一种建筑墙体聚苯乙烯泡沫用石墨烯增强母料及制备方法技术

本发明专利技术属于建筑材料的技术领域，提供了一种建筑墙体聚苯乙烯泡沫用石墨烯增强母料及制备方法。该方法通过将石墨烯粉填充在多孔SiO2微球内部，并进行亲油化处理，再聚合反应形成聚苯乙烯/超高分子量聚乙烯合金，包覆多孔SiO2复合微球，进一步与聚苯乙烯载体树脂、活性剂高速混合和挤出造粒，制得石墨烯增强母料。与传统方法相比，本发明专利技术的制备的石墨烯增强母料，用于聚苯乙烯泡沫增强改性时，有效改善了石墨烯的分散性，进而能显著提升材料的力学性能，确保改性增强效果，所得聚苯乙烯泡沫适用于建筑墙体等工程领域。

Graphene reinforced master batch for building wall polystyrene foam and preparation method thereof

The invention belongs to the technical field of building materials, and provides a graphene reinforced parent material for building wall polystyrene foam and a preparation method thereof. By filling graphene powder in porous SiO 2 microspheres and lipophilic treatment, the polystyrene/ultra-high molecular weight polyethylene (UHMWPE) alloy was synthesized, and the porous SiO 2 composite microspheres were coated. The graphene reinforced masterbatch was further prepared by high-speed mixing and extrusion with polystyrene carrier resin and activator. Compared with the traditional method, the prepared graphene reinforced master batch can effectively improve the dispersity of the graphene when used in the strengthening and modification of the polystyrene foam, thereby significantly improving the mechanical properties of the material, ensuring the modification and enhancing effect, and obtaining the polystyrene foam suitable for the engineering field of building walls and other fields.

【技术实现步骤摘要】
一种建筑墙体聚苯乙烯泡沫用石墨烯增强母料及制备方法
本专利技术属于建筑材料的
，提供了一种建筑墙体聚苯乙烯泡沫用石墨烯增强母料及制备方法。
技术介绍
聚苯乙烯（PS）泡沫是由含有挥发性液体发泡剂的可发性聚苯乙烯珠粒，经加热预发后在模具中加热成型的白色物体，其有微细闭孔的结构特点，主要用于建筑墙体，屋面保温，复合板保温，冷库、空调、车辆、船舶的保温隔热，地板采暖，装潢雕刻等用途非常广泛。近年来低于基苯乙烯泡沫材料的研究和应用成为建筑领域的一项重要课题。石墨烯作为一种新型的纳米材料，拥有很多优异的特殊性质，尤其是它具有很高的强度和刚度，是目前已知材料中最高的。它的结构是单层的石墨层片，它是石墨、碳纳米管、富勒烯的基本组成单元。石墨烯有这么优异的强度和刚度是因为石墨烯的原子结构中，碳原子与碳原子之间所成的键是最强的化学键σ键。石墨烯除了拥有非常优异的强度和刚度以外，还具有优异的韧性和一些特殊的变形机制。利用石墨烯对聚苯乙烯泡沫进行增强改性已成为普遍采用的技术方法。聚苯乙烯-石墨烯复合物的制造可通过如下进行：将聚苯乙烯粉末和石墨烯例如通过剪切混合技术或通过研磨而物理混合进一步发泡。然而，这些方法的缺点是石墨烯在聚苯乙烯中未良好分散，石墨烯分散效果不佳，极易发生团聚，使得制备出的聚苯乙烯会出现力学性能不均匀，增强效果不明显的现象。目前国内外在聚苯乙烯泡沫技术，尤其石墨烯增强聚苯乙烯泡沫方面已取得了一定成效。其中胡桢等人专利技术了一种含石墨烯的可发性聚苯乙烯聚合物的制备方法（中国专利技术专利申请号201410056491.1），该专利技术要解决现有的石墨烯聚苯乙烯复合材料的制备方法以石墨烯为原料，从而导致制备成本高、工艺复杂和不适合大规模工业化生产的问题，制备方法：（1）采用Hummers法制备氧化石墨；（2）第一混合物的制备；（3）第二混合物的制备；（4）石墨烯的可发性聚苯乙烯聚合物的制备，即得含石墨烯的可发性聚苯乙烯聚合物。另外，刘莉莉等人专利技术了一种可发泡性聚苯乙烯及其制备方法（中国专利技术专利申请号201710349183.1），其中，所述可发泡性聚苯乙烯中，所含石墨烯的量占聚合前苯乙烯单体总重量的0.2~1wt％；该专利技术制备的可发泡性聚苯乙烯压板成型，得到泡沫板材。可见，现有技术中的利用石墨烯改性聚苯乙烯泡沫材料的技术方法，存在石墨烯难以均匀分散、团聚严重的现象，导致聚苯乙烯泡沫材料存在力学性能增强效果不佳，综合性能不均匀的缺陷。
技术实现思路
针对这种情况，我们提出一种建筑墙体聚苯乙烯泡沫用石墨烯增强母料及制备方法，可有效改善石墨烯在聚苯乙烯泡沫中的分布特征，并且显著提升了对泡沫制品力学性能的增强效果。为实现上述目的，本专利技术涉及的具体技术方案如下：一种建筑墙体聚苯乙烯泡沫用石墨烯增强母料的制备方法，通过将石墨烯粉填充在多孔SiO2微球内部，并进行亲油化处理，再聚合反应形成聚苯乙烯/超高分子量聚乙烯合金，包覆多孔SiO2复合微球，进一步与聚苯乙烯载体树脂、活性剂高速混合和挤出造粒，制得石墨烯增强母料，制备的具体步骤如下：（1）将石墨烯粉与多孔SiO2微球混合，在循环式气动混合机中进行吸附，使石墨烯粉填充在多孔SiO2微球内部，然后加入表面活性剂，在超声波场中对微球表面进行亲油化处理，制得多孔SiO2复合微球；（2）将处理后的多孔SiO2复合微球移入反应釜中，加入苯乙烯活性单体、超高分子量聚乙烯短纤维、引发剂，通入氮气保护，同时在超声波场的活化、引发作用下进行恒温反应，形成聚苯乙烯/超高分子量聚乙烯合金包覆的多孔SiO2复合微球；（3）将步骤（2）制得的复合微球与聚苯乙烯载体树脂、活性剂在高速混合机中混合分散，经螺杆挤出机造粒，制得石墨烯增强母料。优选的，步骤（1）所述表面活性剂为烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦中的至少一种。优选的，步骤（1）所述各原料的重量份为，石墨烯粉5~20重量份、多孔SiO2微球77~94重量份、表面活性剂1~3重量份。优选的，步骤（1）所述超声波场的超声波频率为80~150kHz，功率密度为0.5~1w/cm2。优选的，步骤（2）所述引发剂为偶氮二异丁腈、偶氮二异庚腈、偶氮二异丁酸二甲酯中的至少一种。优选的，步骤（2）所述各原料的重量份为，多孔SiO2复合微球76~88重量份、苯乙烯活性单体5~10重量份、超高分子量聚乙烯短纤维6~12重量份、引发剂1~2重量份。优选的，步骤（2）所述超声波频率为60~120kHz，功率密度为0.5~0.8w/cm2，反应温度为90~130℃。优选的，步骤（3）所述活性剂为硬脂酸钾、硬脂酸钠、硬脂酸锌、硬脂酸钙、硬脂酸镁中的至少一种。优选的，步骤（3）所述各原料的重量份为，复合微球10~30重量份、聚苯乙烯载体树脂67~89重量份、活性剂1~3重量份。本专利技术的创新点在于，通过将负载石墨烯的多孔SiO2微球分散在超高分子量聚乙烯短纤维与苯乙烯单体的混合体系中，并通过引发聚合生成聚苯乙烯，与超高分子量聚乙烯短纤维混合组成塑料合金包覆微球并制成母料，用于聚苯乙烯泡沫改性时可有效改善石墨烯与聚苯乙烯的相容性，克服了现有技术中石墨烯在聚苯乙烯泡沫塑料加工过程中分散效果差未能有效提高性能的技术缺陷。本专利技术还提供了一种上述制备方法制备得到的建筑墙体聚苯乙烯泡沫用石墨烯增强母料。该石墨烯增强母料时先将石墨烯粉填充在多孔SiO2微球内部，再在超声波场中用表面活性剂对多孔SiO2微球表面进行亲油化处理，然后移入反应釜中加入苯乙烯活性单体、超高分子量聚乙烯短纤维、引发剂等通入氮气保护，同时在超声波场的活化、引发等多重作用下恒温反应，实现SiO2微球在反应介质中分散，同时引发苯乙烯单体在多孔SiO2微球表面进行聚合反应，与超高分子量聚乙烯共同构成聚苯乙烯/超高分子量聚乙烯合金合金包覆多孔SiO2复合微球，将所得复合微球与聚苯乙烯载体树脂、活性剂等在高混机内混合分散后，经螺杆挤出机造粒而制得。本专利技术提供了一种建筑墙体聚苯乙烯泡沫用石墨烯增强母料及制备方法，与现有技术相比，其突出的特点和优异的效果在于：1.本专利技术制备的石墨烯增强母料，对建筑墙体聚苯乙烯泡沫的增强效果明显，值得推广应用。2.本专利技术的制备方法，通过聚苯乙烯/超高分子量聚乙烯合金包覆负载石墨烯的多孔SiO2复合微球，有效改善了石墨烯在聚苯乙烯泡沫基体中的分散性，避免了团聚现象。3.本专利技术的制备方法，制备的石墨烯增强母料能显著提升材料的力学性能，对聚苯乙烯泡沫起到优异的增强作用，所得增强改性聚苯乙烯泡沫适用于建筑墙体等工程领域。具体实施方式以下通过具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但不应将此理解为本专利技术的范围仅限于以下的实例。在不脱离本专利技术上述方法思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段做出的各种替换或变更，均应包含在本专利技术的范围内。实施例1将9kg石墨烯粉与89kg多孔SiO2微球混合，在循环式气动混合机中进行吸附，使石墨烯粉填充在多孔SiO2微球内部，然后加入2kg烷基葡糖苷，在超声波场中，以超声波频率为110kHz、功率密度为0.7w/cm2的超声波对微球表面进行亲油化处理，制得多孔SiO2复合微球；然后将83kg处理后的多孔SiO2复合微球移入反应釜中，加入7kg苯乙烯活性单体、9kg超高分子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种建筑墙体聚苯乙烯泡沫用石墨烯增强母料的制备方法，其特征在于，通过将石墨烯粉填充在多孔SiO2微球内部，并进行亲油化处理，再聚合反应形成聚苯乙烯/超高分子量聚乙烯合金，包覆多孔SiO2复合微球，进一步与聚苯乙烯载体树脂、活性剂高速混合和挤出造粒，制得石墨烯增强母料，制备的具体步骤如下：（1）将石墨烯粉与多孔SiO2微球混合，在循环式气动混合机中进行吸附，使石墨烯粉填充在多孔SiO2微球内部，然后加入表面活性剂，在超声波场中对微球表面进行亲油化处理，制得多孔SiO2复合微球；（2）将处理后的多孔SiO2复合微球移入反应釜中，加入苯乙烯活性单体、超高分子量聚乙烯短纤维、引发剂，通入氮气保护，同时在超声波场的活化、引发作用下进行恒温反应，形成聚苯乙烯/超高分子量聚乙烯合金包覆的多孔SiO2复合微球；（3）将步骤（2）制得的复合微球与聚苯乙烯载体树脂、活性剂在高速混合机中混合分散，经螺杆挤出机造粒，制得石墨烯增强母料。

【技术特征摘要】
1.一种建筑墙体聚苯乙烯泡沫用石墨烯增强母料的制备方法，其特征在于，通过将石墨烯粉填充在多孔SiO2微球内部，并进行亲油化处理，再聚合反应形成聚苯乙烯/超高分子量聚乙烯合金，包覆多孔SiO2复合微球，进一步与聚苯乙烯载体树脂、活性剂高速混合和挤出造粒，制得石墨烯增强母料，制备的具体步骤如下：（1）将石墨烯粉与多孔SiO2微球混合，在循环式气动混合机中进行吸附，使石墨烯粉填充在多孔SiO2微球内部，然后加入表面活性剂，在超声波场中对微球表面进行亲油化处理，制得多孔SiO2复合微球；（2）将处理后的多孔SiO2复合微球移入反应釜中，加入苯乙烯活性单体、超高分子量聚乙烯短纤维、引发剂，通入氮气保护，同时在超声波场的活化、引发作用下进行恒温反应，形成聚苯乙烯/超高分子量聚乙烯合金包覆的多孔SiO2复合微球；（3）将步骤（2）制得的复合微球与聚苯乙烯载体树脂、活性剂在高速混合机中混合分散，经螺杆挤出机造粒，制得石墨烯增强母料。2.根据权利要求1所述一种建筑墙体聚苯乙烯泡沫用石墨烯增强母料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述表面活性剂为烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦中的至少一种。3.根据权利要求1所述一种建筑墙体聚苯乙烯泡沫用石墨烯增强母料的制备方法，其特征在于：步骤（1）所述各原料的重量份为，石墨烯粉5~20重量份、多孔SiO2微球77~94重量份、表面活性剂1~3重量份。4.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庆，昝航，
申请(专利权)人：成都新柯力化工科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51