一种石墨烯增强的高韧性聚丙烯管材及其制备方法技术

本发明专利技术涉及聚丙烯领域，具体是一种石墨烯增强的高韧性聚丙烯管材及其制备方法，管材包括基材和自修复涂料涂覆在基材上形成的防护层；用含有大π键的1

【技术实现步骤摘要】
一种石墨烯增强的高韧性聚丙烯管材及其制备方法


[0001]本专利技术涉及聚丙烯领域，具体是一种石墨烯增强的高韧性聚丙烯管材及其制备方法。

技术介绍

[0002]现有市场中常用的聚丙烯管材为PPR管材，一般由无规共聚聚丙烯挤出成型，具有卫生、无毒、耐热、不结垢、质量轻，使用寿命长等特点，被广泛应用于建筑、农业、工业和水利工程等领域。
[0003]但现有的PPR管材存在高温时具有较大的热膨胀，低温如0℃以下易变脆，具有较差的缺口冲击强度与抗冲性能，这极大地限制了聚丙烯管材的应用范围。传统的增韧方法虽可提高PPR管材的韧性，但不能同时改善其低温脆性，且存在降低耐热性的问题。同时在长时间户外工作得环境下，聚丙烯管材需要具有较好的耐腐蚀性，从而提高其使用寿命，减低企业的维护成本。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种石墨烯增强的高韧性聚丙烯管材及其制备方法，以解决现有技术中的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种石墨烯增强的高韧性聚丙烯管材，包括基材和自修复涂料涂覆在基材上形成的防护层，基材为聚丙烯、双金属有机框架改性石墨烯、氨基化笼型倍半硅氧烷共挤而成；自修复涂料为聚氨酯弹性体、双金属有机框架改性石墨烯、多巴胺共混而成。
[0007]进一步的，以质量份数计，基材的原料组成为：聚丙烯70
‑
80份、双金属有机框架改性石墨烯1
‑
5份、氨基化笼型倍半硅氧烷0.1
‑/>1份。
[0008]进一步的，聚丙烯为无规共聚聚丙烯与羟基化聚丙烯以质量比9：1复配得到，羟基化聚丙烯的制备包括以下步骤：
[0009]将丙烯边抽真空边升温至120℃保持20
‑
30min，降至30℃，加入10
‑
十一烯
‑1‑
醇、2,6
‑
二叔丁基
‑4‑
甲基苯酚、甲基铝氧烷、甲苯混合，搅拌20
‑
30min，然后置于盐酸与乙醇混合溶液中终止反应，抽滤、置于甲苯溶液中加热纯化，干燥得到羟基化聚丙烯。
[0010]本专利技术中通过对石墨烯进行改性处理，提高石墨烯在聚丙烯中的分散均匀性，提高聚丙烯管材的均质性。
[0011]进一步的，双金属有机框架改性石墨烯的制备包括以下步骤：
[0012](1)将六水硝酸钴、六水氯化铁、N,N
‑
二甲基甲酰胺混合，加入对苯二甲酸，加入乙醇、去离子水、三乙胺，超声搅拌5
‑
6h，依次离心、沉淀、离心、洗涤，得到铁钴双金属有机框架；
[0013](2)将石墨烯片、吡啶混合，超声分散5
‑
10min，加入1
‑
芘丁酸，超声振荡8
‑
10h，离心、清洗、干燥，得到改性石墨烯片；
[0014](3)将三羟甲基氨基甲烷盐酸盐、去离子水混合，将pH调为8.3
‑
8.7加入改性石墨烯片，超声处理10
‑
20min，加入铁钴双金属有机框架，超声处理40
‑
60min，得到有机框架改性石墨烯。
[0015]进一步的，双金属有机框架与改性石墨烯片的质量比为1：3。
[0016]石墨烯具有反应惰性，为了实现石墨烯与聚丙烯复合材料的高性能化，满足石墨烯在聚丙烯基体中均匀分散，使石墨烯与聚丙烯基体形成良好界面，本专利技术中先用含有大π键的1
‑
芘丁酸对石墨烯进行表面修饰改性，使其表面具有含氧官能团，得到改性石墨烯，然后接枝铁钴双金属有机骨架，从而得到双金属有机框架改性石墨烯；
[0017]在石墨烯表面引入1
‑
芘丁酸，在阻燃作用上，具有比表面积大、结构可控、金属活性位点开放、易化学修饰的铁钴双金属有机骨架的多孔结构，有利于热量的吸收交换；在管材遭遇明火时，1
‑
芘丁酸会协效铁钴双金属有机骨架形成致密炭层，起到阻隔氧气、热量传递的作用，进而延缓材料的燃烧，提高管材的阻燃性。
[0018]进一步的，双金属有机框架改性石墨烯与基材的质量比为2
‑
3.5％。
[0019]随着双金属有机框架改性石墨烯的含量的增加，管材的抗冲击强度先增加后降低，当双金属有机框架改性石墨烯的含量高于3.5％，管材的抗冲击强度会逐渐降低，双金属有机框架改性石墨烯中含有的铁钴双金属有机框架是以对苯二甲酸作为有机配体，其上的羧酸基团能与羟基化聚丙烯的羟基、氨基化笼型倍半硅氧烷中的氨基反应，受到外力冲击时，外应力可以通过该配体分散传递到其他分子链上，因此少量的双金属有机框架改性石墨烯能起到了补强的作用，使得抗冲击强度升高，但是当双金属有机框架改性石墨烯的添加量达到一定程度时，异相成核作用明显加剧，会出现团聚现象，从而使得管材内部产生缺陷，导致抗冲击强度降低。
[0020]进一步的，氨基化笼型倍半硅氧烷的制备包括以下步骤：
[0021]将去离子水、丙醇、乙腈、四乙基氢氧化铵混合，加入γ
‑
氨基丙基三乙氧基硅烷，超声搅拌5
‑
10min，升温至50
‑
60℃保温20
‑
22h，冷却，置于冷却至0℃的四氢呋喃至沉淀，过滤，反复沉淀3
‑
5次后，干燥，得到氨基化笼型倍半硅氧烷。
[0022]本专利技术在基材中掺入氨基化笼型倍半硅氧烷，由于其特殊的结构、良好的化学稳定性和优异的绝缘性，从而进一步增强基材的抗腐蚀效果，且氨基化笼型倍半硅氧烷的氨基和双金属有机框架改性石墨烯上的羧基之间的会发生酰胺反应，从而提高管材基材的均质性。且氨基化笼型倍半硅氧烷的加入有效提高基材的阻燃性及耐热稳定性。
[0023]进一步的，一种石墨烯增强的高韧性聚丙烯管材的制备方法，包括以下步骤：
[0024]S1：将聚丙烯、双金属有机框架改性石墨烯、氨基化笼型倍半硅氧烷经双螺杆挤出机共混挤出，冷却、切割，得到基材；
[0025]S2：制备自修复涂料；
[0026]S3：将自修复涂料涂覆在基材上，固化，得到一种石墨烯增强的高韧性聚丙烯管材。
[0027]进一步的，自修复涂料的制备包括以下步骤：
[0028]1)在氮气环境下，将聚四氢呋喃升温至115
‑
120℃保温1
‑
2h，降温至40
‑
55℃，加入六亚甲基二异氰酸酯、二月桂酸二丁基锡，升温至80
‑
85℃保温1
‑
2h，降温至70℃加入N，N
‑
二甲基甲酰胺与2,6
‑
二氨基吡啶的混合液，反应2
‑
5min，得到聚氨酯弹性体，加入氯仿，加
入双金属有机框架改性石墨烯，超声搅拌10
‑
20min，得到浊液A；
[0029]2)在85本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种石墨烯增强的高韧性聚丙烯管材，其特征在于，包括基材和自修复涂料涂覆在基材上形成的防护层，所述基材为聚丙烯、双金属有机框架改性石墨烯、氨基化笼型倍半硅氧烷共挤而成；所述自修复涂料为聚氨酯弹性体、双金属有机框架改性石墨烯、多巴胺共混而成。2.根据权利要求1所述的一种石墨烯增强的高韧性聚丙烯管材，其特征在于，以质量份数计，所述基材的原料组成为：聚丙烯70
‑
80份、双金属有机框架改性石墨烯1.4
‑
2.9份、氨基化笼型倍半硅氧烷0.1
‑
1份；双金属有机框架改性石墨烯与基材的质量比为2
‑
3.5％。3.根据权利要求1所述的一种石墨烯增强的高韧性聚丙烯管材，其特征在于，所述聚丙烯为无规共聚聚丙烯与羟基化聚丙烯以质量比9：1复配得到，羟基化聚丙烯的制备包括以下步骤：将丙烯边抽真空边升温至120℃保持20
‑
30min，降至30℃，加入10
‑
十一烯
‑1‑
醇、2,6
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二叔丁基
‑4‑
甲基苯酚、甲基铝氧烷、甲苯混合，搅拌20
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30min，然后置于盐酸与乙醇混合溶液中终止反应，抽滤、置于甲苯溶液中加热纯化，干燥得到羟基化聚丙烯。4.根据权利要求1所述的一种石墨烯增强的高韧性聚丙烯管材，其特征在于，双金属有机框架改性石墨烯的制备包括以下步骤：(1)将六水硝酸钴、六水氯化铁、N,N
‑
二甲基甲酰胺混合，加入对苯二甲酸，加入乙醇、去离子水、三乙胺，超声搅拌5
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6h，依次离心、沉淀、离心、洗涤，得到铁钴双金属有机框架；(2)将石墨烯片、吡啶混合，超声分散5
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10min，加入1
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芘丁酸，超声振荡8
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10h，离心、清洗、干燥，得到改性石墨烯片；(3)将三羟甲基氨基甲烷盐酸盐、去离子水混合，将pH调为8.3
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8.7加入改性石墨烯片，超声处理10
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20min，加入铁钴双金属有机框架，超声处理40
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60min，得到双金属有机框架改性石墨烯。5.根据权利要求4所述的一种石墨烯增强的高韧性聚丙烯管材，其特征在于，双金属有机框架与改...

【专利技术属性】
技术研发人员：李耀忠，
申请(专利权)人：上海新世丰新型建材有限公司，
类型：发明
国别省市：