨烯。进一步的，所述复合生物填料的密度为0.95-1.05g/cm3，为多孔形状，孔隙率为75％-90％，孔数为4-70。进一步的，所述复合生物填料的堆积重量为50-250kg/m3，比表面积大于等于800m2/m3，收缩率小于等于0.2％。进一步的，所述的聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯之一，另外，所述聚乙烯还能被替换为聚氨酯、聚丙烯、聚氯乙烯中的一种。进一步的，所述氧化石墨烯为氧化程度从10％-90％的氧化石墨烯。进一步的，所述的氧化石墨烯具有单层或多层结构，直径为0.5-20μm，厚度为0.5-10nm，比表面积为20-800m2/g。一种制备聚乙烯-氧化石墨烯复合生物填料的方法，包括以下步骤：步骤一：将氧化石墨烯加入到聚乙烯颗粒中，机械搅拌0.5-10min，混合均匀；步骤二：将带有口模结构的螺杆挤出机的温度设定为100-250℃，随后将混合均匀的聚乙烯-氧化石墨烯颗粒加入到螺杆挤出机中，共混挤出、切割得到聚乙烯-氧化石墨烯复合生物填料成品。本专利技术的有益效果：本专利技术通过将氧化石墨烯加入到纯聚乙烯生物填料中，可以调节填料的孔洞结构，提高其表面粗糙度和比表面积，改善填料的力学性能，增加其孔隙率，赋予表面电荷，提高其表面亲水性，缩短挂膜时间、有利于微生物生长，当用于污水处理时，可提高处理效率；在此基础上，通过加入进一步优化过直径、比表面积等参数的氧化石墨烯，以及聚乙烯与氧化石墨烯之间的比例范围，不仅更进一步的提高了填料的比表面积，使得应用效果更好，而且能降低成本。本专利技术制备方法简单，工艺易于操作控制，环保、能耗低。附图说明图1是本专利技术制备的具有多孔结构的生物填料外观图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步详述。实施例1将3g氧化石墨烯和597高密度聚乙烯机械搅拌5min至均匀，然后使用双螺杆挤出机在180℃下共混挤出，并通过设置在挤出机出口处的口模，得到如图1所示的GO/HDPE复合填料，氧化石墨烯的参数以及制备的复合填料的性能结果见表1所示。实施例2将6g氧化程度为10％的氧化石墨烯和594g高密度聚乙烯机械搅拌10min至均匀，然后使用双螺杆挤出机在200℃下共混挤出，并通过设置在挤出机出口处的口模，得到如图1所示的GO/HDPE复合填料，氧化石墨烯的参数以及制备的复合填料的性能结果见表1所示。实施例3将0.5g氧化程度为90％的氧化石墨烯和599.5g低密度聚乙烯机械搅拌8min至均匀，然后使用双螺杆挤出机在120℃下共混挤出，并通过设置在挤出机出口处的口模，得到如图1所示的GO/HDPE复合填料，氧化石墨烯的参数以及制备的复合填料的性能结果见表1所示。实施例4将2g氧化程度为40％的氧化石墨烯和598g低密度聚乙烯机械搅拌3min至均匀，然后使用双螺杆挤出机在100℃下共混挤出，并通过设置在挤出机出口处的口模，得到如图1所示的GO/HDPE复合填料，氧化石墨烯的参数以及制备的复合填料的性能结果见表1所示。实施例5将4g氧化程度为60％的氧化石墨烯和596g线性低密度聚乙烯机械搅拌5min至均匀，然后使用双螺杆挤出机在220℃下共混挤出，并通过设置在挤出机出口处的口模，得到如图1所示的GO/HDPE复合填料，氧化石墨烯的参数以及制备的复合填料的性能结果见表1所示。实施例6将5g氧化程度为50％的氧化石墨烯和595g聚丙烯机械搅拌5min至均匀，然后使用双螺杆挤出机在220℃下共混挤出，并通过设置在挤出机出口处的口模，得到如图1所示的GO/HDPE复合填料，氧化石墨烯的参数以及制备的复合填料的性能结果见表1所示。表1各实施例所得复合填料性能与不同氧化石墨烯参数的对应关系从表1可知，实施例1～6利用不同氧化石墨烯与聚合物制备的生物填料，密度范围比较合适，即能够悬浮于水中，避免了填料下沉或者漂浮于水面造成吸附效率低下的不足，孔隙率和比表面积均较高，为处理污水等应用提供了强有力保障。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚乙烯‑氧化石墨烯复合生物填料，其特征在于，包括重量份数为594‑599.7份的聚乙烯和0.3‑6份的氧化石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种聚乙烯-氧化石墨烯复合生物填料，其特征在于，包括重量份数为594-599.7份的聚乙烯和0.3-6份的氧化石墨烯。2.如权利要求1所述的一种聚乙烯-氧化石墨烯复合生物填料，其特征在于，每千克聚乙烯中加入0.1-50g的氧化石墨烯。3.如权利要求1所述的一种聚乙烯-氧化石墨烯复合生物填料，其特征在于，所述复合生物填料的密度为0.95-1.05g/cm3，为多孔形状，孔隙率为75％-90％，孔数为4-70。4.如权利要求1所述的一种聚乙烯-氧化石墨烯复合生物填料，其特征在于，所述复合生物填料的堆积重量为50-250kg/m3，比表面积大于等于800m2/m3，收缩率小于等于0.2％。5.如权利要求1所述的一种聚乙烯-氧化石墨烯复合生物填料，其特征在于，所述的聚乙烯为高密度聚乙烯、低密度聚乙烯或线性低密度聚乙烯之一，...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁开新，梁永红，
申请(专利权)人：梁开新，
类型：发明
国别省市：四川,51