一种氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料及其制备方法，包括以下重量份原材料制备而成：70‑80份的聚乙烯，0.01‑0.1份的改性氧化石墨烯，10‑25份的改性填料，5‑10份的改性助剂；本发明专利技术将含有有序活性基团并经过改性剂改性处理的氧化石墨烯与聚乙烯材料在平行电场中进行复合处理，得到的聚乙烯复合材料具有更好的韧性，有利于聚乙烯复合材料在更多领域中大规模应用。

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料领域，具体涉及一种氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料及其制备方法。
技术介绍
氧化石墨烯是石墨烯的氧化材料，具有和石墨烯相似的平面结构，由于表面含有大量的活性基团，如羟基(-OH)、环氧基[-C(O)C-]、羰基(-C＝O)、羧基(-COOH)、酯基(-COO-)等，所以氧化石墨烯与大多数材料都具有较好的相容性，且其具有与石墨烯相似的性能，能显著改善多种材料的各项性能，是目前最好的通用复合改性材料之一，在复合材料领域得到广泛使用。氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料是一种采用了氧化石墨烯进行增强改性的聚乙烯复合材料，其具有优异的力学性能，被广泛应用于各个领域。但由于氧化石墨烯材料自身的缺点和制备方法的不足，导致氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料性能还有进一步提升的可能，尤其是在韧性的增强上，还有较大的提升空间，从而使氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料可在更多的领域得到大规模应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料存在的韧性较差的缺陷，提供一种氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料及其制备方法；本专利技术将含有有序活性基团并经过改性剂改性处理的氧化石墨烯与聚乙烯材料在平行电场中进行复合处理，得到的聚乙烯复合材料具有更好的韧性，有利于聚乙烯复合材料在更多领域中大规模应用。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供了一种氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料，包括以下重量份原材料制备而成：70-80份的聚乙烯，0.01-0.1份的改性氧化石墨烯，10-25份的改性填料，5-10份的改性助剂。其中，所述的改性氧化石墨烯是通过以下制备方法制备得到的：（1）将石墨粉加入由质量百分数浓度为50%的硫酸溶液和质量百分数浓度为50%的硝酸溶液混合而成的混合酸溶液中搅拌混合得第一悬浊液；（2）将第一悬浊液置入平行电场中，加入高锰酸钾粉末，加热搅拌，得第二悬浊液；（3）将第二悬浊液冷却至室温后，加入过氧化氢溶液和盐酸溶液，得到第三悬浊液；（4）将第三悬浊液用去离子水洗涤、滤干后，加入50%的乙醇水溶液进行分散，得到第四悬浊液；（5）在第四悬浊液中加入质量比为4︰1︰1的丙烯酸、乙酸乙烯和次氯酸钠，加热反应完成后，得到第五悬浊液；（6）将第五悬浊液用去离子水洗涤、离心分离，得到沉淀物；（7）将沉淀物在恒温条件下进行真空干燥，得到改性氧化石墨烯。优选的，所述的硫酸溶液和硝酸溶液的体积比为1︰1；优选的比例对石墨的氧化作用更好，得到的氧化石墨烯性分子上羟基数量更多，与改性剂的键接能力更强。优选的，所述石墨粉和混合酸溶液的质量体积比（g︰ml）为2︰100；优选的比例对石墨的氧化作用更好，得到的氧化石墨烯中羟基占比更大，与改性剂的键接能力更强。其中，在步骤（2）中所述平行电场作用下，石墨分子发生极化作用，延电场方向的石墨电子活性更强，从而在石墨分子被氧化时，活性基团更多的结合在沿电场线的方向上，同时，能降低氧化条件下，使反应条件更温和、安全；优选的，所述的平行电场强度为4.5-5.5KV/m；在优选的电场强度下，氧化石墨烯分子上的活性基团有序性最好。优选的，所述高锰酸钾粉末与石墨粉的质量比为1︰4；优选的比例对石墨的氧化作用更好，得到的氧化石墨烯性上羟基数量更多，与改性剂的键接能力更强。优选的，所述加热温度为50-70℃；优选的温度反应速度快，反应彻底，能源消耗小，生产成本低。其中，步骤（3）中，所述的过氧化氢溶液的浓度为1.0-2.5mol/L；所述的盐酸溶液浓度为0.8-1.5mol/L；在上述浓度的过氧化氢和盐酸中，制备得到的氧化石墨烯纯度更高。优选的，第二悬浊液、过氧化氢溶液和盐酸溶液的体积比为50︰2︰5；在优选的体积比下，制备得到的氧化石墨烯纯度最好。其中，步骤（4）中，50%的乙醇水溶液与石墨粉的质量体积比（ml︰g）为100︰2；分散更均匀，改性效果更好。优选的，所述改性剂与石墨粉的质量之比为0.1-0.3︰1；优选的质量比，改性后的氧化石墨烯与聚乙烯的相容性最好。其中，优选的，步骤（5）中加热反应的温度为80-90℃；在优选温度范围内，改性效果最好，得到的氧化石墨烯与聚乙烯的相容性最好。其中，所述的改性填料是指现有技术中可对聚乙烯材料具有增强改性作用的填料；包括玄武岩纤维、玻璃纤维、碳纤维中的一种或多种。其中，所述的助剂是指现有技术中能改善聚乙烯复合材料加工性能或赋予特殊功能的材料，包括增塑剂、偶联剂、阻燃剂、抗氧化剂中的一种或多种。为了实现上述专利技术目的，进一步的，本专利技术提供了一种氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料的制备方法，包括以下步骤：（1）将聚乙烯、改性氧化石墨烯、改性填料和改性助剂进行混合处理，得到混合料；（2）将混合料用双螺杆挤出机进行挤出，得到氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：1、本专利技术复合材料中含有具有有序活性基团的改性氧化石墨烯材料，得到的复合材料韧性更好。2、本专利技术复合材料中含有改性氧化石墨烯经过改性剂的处理，与聚乙烯的相容性更好，得到的复合材料性能更好。3、本专利技术复合材料的制备方法简单、可靠，适合氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料的大规模、工业化生产。具体实施方式下面结合试验例及具体实施方式对本专利技术作进一步的详细描述。但不应将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本
技术实现思路
所实现的技术均属于本专利技术的范围。实施例1（1）制备改性氧化石墨烯：将2g的石墨粉加入由50ml的质量百分数浓度为50%的硫酸溶液和50ml质量百分数浓度为50%的硝酸溶液混合而成的混合酸溶液中搅拌混合得第一悬浊液；将第一悬浊液置入电场强度为5.0KV/m的直流平行电场中，加入0.5g高锰酸钾粉末，加热到60℃搅拌，得第二悬浊液；将第二悬浊液冷却至室温后，加入4ml的浓度为1.8mol/L过氧化氢溶液和10ml的浓度为1.2mol/L盐酸溶液，得到第三悬浊液；将第三悬浊液用去离子水洗涤、滤干后，加入100ml的50%的乙醇水溶液进行分散，得到第四悬浊液；在第四悬浊液中加入0.4g的质量比为4︰1︰1的丙烯酸、乙酸乙烯和次氯酸钠，加热到85℃，反应完成后，得到第五悬浊液；将第五悬浊液用去离子水洗涤、离心分离，得到沉淀物；将沉淀物在恒温条件下进行真空干燥，得到氧化改性石墨烯；（2）将75份的聚乙烯、0.05份的改性氧化石墨烯、18份的碳纤维、4份的偶联剂和3份的增塑剂进行混合处理，得到混合料；（3）将混合料用双螺杆挤出机进行挤出，得到氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料。实施例2（1）制备改性氧化石墨烯：将2g的石墨粉加入由50ml的质量百分数浓度为50%的硫酸溶液和50ml质量百分数浓度为50%的硝酸溶液混合而成的混合酸溶液中搅拌混合得第一悬浊液；将第一悬浊液置入电场强度为4.5KV/m的直流平行电场中，加入0.5g高锰酸钾粉末，加热到70℃搅拌，得第二悬浊液；将第二悬浊液冷却至室温后，加入4ml的浓度为1.0mol/L过氧化氢溶液和10ml的浓度为1.5mol/L盐酸溶液，得到第三悬浊液；将第三悬浊液用去离子水洗涤后，加入100ml的50%的乙醇水溶液进行分散，得到第四悬浊液；在第四悬浊液中加入0.2g的质量比为4︰1︰1的丙烯酸、乙酸乙烯和次氯酸钠，加本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量份原材料制备而成：70‑80份的聚乙烯，0.01‑0.1份的改性氧化石墨烯，10‑25份的改性填料，5‑10份的改性助剂；所述的改性氧化石墨烯是通过以下制备方法制备得到的：（1）将石墨粉加入由质量百分数浓度为50%的硫酸溶液和质量百分数浓度为50%的硝酸溶液混合而成的混合酸溶液中搅拌混合得第一悬浊液；（2）将第一悬浊液置入平行电场中，加入高锰酸钾粉末，加热搅拌，得第二悬浊液；（3）将第二悬浊液冷却至室温后，加入过氧化氢溶液和盐酸溶液，得到第三悬浊液；（4）将第三悬浊液用去离子水洗涤、滤干后，加入50%的乙醇水溶液进行分散，得到第四悬浊液；（5）在第四悬浊液中加入质量比为4︰3︰2的丙烯酸、乙酸乙烯和次氯酸钠，加热反应完成后，得到第五悬浊液；（6）将第五悬浊液用去离子水洗涤、离心分离，得到沉淀物；（7）将沉淀物在恒温条件下进行真空干燥，得到改性氧化石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯增强聚乙烯复合材料，其特征在于，包括以下重量份原材料制备而成：70-80份的聚乙烯，0.01-0.1份的改性氧化石墨烯，10-25份的改性填料，5-10份的改性助剂；所述的改性氧化石墨烯是通过以下制备方法制备得到的：（1）将石墨粉加入由质量百分数浓度为50%的硫酸溶液和质量百分数浓度为50%的硝酸溶液混合而成的混合酸溶液中搅拌混合得第一悬浊液；（2）将第一悬浊液置入平行电场中，加入高锰酸钾粉末，加热搅拌，得第二悬浊液；（3）将第二悬浊液冷却至室温后，加入过氧化氢溶液和盐酸溶液，得到第三悬浊液；（4）将第三悬浊液用去离子水洗涤、滤干后，加入50%的乙醇水溶液进行分散，得到第四悬浊液；（5）在第四悬浊液中加入质量比为4︰3︰2的丙烯酸、乙酸乙烯和次氯酸钠，加热反应完成后，得到第五悬浊液；（6）将第五悬浊液用去离子水洗涤、离心分离，得到沉淀物；（7）将沉淀物在恒温条件下进行真空干燥，得到改性氧化石墨烯。2.根据权利要求1所述的复合材料，其特征在于，所述的硫酸溶液和硝酸溶液的体积比为1︰1。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：张慧，张羽，
申请(专利权)人：四川力智久创知识产权运营有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51