一种具有高分散性的石墨烯/炭黑热塑性树脂母料及其制备方法，该母料中石墨烯/炭黑复合物采用静电自组装形成，按照重量百分比包括：10-50%石墨烯，5-20%炭黑，0.5-10%表面活性剂，10-65%载体树脂，2-10%助剂。其制备方法：（1）采用表面活性剂复配分散石墨烯，以调控石墨烯表面的正电性；（2）将改性后带正电性的石墨烯与炭黑通过静电吸附作用自组装形成稳定的石墨烯/炭黑复合物；（3）配合使用溶液共混法、熔融共混法、原位聚合法制备出高分散性的石墨烯/炭黑热塑性树脂母料；（4）对母料进行处理后并加入助剂挤出造粒制得石墨烯/炭黑/热塑性树脂母料颗粒。所得母料解决了石墨烯粉体加料难、分散不均、粉尘污染、制品性能不稳定等诸多问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种应用于热塑性材料加工中的石墨烯母料及其制备技术，具体为一种高分散性的石墨烯/炭黑热塑性树脂母料及其制备方法 。
技术介绍
自从2004年，英国曼切斯特大学的安德烈.海姆和康斯坦丁.诺沃肖洛夫在试验中首次通过微机械剥离的方法成功得到了石墨烯后，石墨烯便成为了材料科学，信息科学，新能源，化学等学科交叉领域的研究热点之一。石墨烯强度是已测试材料中最高的，达 130Gpa,是钢的 100 多倍(Measurement of the Elastic Properties and IntrinsicStrength of Monolayer Graphene, Science, 2008, 321:385-388),且有非常高的电导率和热导率，分别达 6000S/cm(Approaching ballistic transport in suspendedgraphene, Nature Nanotechnology, 2008，3:491-495)和 Superior thermalconductivity of single-layer grapheme, Nano Letters, 2008;8:902 - 7)，因此在作为聚合物基体的增强、导电和导热填料方面被认为具有广泛的工业应用前景。在石墨烯/聚合物复合材料的制备过程中，石墨烯在聚合物基体中的分散是一个很关键的问题。这是因为石墨烯具有非常大的比表面积，活性高容易团聚，导致原有的优异性能丧失。为了解决这个问题，目前较多研究者采用表面含有大量的官能团的氧化石墨烯作为填料，从而利于对石墨烯进行改性而达到分散于树脂中的目的。夏和生等把氧化石墨烯分散在聚合物胶乳中，并在胶乳中引入还原剂进行原位还原氧化石墨烯，再经破乳、凝聚、干燥，得到石墨烯/聚合物纳米复合材料(见公告为CN 101864098的中国专利技术专利)。郑伟涛等将氧化石墨烯置于溶剂中超声分散，加入聚乙烯粉末机械搅拌，干燥后将复合粒子加入水合肼中加热还原成石墨烯复合粒子(见公告为CN 102585335的中国专利技术专利)。但是由于氧化石墨烯在氧化过程中已经被所使用的氧化剂严重破坏了石墨烯片的原始晶体结构而严重降低了其导电、导热等性能。目前，为了提高生产效率，多数聚合物基复合材料的生产都采用母料填充法。热塑性树脂材料作为母料载体具有易加工性，抑制填料氧化和团聚，且在保持无机填料功能性的基础上又可使体系具有较高的长效稳定性，因此受到了重视和广泛的应用。综上，本专利技术中，在石墨烯里通过静电自组装方式加入的炭黑不仅通过协同作用能够提高复合材料的性能，而且加入的炭黑颗粒均匀地分散在石墨烯表面，有效降低了石墨烯的团聚程度。将得到的复合粉体再与树脂结合制备成母料，又可以解决石墨烯粉体在改性塑胶的实际应用中带来诸多问题:石墨烯粉体蓬松，直接挤出加工起来困难，耗能大；粉体加料困难、粉体在塑胶中分散不均、制品性能不稳定、粉尘污染。因此，制备石墨烯母料极具工业应用意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，该方法具有工艺流程简单，生产成本低、母料中石墨烯分散均匀的优点。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案: 一种具有高分散性的石墨烯/炭黑热塑性树脂母料，其特征在于:所述的母料中石墨烯/炭黑复合物采用静电自组装形成，按照重量百分比包括:10-50%石墨烯，5-20%炭黑，0.5-10%表面活性剂，10-65%载体树脂，2-10%助剂。一种具有高分散性的石墨烯/炭黑热塑性树脂母料的制备方法，具体步骤包括: 步骤1、石墨烯/炭黑复合物的制备:以表面活性剂对石墨烯进行表面改性处理，调节石墨烯表面的带电性，获得表面带正电性的石墨烯进行分散，分散时间为0.5-20小时；添加表面包覆活性剂的石墨烯到炭黑溶液中，分散均匀后，压滤与烘干得石墨烯/炭黑静电自组装复合物，分散时间为0.5-20小时； 步骤2、石墨烯/炭黑/热塑性树脂的制备: 采用溶液共混法 ①配置高分子混合溶液:控制溶剂的比例，将母料载体溶解于溶剂中，配成混合溶液，所述溶剂用量为20-100ml/g ； ②制备石墨稀/炭黑/闻分子混合溶液:将石墨稀/炭黑复合物加入到上述混合液中，利用分散设备，制备高均匀分散度的石墨烯/炭黑/高分子溶液； D沉淀出石墨烯/炭黑/高分子母料:加入一定量沉淀剂，将固体混合物从溶剂中分离出来； 3)母料后处理:对分离出的固体混合物进行压滤与烘干处理得干态母料，加入助剂并采用热塑性材料常用加工设备进行挤出造粒，得可稀释应用的母料颗粒。所述步骤2中溶液共混法中母料载体是热塑性高分子；所述热塑性高分子为聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、热塑性聚氨酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰胺、丙烯酸类塑料或其他聚烯烃及其共聚物。所述步骤2中溶液共混法中溶剂为水、乙醇、丙酮、苯、二甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或二氯甲烷可溶解相应热塑性高分子溶剂中的一种或多种的混合物。所述步骤2中沉淀剂为水、乙醇、丙醇、苯、二甲苯、N, N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或二氯甲烷与高分子溶剂互溶却不溶高分子的溶剂中一种或多种。一种具有高分散性的石墨烯/炭黑热塑性树脂母料的制备方法，具体步骤包括: 步骤1、石墨烯/炭黑复合物的制备:以表面活性剂对石墨烯进行表面改性处理，调节石墨烯表面的带电性，获得表面带正电性的石墨烯进行分散，分散时间为0.5-20小时；添加表面包覆活性剂的石墨烯到炭黑溶液中，分散均匀后，压滤与烘干得石墨烯/炭黑静电自组装复合物，分散时间为0.5-20小时； 步骤2、石墨烯/炭黑/热塑性树脂的制备: 熔融共混法 ①制备石墨烯/炭黑/高分子混合物:将热塑性母料载体与步骤I中的石墨烯/炭黑静电自组装复合物一起加入高速混合机，在转速500-2500r/min的条件下混合3_15分钟； ②母料后处理:将上述获得的混合均匀的物料，加入助剂并采用热塑性材料常用加工设备进行挤出造粒，得可稀释应用的母料颗粒。所述步骤2中熔融共混法中母料载体是热塑性高分子；所述热塑性高分子为聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、热塑性聚氨酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰胺、丙烯酸类塑料或其他聚烯烃及其共聚物。一种具有高分散性的石墨烯/炭黑热塑性树脂母料的制备方法，具体步骤包括: 步骤1、石墨烯/炭黑复合物的制备:以表面活性剂对石墨烯进行表面改性处理，调节石墨烯表面的带电性，获得表面带正电性的石墨烯进行分散，分散时间为0.5-20小时；添加表面包覆活性剂的石墨烯到炭黑溶液中，分散均匀后，压滤与烘干得石墨烯/炭黑静电自组装复合物，分散时间为0.5-20小时； 步骤2、石墨烯/炭黑/热塑性树脂的制备: 原位聚合法 ①制备石墨烯/炭黑/高分子混合物:将单体、石墨烯/炭黑静电自组装复合物、溶剂、引发剂混合后搅拌，使石墨烯/炭黑静电自组装复合物均匀地分散在反应体系中，升温进行聚合反应，反应完毕后根据不同反应进行处理得到母料。②母料后处理:对母料进行压滤与烘干处理得干态母料，加入助剂并采用热塑性材料常用加工设备进行挤出造粒，得可稀释应用的母料颗粒。所述步骤2中原位聚合法中所用的单体为丙烯酸类、烯类、马来酸酐；所述的引发剂为偶氮类引发剂、过氧化物类引发剂、金属类引发剂、甲基铝氧烷。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有高分散性的石墨烯/炭黑热塑性树脂母料，其特征在于：所述的母料中石墨烯/炭黑复合物采用静电自组装形成，按照重量百分比包括：10?50%石墨烯，5?20%炭黑，0.5?10%表面活性剂，10?65%载体树脂，2?10%助剂。
【技术特征摘要】
1.一种具有高分散性的石墨烯/炭黑热塑性树脂母料，其特征在于:所述的母料中石墨烯/炭黑复合物采用静电自组装形成，按照重量百分比包括:10-50%石墨烯，5-20%炭黑，0.5-10%表面活性剂，10-65%载体树脂，2-10%助剂。2.一种具有高分散性的石墨烯/炭黑热塑性树脂母料的制备方法，具体步骤包括: 步骤1、石墨烯/炭黑复合物的制备:以表面活性剂对石墨烯进行表面改性处理，调节 石墨烯表面的带电性，获得表面带正电性的石墨烯进行分散，分散时间为0.5-20小时；添加表面包覆活性剂的石墨烯到炭黑溶液中，分散均匀后，压滤与烘干得石墨烯/炭黑静电自组装复合物，分散时间为0.5-20小时； 步骤2、石墨烯/炭黑/热塑性树脂的制备: 采用溶液共混法 ①配置高分子混合溶液:控制溶剂的比例，将母料载体溶解于溶剂中，配成混合溶液，所述溶剂用量为20-100ml/g ； ②制备石墨烯/炭黑/高分子混合溶液:将石墨烯/炭黑复合物加入到混合液中，利用分散设备，制备高均匀分散度的石墨烯/炭黑/高分子溶液； ③沉淀出石墨烯/炭黑/高分子母料:加入一定量沉淀剂，将固体混合物从溶剂中分离出来； ④母料后处理:对分离出的固体混合物进行压滤与烘干处理得干态母料，加入助剂并采用热塑性材料常用加工设备进行挤出造粒，得可稀释应用的母料颗粒。3.如权利要求2所述的具有高分散性的石墨烯/炭黑热塑性树脂母料的制备方法，其特征在于:所述步骤2中溶液共混法中母料载体是热塑性高分子；所述热塑性高分子为聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、热塑性聚氨酯、聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚酰胺、丙烯酸类塑料或其他聚烯烃及其共聚物。4.如权利要求2所述的具有高分散性的石墨烯/炭黑热塑性树脂母料的制备方法，其特征在于:所述步骤2中溶液共混法中溶剂为水、乙醇、丙酮、苯、二甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或二氯甲烷可溶解相应热塑性高分子溶剂中的一种或多种的混合物。5.如权利要求2所述的具有高分散性的石墨烯/炭黑热塑性树脂母料的制备方法，其特征在于:所述步骤2中沉淀剂为水、乙醇、丙醇、苯、二甲苯、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或二氯甲烷与高分子溶剂互溶却不溶高分子的溶剂中一种或多种。6.一种具有高分散性的石墨烯/炭黑热塑性树脂母料的制备方法，具体步骤包括: 步骤1、石墨烯/炭黑复合物的制备:以表面活性剂对石墨烯进行表面改性处理，调节石墨烯表面的带电性，获得表面带正电性的石墨烯进行分散，分散时间为0.5-20小时；添加表面包覆活性剂...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵立平，洪江彬，江龙迎，方崇卿，邱淑璇，
申请(专利权)人：厦门凯纳石墨烯技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。