一种石墨烯环氧树脂高分子材料及其制备方法和应用技术

本申请涉及塑料玩具加工技术领域，具体公开了一种石墨烯环氧树脂高分子材料及其制备方法和应用。石墨烯环氧树脂高分子材料主要由以下重量份的原料制成：环氧树脂60

A graphene epoxy polymer material and its preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯环氧树脂高分子材料及其制备方法和应用


[0001]本申请涉及塑料玩具加工
，更具体地说，它涉及一种石墨烯环氧树脂高分子材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，玩具已经进入千家万户。玩具可以陪伴儿童成长，也可以娱乐消费、减轻压力。玩具根据材质可以分为金属玩具、塑料玩具、木质玩具、布绒玩具等。其中，塑料玩具一般采用高分子材料加工而成，环氧树脂由于其粘接性好、收缩率低、易加工成型的优点，被广泛应用于塑料玩具的加工。现有环氧树脂高分子材料的原料一般为环氧树脂、活性稀释剂、固化剂、促进剂。专利技术人在实际加工中发现，采用上述高分子材料加工成塑料玩具后，其耐磨性不够，影响塑料玩具的使用寿命，而且其拉伸强度也有待进一步提升。

技术实现思路

[0003]为了增加高分子材料的耐磨性以及拉伸强度，本申请提供一种石墨烯环氧树脂高分子材料及其制备方法和应用。
[0004]第一方面，本申请提供一种石墨烯环氧树脂高分子材料，采用如下的技术方案：一种石墨烯环氧树脂高分子材料，其主要由以下重量份的原料制成：环氧树脂60
‑
80份、丁基缩水甘油醚15
‑
20份、酸酐固化剂80
‑
90份、促进剂3
‑
8份、有机硅消泡剂1
‑
5份、增韧剂6
‑
10份、硅烷偶联剂2
‑
4份、分散剂2
‑
4份、功能化石墨烯10
‑
20份、硅烷偶联剂改性球形硅微粉30
‑
40份；所述功能化石墨烯依次采用二氧化硅、聚醚胺、水合肼对氧化石墨烯处理得到。
[0005]本申请的石墨烯环氧树脂高分子材料，通过原料之间的协同作用，具有较高的拉伸强度、断裂韧性，拉伸强度＞130MPa、断裂韧性＞2.1MPa.m
1/2
。而且还具有较高的耐磨性，磨损率＜1.3％。高分子材料表现出良好的综合性能，满足市场需求。
[0006]在原料中加入功能化石墨烯、硅烷偶联剂改性球形硅微粉，可以增加高分子材料的拉伸强度、断裂韧性、耐磨性。进一步的加入硅烷偶联剂，改善功能化石墨烯、硅烷偶联剂改性球形硅微粉的润湿性。加入分散剂，可以降低功能化石墨烯、硅烷偶联剂改性球形硅微粉表面能，增强分散的作用，而且还能够起到优良的润湿、控絮凝效果。结合硅烷偶联剂、分散剂之间的协同增效，加强原料的流动性以及界面结合强度，提高高分子材料的力学性能。
[0007]本申请的功能化石墨烯，先将氧化石墨烯接枝到二氧化硅上，之后利用聚醚胺，将聚醚胺接枝到氧化石墨烯、二氧化硅上，然后利用水合肼对氧化石墨烯进行还原形成石墨烯，不仅增加石墨烯、二氧化硅的结合强度，而且增加功能化石墨烯和原料的相容性，提高功能化石墨烯的使用效果，进一步增强高分子材料的拉伸强度、断裂韧性以及耐磨性，扩大应用范围。
[0008]可选的，所述功能化石墨烯采用以下方法制备：S1、在水中加入二氧化硅，超声处理30
‑
60min，得到二氧化硅分散液；S2、在水中加入1
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺、N
‑
羟基琥珀酰亚胺，搅
拌且混合均匀，然后加入氧化石墨烯，超声处理30
‑
60min，得到氧化石墨烯分散液；S3、在二氧化硅分散液中加入氧化石墨烯分散液，搅拌处理20
‑
25h，然后加入聚醚胺，搅拌处理30
‑
60min，升温至50
‑
70℃，搅拌处理10
‑
15h，之后浓缩至原体积的0.1
‑
0.3倍，得到混合物；S4、在水中加入水合肼溶液，搅拌且混合均匀，然后加入混合物，超声处理30
‑
60min，升温至90
‑
100℃，搅拌处理10
‑
15h，过滤，烘干，得到功能化石墨烯。
[0009]可选的，所述二氧化硅、氧化石墨烯、聚醚胺、水合肼溶液的重量配比为4:(0.3
‑
0.8):(8
‑
13):(4
‑
6)，水合肼溶液中肼的质量分数为60
‑
80％。
[0010]通过采用上述技术方案，便于功能化石墨烯的制备和控制。同时，预先对二氧化硅、氧化石墨烯进行分散，有助于二氧化硅、氧化石墨烯分散的均匀性。将二氧化硅分散液、氧化石墨烯分散液进行混合，有助于二氧化硅、氧化石墨烯混料的均匀性。待分散氧化石墨烯时，加入1
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺、N
‑
羟基琥珀酰亚胺，其可以对氧化石墨烯表面的基团进行活化，增加氧化石墨烯、二氧化硅之间的相互作用，也增强氧化石墨烯、聚醚胺之间的相互作用，提高功能化石墨烯的性能以及使用效果。
[0011]进一步的，氧化石墨烯、二氧化硅、聚醚胺、水合肼溶液的重量配比为4:0.5:10:5，水合肼溶液中肼的质量分数为80％。
[0012]步骤S1中，二氧化硅、水的重量配比为4:(150
‑
250)。
[0013]步骤S2中，氧化石墨烯、水、1
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺、N
‑
羟基琥珀酰亚胺的重量配比为(0.3
‑
0.8):(150
‑
250):(0.1
‑
0.5):(0.1
‑
0.5)。
[0014]步骤S4中，水合肼溶液、水的重量配比为(4
‑
6):(150
‑
250)。
[0015]可选的，所述硅烷偶联剂改性球形硅微粉采用以下方法制备：在水中加入硅烷偶联剂，搅拌且混合均匀，然后加入球形硅微粉，超声处理30
‑
60min，升温至50
‑
70℃，搅拌处理5
‑
10h，过滤，烘干，得到硅烷偶联剂改性球形硅微粉。
[0016]可选的，所述球形硅微粉、硅烷偶联剂的重量配比为4:(0.5
‑
1)。
[0017]通过采用上述技术方案，便于硅烷偶联剂改性球形硅微粉的制备和控制。
[0018]进一步的，球形硅微粉、硅烷偶联剂的重量配比为4:0.8。
[0019]球形硅微粉、水的重量配比为4:(150
‑
250)。
[0020]可选的，所述硅烷偶联剂为γ
‑
(2,3
‑
环氧丙氧基)丙基三甲氧基硅烷；分散剂为毕克BYK
‑
181。
[0021]通过采用上述技术方案，不仅便于硅烷偶联剂、分散剂的选择，而且提高γ
‑
(2,3...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯环氧树脂高分子材料，其特征在于：其主要由以下重量份的原料制成：环氧树脂60
‑
80份、丁基缩水甘油醚15
‑
20份、酸酐固化剂80
‑
90份、促进剂3
‑
8份、有机硅消泡剂1
‑
5份、增韧剂6
‑
10份、硅烷偶联剂2
‑
4份、分散剂2
‑
4份、功能化石墨烯10
‑
20份、硅烷偶联剂改性球形硅微粉30
‑
40份；所述功能化石墨烯依次采用二氧化硅、聚醚胺、水合肼对氧化石墨烯处理得到。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯环氧树脂高分子材料，其特征在于：所述功能化石墨烯采用以下方法制备：S1、在水中加入二氧化硅，超声处理30
‑
60min，得到二氧化硅分散液；S2、在水中加入1
‑
(3
‑
二甲基氨基丙基)
‑3‑
乙基碳二亚胺、N
‑
羟基琥珀酰亚胺，搅拌且混合均匀，然后加入氧化石墨烯，超声处理30
‑
60min，得到氧化石墨烯分散液；S3、在二氧化硅分散液中加入氧化石墨烯分散液，搅拌处理20
‑
25h，然后加入聚醚胺，搅拌处理30
‑
60min，升温至50
‑
70℃，搅拌处理10
‑
15h，之后浓缩至原体积的0.1
‑
0.3倍，得到混合物；S4、在水中加入水合肼溶液，搅拌且混合均匀，然后加入混合物，超声处理30
‑
60min，升温至90
‑
100℃，搅拌处理10
‑
15h，过滤，烘干，得到功能化石墨烯。3.根据权利要求2所述的一种石墨烯环氧树脂高分子材料，其特征在于：所述二氧化硅、氧化石墨烯、聚醚胺、水合肼溶液的重量配比为4:(0.3
‑
0.8):(8
‑
13):(4
‑
6)，...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宇，
申请(专利权)人：深圳市酷彼伴玩具有限公司，
类型：发明
国别省市：