一种高稳定性阻氧管材的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种高稳定性阻氧管材的制备方法，包括以下步骤：一、制备聚乙烯醇/纳米纤维素复合材料；二、聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯聚合物制备；三、高稳定性阻氧管材的制备。本发明专利技术制备的复合管材有较好阻氧性和稳定性，可应用于地暖系统的保温管材。

A preparation method of high stability oxygen resistant pipe

【技术实现步骤摘要】
一种高稳定性阻氧管材的制备方法
本专利技术涉及高分子材料阻氧性能领域，具体涉及一种高稳定性阻氧管材的制备方法。
技术介绍
在地暖系统中，管材对阻隔氧气的要求较高，目前在国内大多是在PE-X或PE-RT管材内层涂覆或共挤一层EVOH(聚乙烯-乙烯醇)，本来EVOH的确有气体阻隔的作用，但是由于在EVOH树脂的分子结构中存在着羟基，EVOH树脂具有亲水性和吸湿性。当吸附湿气后，气体的阻隔性能与PE-X区别不大，用在地暖管路中，所谓的阻隔层会吸收混凝土中的水分，彻底失去阻氧能力，现有市场上的PE燃气管道对氧气的透过系数较高。目前阻氧塑料管材的生产加工方法多采用涂布法，此法为2步成型，即在已经挤出定型的单层管上同时挤出粘合层和阻隔层(EVOH)涂层形成三层结构，但共挤表面的粘合强度低，易产生分层现象。中国专利106700110A公开了氧化石墨烯/纳米纤维素/聚乙烯醇复合膜的制备方法，该专利解决了复合膜阻隔性能差的问题，我们在实验研究中想通过聚乙烯醇/纳米纤维素/氧化石墨烯三种材料与聚乙烯材料复合形成管材改进其阻氧性能，但是使用氧化石墨烯会因为表面富有氧化态基团，在管材制备过程中会因为过于活泼而与产物发生化学反应，导致变质，使得复合管材因失去了石墨烯优越的性能从而变得稳定性能差。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是，提供一种一步共挤出的复核管材，解决
技术介绍
中分层的问题；本专利技术的目的之二是，提供一种稳定性好的聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯复合管材，解决氧化石墨烯过于活泼使得管材变性的问题；本专利技术的目的之三是，提供一种阻氧性能好的聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯复合管材，满足在地暖系统中使用时对阻氧性能的要求。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是：利用生物质纳米纤维素纤维(CNF)的高强度和高长径比，向聚乙烯醇(PVA)中引入纳米纤维素，同时选用还原氧化石墨烯(rGO)作为增强相。将纳米纤维素和氧化石墨烯同时引入到聚乙烯醇基体中，利用绿色还原剂D-果糖对氧化石墨烯进行原位还原得到rGO。采用浇注法制备力学性能和阻隔性能优异的聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯(PVA/CNF/rGO)复合聚合物材料。最后采用复合聚合物材料一定比例加入耐热聚乙烯中进行管材挤出成型制得一种高稳定性阻氧管材。具体地，聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯复合聚合物的制备步骤为：1.纳米纤维素悬浮液和氧化石墨烯溶液的制备采用竹粉制备纳米纤维素以及石墨粉制备氧化石墨烯，利用化学处理和机械处理从竹粉中提取纳米纤维素,并配制质量分数为0.8％的纳米纤维素悬浮液。采用改进的Hummers法制备质量浓度为0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液。优选地，所采用的竹粉粒径大小为40-60目。2.聚乙烯醇/纳米纤维素复合材料的制备取聚乙烯醇颗粒溶于蒸馏水中，于一定温度下搅拌2h，得到聚乙烯醇溶液，静置去泡备用。再取50ml-200ml聚乙烯醇水溶液浇注于玻璃基板，室温干燥后、研磨成粉。取上述纳米纤维素溶液与聚乙烯醇混合，其中溶质纳米纤维素占聚乙烯醇质量的10％。混合溶液在磁力搅拌下搅拌1h，再超声处理。静置24h后，浇注于玻璃基板中，室温干燥后，研磨成粉得到聚乙烯醇/纳米纤维素复合材料。优选地所采取的搅拌温度为80-100℃。3.聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯聚合物制备分别取质量比为(1-5):5的氧化石墨烯和聚乙烯醇/纳米纤维素，将氧化石墨烯水溶液滴加于聚乙烯醇/纳米纤维素混合溶液，并使用机械搅拌机轻轻搅拌。加入绿色还原剂D-果糖，并将溶液pH调为碱性。然后置于95℃水浴中反应2h，再超声处理，得到聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯混合溶液。静置24h后浇注于玻璃基板，室温干燥后揭膜，粉碎成粉，得到聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯复合材料。优选地，所用D-果糖和氧化石墨烯质量比为(10-5)：1。优选地，用氨水调节溶液pH值。优选地pH值调节为8-9。4.高稳定性阻氧管材的制备将步骤3中的聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯聚合物与耐热聚乙烯、色母粒、抗氧剂、聚邻苯二甲酰胺混合后共挤出得到所述通过修饰氧化石墨烯的阻氧管材。其中，抗氧剂为2、8-二叔丁基4-甲基苯酚和亚磷酸季戊四醇脂,质量比为1：0.1；所述聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯聚合物与耐热聚乙烯、色母粒、抗氧剂、聚邻苯二甲酰胺的质量比为(1-2.5)：100:1.5:1:1.5。进一步的，所述共挤出工艺如下：预混料采用双螺杆挤出机熔融共混挤出制备，第一段挤出温度为190℃，第二段挤出温度为200℃，第三段挤出温度为195℃，第四段挤出温度为200℃，第一段模头温度200℃，第二段模头温度220℃，第三段模头温度230℃，第四段模头温度220℃，第五段模头温度200℃，真空度0.03MPa，扭矩电流80A，螺杆转速105rpm；再冷却，切割，得到一种高稳定性的阻氧管材。本专利技术的有益效果是：1)利用生物质纳米纤维素纤维(CNF)的高强度和高长径比，向聚乙烯醇(PVA)中引入纳米纤维素，同时选用还原氧化石墨烯(rGO)作为增强相提升复合材料的阻氧性能。2)通过化学反应将氧化石墨烯还原，其目的是为了将氧化石墨烯上所附带的氧化基团彻底除去，使得其结构稳定下来，保证制得的产物不会因为过于活泼而发生化学反应的变质，同时还保留石墨烯优越的性能。保证了复合材料的稳定性。3)将聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯聚合物按一定比例加入耐热聚乙烯中进行管材挤出成型，避免了涂布法因粘合强度低易产生分层，三种材料的组合加入PE挤出的过程涉及化学接枝反应而形成高稳定性的阻氧复合管材。【具体实施方式】为了使本专利技术的目的、技术方案和有益技术效果更加清晰明白，以下结合具体实施方式，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解的是，本说明书中描述的具体实施方式仅仅是为了解释本专利技术，并不是为了限定本专利技术。实施例一S1.制备纳米纤维素悬浮液和氧化石墨烯溶液采用竹粉制备纳米纤维素以及石墨粉制备氧化石墨烯，利用化学处理从粒径为40目竹粉中提取纳米纤维素,并配制质量分数为0.8％的纳米纤维素悬浮液。采用改进的Hummers法制备质量浓度为0.5mg/mL的氧化石墨烯水溶液。S2.聚乙烯醇/纳米纤维素复合材料的制备取聚乙烯醇颗粒溶于特定容积的蒸馏水中，于80℃下搅拌2h，得到聚乙烯醇溶液，静置去泡备用。再取聚乙烯醇水溶液50ml浇注于玻璃基板，室温干燥后、研磨成粉。取上述纳米纤维素与聚乙烯醇溶液混合，混合溶液溶质中纳米纤维素占聚乙烯醇质量的10％。混合溶液在磁力搅拌下搅拌1h，再超声处理，静置24h后，浇注于玻璃基板中，室温干燥后，研磨成粉得到聚乙烯醇/纳米纤维素复合材料。S3.聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯聚合物制备取质量比为1:5的氧化石墨烯和聚乙烯醇/纳米纤维素，将氧化石墨烯水溶液滴加于聚乙烯醇/纳米纤维素混合溶液，并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高稳定性阻氧管材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：/n1)用浇注法制得聚乙烯醇/纳米纤维素复合材料；/n2)聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯聚合物制备：取步骤1)复合材料溶液于氧化石墨烯水溶液混合，加入还原剂，碱性环境中反应后浇注得到聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯复合材料；/n3)阻氧管材的制备：将步骤2)中的聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯聚合物与耐热聚乙烯、色母粒、抗氧剂、聚邻苯二甲酰胺混合后共挤出得到阻氧管材。/n

【技术特征摘要】
1.一种高稳定性阻氧管材的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)用浇注法制得聚乙烯醇/纳米纤维素复合材料；
2)聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯聚合物制备：取步骤1)复合材料溶液于氧化石墨烯水溶液混合，加入还原剂，碱性环境中反应后浇注得到聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯复合材料；
3)阻氧管材的制备：将步骤2)中的聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯聚合物与耐热聚乙烯、色母粒、抗氧剂、聚邻苯二甲酰胺混合后共挤出得到阻氧管材。


2.根据权利要求1中所述的一种高稳定性阻氧管材的制备方法，其特征在于：步骤1)所述浇注法为：取聚乙烯醇颗粒溶于蒸馏水，于80-100℃下搅拌，得到聚乙烯醇溶液，静置去泡，取聚乙烯醇水溶液浇注于玻璃基板，室温干燥后、研磨成粉；取纳米纤维素悬浮液与聚乙烯醇混合，搅拌，再超声处理，静置后，浇注于玻璃基板中，室温干燥后，研磨成粉得到聚乙烯醇/纳米纤维素复合材料。


3.根据权利要求1中所述的一种高稳定性阻氧管材的制备方法，其特征在于：步骤2)用1-5重量份的所述氧化石墨与5重量份的聚乙烯醇/纳米纤维素混合后溶解，并搅拌，加入绿色还原剂，并用氨水调节pH值为碱性；然后水浴中反应，再超声处理，得到聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯混合溶液；静置后浇注于玻璃基板，干燥后揭膜，粉碎成粉，得到聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯复合材料。


4.根据权利要求1中所述的一种高稳定性阻氧管材的制备方法，其特征在于步骤3)中所述抗氧剂为质量比为1：0.1的2、8-二叔丁基4-甲基苯酚和亚磷酸季戊四醇脂,所述聚乙烯醇/纳米纤维素/石墨烯聚合物与耐热聚乙烯、色母粒、抗氧剂、聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈厚忠，
申请(专利权)人：武汉金牛经济发展有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42