一种功能石墨烯原位聚合聚酯的三元共聚复合材料及其制备方法和专用装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种功能石墨烯原位聚合聚酯的三元共聚复合材料及其制备方法和专用装置，属于复合材料的制备技术领域。该复合材料由二元醇、二元酸和功能石墨烯经酯化、缩聚反应制备而成，二元醇和二元酸的摩尔比为(1.2～2)：1，功能石墨烯的质量占三元共聚复合材料的0.01～2％，三元共聚复合材料的数均分子量为10000～150000。本发明专利技术在石墨烯表面引入活性官能团，进而使石墨烯接枝到聚酯链段中，使得石墨烯与聚酯两者之间形成稳定的共价键，利用石墨烯类材料良好的物理机械性能来达到对聚酯分子链的增强作用，进而使复合材料表现出良好的力学性能及综合性能。

【技术实现步骤摘要】
一种功能石墨烯原位聚合聚酯的三元共聚复合材料及其制备方法和专用装置
本专利技术属于复合材料的制备
，更具体地说，涉及一种功能石墨烯原位聚合聚酯的三元共聚复合材料及其制备方法和专用装置。
技术介绍
聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是目前最重要的合成材料之一，可以应用于纤维、薄膜、塑料等领域。PET薄膜以其机械强度高、耐寒耐热性好、收缩性稳定及优良的电绝缘性能和光学性能，被广泛应用于包装、工业、电气、电子、磁性、感光等领域。涤纶是以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为原料，经过纺丝和后处理制备而成的纤维。涤纶纤维是世界上应用最广泛，产量最大的合成纤维，占据世界合成纤维产量的70％左右。但涤纶纤维的分子链紧密连接，结晶度和取向度高，极性小，因而存在吸湿性差、亲水性差的缺点。石墨烯是一种新型碳纳米轻质材料，具有独特的单原子层二维晶体结构、高比表面积、高的强度、电导率、热导率，对各类光线的吸收效率高、遮蔽效果理想。石墨烯被誉为“改变21世纪的神奇材料”，随着石墨烯应用领域相关工艺的逐步成熟完善，手机屏幕任意弯曲、电动汽车瞬间充电、电脑屏幕透明薄如白纸这些不可思议的事情将变成现实。石墨烯材料在纺织品功能开发方面同样引起广泛关注，在纺织纤维的聚合或纺丝过程中添加少量的石墨烯可显著改善纤维的力学性能和电学性能。公开日为2015年10月28日的中国专利201510430677.3公开了一种含部分还原石墨烯的高分子复合功能纤维及其制备方法，该纤维包括A组分、B组分，以部分外露型、并列型或皮芯型相组合，且每根纤维外表面积的20～100％为B组分。该方法是将0.1～1wt％部分还原石墨烯的聚酯和含4～20wt％的含部分还原石墨烯和TiO2的纳米复合填料的聚酯结晶、干燥后进行熔融复合纺丝，然后在80～160℃下牵伸、松弛热定型，并通过还原处理使纤维中部分还原石墨烯还原至碳/氧原子比达到9/1～15/1即可。该专利技术制得的纤维可在较高纺丝速度下生产，生产效率高；具有较低单丝纤度、较高强度和较低电阻率，满足抗静电需求；同时具有抗菌和阻燃性能，因而具有良好的应用前景。公开日为2015年12月30日的中国专利201510680473.5公开了一种石墨烯-涤纶纳米复合纤维的制备方法，包括如下步骤：石墨烯-涤纶聚酯复合母粒的制备步骤及将所述复合母粒制备成石墨烯-涤纶纳米复合纤维的步骤。与现有的其它方法相比：其工艺极为简单，增强材料性能优异而且廉价。另外，石墨烯自身优异的力学性能和功能特性赋予纳米复合纤维高强度和抗静电等功能性。表面修饰和改性后的石墨烯在涤纶聚酯高分子基体里良好的分散性与完美的界面相容性使得石墨烯与涤纶聚酯切片基体材料高效、均匀复合。但是该专利添加的石墨烯含量较大，不利于资源的节约与工业大规模生产。在石墨烯增强改性聚酯性能方面，尽管国内外均有相关的文献报道，但是均采用共混添加的方式实现，存在添加量大、加工困难、性能提升不明显等问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术的目的之一在于提供一种功能石墨烯原位聚合聚酯的三元共聚复合材料，本专利技术的目的之二在于提供该复合材料的制备方法，本专利技术的目的之三在于提供制备该复合材料的专用装置。为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术涉及一种制备功能石墨烯原位聚合聚酯的三元共聚复合材料的专用装置，包括通过管线依次连接的原料添加装置、原料配制装置、酯化反应装置、预聚物过滤装置、缩聚反应装置和熔体过滤装置，所述原料添加装置包括石墨烯添加装置和辅料添加装置；所述石墨烯添加装置、辅料添加装置和原料配制装置中均同时设有高剪切乳化机和超声分散器，所述石墨烯添加装置与所述原料配制装置之间设有高压均质机，所述酯化反应装置和缩聚反应装置的废料口通过回收装置与所述原料配制装置连接，所述回收装置中依次设有废料储罐、精馏塔和回收储罐。本专利技术还涉及一种采用上述专用装置的功能石墨烯原位聚合聚酯的三元共聚复合材料的制备方法，将功能石墨烯和辅料分散在二元醇中，分别得到功能石墨烯分散液和辅料分散液；然后将二元醇、二元酸、功能石墨烯分散液以及辅料分散液添加至反应釜中进行分散，然后依次进行酯化、缩聚反应，得到所述三元共聚复合材料。具体包括以下步骤：(1)在石墨烯添加装置中将功能石墨烯和二元醇采用高剪切乳化机和超声分散器同时使用的方式进行分散，得到功能石墨烯分散液，所述功能石墨烯分散液的质量浓度为0.1～10％；(2)在辅料添加装置中将辅料和二元醇采用高剪切乳化机和超声分散器同时使用的分散方式进行分散，得到辅料分散液，所述辅料分散液的质量浓度为0.1～35％；(3)将步骤1所得功能石墨烯分散液通过高压匀质机通入原料配制装置，并将步骤2所得辅料分散液通入原料配制装置，同时将二元醇和二元酸通入原料配制装置，然后采用高剪切乳化机和超声分散器同时使用的方式将装置内物料进行分散；(4)将步骤3所得物料通入酯化反应装置，进行酯化反应；(5)将步骤4所得产物通过预聚物过滤装置过滤，然后通入缩聚反应装置，进行缩聚反应；(6)将步骤5所得产物通过熔体过滤装置过滤，即得所述三元共聚复合材料；(7)将步骤4和步骤5反应过程中产生的气相物质排至废料储罐，经过精馏塔分离出二元醇，分离出的二元醇输送至回收储罐，并回用至原料配制装置中。所述的二元醇选自乙二醇、丙二醇、丁二醇、环己二醇中的一种或多种，所述的二元酸为精对苯二甲酸，所述的功能石墨烯为羧基功能石墨烯或氨基功能石墨烯，所述的二元醇和二元酸的摩尔比为(1.2～2)：1，所述的功能石墨烯的质量占三元共聚复合材料的0.01～2％。优选地，所述的羧基功能石墨烯由以下两种方法之一制备：A、首先通过高剪切乳化机和超声分散器同时运行的机械分散方式将氧化石墨分散在良溶剂中，然后缓慢加入氨基酸类化合物进行反应，洗涤干燥后即可；B、首先通过高剪切乳化机和超声分散器同时运行的机械分散方式将氧化石墨烯分散剥离在碱液中，然后采用氯乙酸或氯乙酸钠对氧化石墨烯进行活化处理，最后加入羧基化试剂进行羧基化反应即可；所述的氨基功能石墨烯由以下两种方法之一制备：C、首先通过高剪切乳化机和超声分散器同时运行的机械分散方式将氧化石墨分散在良溶剂中，然后缓慢加入二胺类化合物进行反应，洗涤干燥后即可；D、参照中国专利201810212266.0中所述方法制备而成。所述的高剪切乳化机的搅拌速度≥1000r/min，所述的超声分散器的超声功率为1～20kw，所述的分散时间为1～10h，所述的分散温度为10～40℃。所述辅料包括催化剂，所述催化剂为三氧化二锑、三酸锑、锗酸钠、二氧化锗、邻苯二甲酸二丁基锡、单丁基氧化锡、二丁基氧化锡、二丁基氧化锡氯化物、二丁基二月桂酸锡、二丁基二乙酸锡、单丁基三氯化锡等锑系、钛系、锡系或锗系，所述催化剂的用量为总反应物料质量的0.05～0.25％。所述酯化反应的条件为：反应温度250～265℃，反应压力0.1～0.5MPa，反应时间0.5～2.5h，控制酯化反应率不低于96％；所述缩聚反应的条件为：反应温度265～280℃，反应真空度0.1～25kPa，反应时间0.5～5h，控制酯化反应率不低于99.5％。本专利技术还涉及采用上述方法制备得到的功能石墨烯原位聚合聚酯的三元共聚复合材料。所述复合材料的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备功能石墨烯原位聚合聚酯的三元共聚复合材料的专用装置，其特征在于，包括通过管线依次连接的原料添加装置、原料配制装置、酯化反应装置、预聚物过滤装置、缩聚反应装置和熔体过滤装置，所述原料添加装置包括石墨烯添加装置和辅料添加装置；所述石墨烯添加装置、辅料添加装置和原料配制装置中均同时设有高剪切乳化机和超声分散器，所述石墨烯添加装置与所述原料配制装置之间设有高压均质机，所述酯化反应装置和缩聚反应装置的废料口通过回收装置与所述原料配制装置连接，所述回收装置中依次设有废料储罐、精馏塔和回收储罐。

【技术特征摘要】
1.一种制备功能石墨烯原位聚合聚酯的三元共聚复合材料的专用装置，其特征在于，包括通过管线依次连接的原料添加装置、原料配制装置、酯化反应装置、预聚物过滤装置、缩聚反应装置和熔体过滤装置，所述原料添加装置包括石墨烯添加装置和辅料添加装置；所述石墨烯添加装置、辅料添加装置和原料配制装置中均同时设有高剪切乳化机和超声分散器，所述石墨烯添加装置与所述原料配制装置之间设有高压均质机，所述酯化反应装置和缩聚反应装置的废料口通过回收装置与所述原料配制装置连接，所述回收装置中依次设有废料储罐、精馏塔和回收储罐。2.一种采用权利要求1所述专用装置的功能石墨烯原位聚合聚酯的三元共聚复合材料的制备方法，其特征在于，将功能石墨烯和辅料分散在二元醇中，分别得到功能石墨烯分散液和辅料分散液；然后将二元醇、二元酸、功能石墨烯分散液以及辅料分散液添加至反应釜中进行分散，然后依次进行酯化、缩聚反应，得到所述三元共聚复合材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)在石墨烯添加装置中将功能石墨烯和二元醇采用高剪切乳化机和超声分散器同时使用的方式进行分散，得到功能石墨烯分散液，所述功能石墨烯分散液的质量浓度为0.1～10％；(2)在辅料添加装置中将辅料和二元醇采用高剪切乳化机和超声分散器同时使用的分散方式进行分散，得到辅料分散液，所述辅料分散液的质量浓度为0.1～35％；(3)将步骤1所得功能石墨烯分散液通过高压匀质机通入原料配制装置，并将步骤2所得辅料分散液通入原料配制装置，同时将二元醇和二元酸通入原料配制装置，然后采用高剪切乳化机和超声分散器同时使用的方式将装置内物料进行分散；(4)将步骤3所得物料通入酯化反应装置，进行酯化反应；(5)将步骤4所得产物通过预聚物过滤装置过滤，然后通入缩聚反应装置，进行缩聚反应；(6)将步骤5所得产物通过熔体过滤装置过滤，即得所述三元共聚复合材料；(7)将步骤4和步骤5反应过程中产生的气相物质排至废料储罐，经过精馏塔分离出二元醇，分离出的二元醇输送至回收储罐，并回用至原料配制装置中。4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋炎，罗振扬，马宏明，梁燕，黄荣庆，曹建鹏，周良艳，万元俊，宋彦杰，禹龙，刘雪静，
申请(专利权)人：常州恒利宝纳米新材料科技有限公司，南通九野智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32