CN106009307A - 一种新型石墨烯阻燃pp及其制备方法 - Google Patents

一种新型石墨烯阻燃pp及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型石墨烯阻燃PP及其制备方法，原料为石墨烯、PP、醋酸乙烯酯蜡、硅烷偶联剂、PEA、三氧化二锑、八溴醚、滑石粉、十溴二苯醚和POE；阻燃性能良好，弯曲强度33‑37MPa，维卡软化点130‑140℃；原料价格低廉，操作简单易行，缺口冲击强度不断；断裂伸长率660‑700％，拉伸强度28‑30MPa，缺口冲击强度16‑20kJ/m2；氧指数28‑30％，无滴落，力学性能好。

Description

一种新型石墨烯阻燃PP及其制备方法
技术领域
本发明属于石墨烯材料的制备领域，尤其涉及一种新型石墨烯阻燃PP及其制备方法。
背景技术
石墨烯(Graphene)是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。2004年，英国曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，成功从滑石粉中分离出石墨烯，证实它可以单独存在，两人也因此共同获得2010年诺贝尔物理学奖。
中国在石墨烯研究上也具有独特的优势，从生产角度看，作为石墨烯生产原料的滑石粉，在我国储能丰富，价格低廉。另外，批量化生产和大尺寸生产是阻碍石墨烯大规模商用的最主要因素。而我国最新的研究成果已成功突破这两大难题，制造成本已从5000元/克降至3元/克，解决了这种材料的量产难题。利用化学气相沉积法成功制造出了国内首片15英寸的单层石墨烯，并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上，制备出了7英寸石墨烯触摸屏。
作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯被称为“黑金”，是“新材料之王”，科学家甚至预言石墨烯将“彻底改变21世纪”。极有可能掀起一场席卷全球的颠覆性新技术新产业革命。
石墨烯在实验室中是在2004年，当时，英国曼彻斯特大学的两位科学家安德烈·杰姆和克斯特亚·诺沃消洛夫发现他们能用一种非常简单的方法得到越来越薄的滑石粉薄片。他们从高定向热解滑石粉中剥离出滑石粉片，然后将薄片的两面粘在一种特殊的胶带上，撕开胶带，就能把滑石粉片一分为二。不断地这样操作，于是薄片越来越薄，最后，他们得到了仅由一层碳原子构成的薄片，这就是石墨烯。这以后，制备石墨烯的新方法层出不穷，经过5年的发展，人们发现，将石墨烯带入工业化生产的领域已为时不远了。因此，在随后三年内,安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应，他们也因此获得2010年度诺贝尔物理学奖。
石墨烯具有完美的二维晶体结构，它的晶格是由六个碳原子围成的六边形，厚度为一个原子层。碳原子之间由σ键连接，结合方式为sp2杂化，这些σ键赋予了石墨烯极其优异的力学性质和结构刚性。石墨烯的硬度比最好的钢铁强100倍，甚至还要超过钻石。在石墨烯中，每个碳原子都有一个未成键的p电子，这些p电子可以在晶体中自由移动，且运动速度高达光速的1/300，赋予了石墨烯良好的导电性。石墨烯是新一代的透明导电材料，在可见光区，四层石墨烯的透过率与传统的ITO薄膜相当，在其它波段，四层石墨烯的透过率远远高于ITO薄膜。
石墨烯的出现在科学界激起了巨大的波澜。人们发现，石墨烯具有非同寻常的导电性能，超出钢铁数十倍的强度和极好的透光性，它的出现有望在现代电子科技领域引发一轮革命。在石墨烯中，电子能够极为高效地迁移，而传统的半导体和导体，例如硅和铜远没有石墨烯表现得好。由于电子和原子的碰撞，传统的半导体和导体用热的形式释放了一些能量，2013年一般的电脑芯片以这种方式浪费了72％-81％的电能，石墨烯则不同，它的电子能量不会被损耗，这使它具有了非比寻常的优良特性。
中国在石墨烯研究上也具有独特的优势，从生产角度看，作为石墨烯生产原料的滑石粉，在我国储能丰富，价格低廉。另外，批量化生产和大尺寸生产是阻碍石墨烯大规模商用的最主要因素。而我国最新的研究成果已成功突破这两大难题，制造成本已从5000元/克降至3元/克，解决了这种材料的量产难题。利用化学气相沉积法成功制造出了国内首片15英寸的单层石墨烯，并成功地将石墨烯透明电极应用于电阻触摸屏上，制备出了7英寸石墨烯触摸屏。
2015年9月2日，据日本的科学技术振兴机构(JST)与日本东北大学的原子分子材料科学高等研究机构(AIMR)发表，在作为下一代蓄电池而被热切期待的锂空气电池中，通过使用具备三维构造的多孔材质石墨烯作为阳极材料，获得了较高的能量利用效率和100次以上的充放电性能。如果电动车使用这种新型电池，则巡航里程将从目前的200公里左右增加到500-600公里左右。
由于高导电性、高强度、超轻薄等特性，石墨烯在航天军工领域的应用优势也是极为突出的。前不久美国NASA开发出应用于航天领域的石墨烯传感器，就能很好的对地球高空大气层的微量元素、航天器上的结构性缺陷等进行检测。而石墨烯在超轻型飞机材料等潜在应用上也将发挥更重要的作用，随着社会城市化、科技化、人性化的发展，设计一种阻燃效果好、伸长率高、氧指数高且强度高的石墨烯阻燃PP及其制备方法，以满足市场需求，是非常必要的。
发明内容
解决的技术问题：
本发明针对现有石墨烯阻燃PP强度低、伸长率低和阻燃效果差等技术问题，提供一种石墨烯阻燃PP及其制备方法。
技术方案：
一种石墨烯阻燃PP，所述石墨烯阻燃PP的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PP80-100份，醋酸乙烯酯蜡10-30份，硅烷偶联剂0.5-2.5份，PEA10-30份，三氧化二锑5-10份，八溴醚15-25份，滑石粉14-18份，十溴二苯醚15-35份，POE10-20份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述石墨烯阻燃PP的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PP80份，醋酸乙烯酯蜡10份，硅烷偶联剂0.5份，PEA10份，三氧化二锑5份，八溴醚15份，滑石粉14份，十溴二苯醚15份，POE10份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述石墨烯阻燃PP的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PP100份，醋酸乙烯酯蜡30份，硅烷偶联剂2.5份，PEA30份，三氧化二锑10份，八溴醚25份，滑石粉18份，十溴二苯醚35份，POE20份。
作为本发明的一种优选技术方案：所述石墨烯阻燃PP的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PP90份，醋酸乙烯酯蜡20份，硅烷偶联剂1.5份，PEA20份，三氧化二锑8份，八溴醚20份，滑石粉16份，十溴二苯醚25份，POE15份。
一种所述石墨烯阻燃PP的制备方法，包括如下步骤：
第一步：按重量份数配比称取石墨烯、PP、醋酸乙烯酯蜡、硅烷偶联剂、PEA、三氧化二锑、八溴醚、滑石粉、十溴二苯醚和POE；
第二步：将原料在85℃下搅拌35分钟，搅拌速度为950r/min，使其混合均匀；
第三步：在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，挤出温度205℃、210℃、220℃、225℃、220℃、210℃下，螺杆转速90r/min，制得石墨烯阻燃PP。
有益效果：
本发明所述一种石墨烯阻燃PP及其制备方法采用以上技术方案和现有技术相比，具有以下技术效果：1、阻燃性能良好，弯曲强度33-37MPa，维卡软化点130-140℃；2、原料价格低廉，操作简单易行，缺口冲击强度不断；3、断裂伸长率660-700％，拉伸强度28-30MPa，缺口冲击强度16-20kJ/m2；4、氧指数28-30％，无滴落，力学性能好，可以广泛生产并不断代替现有材料。
具体实施方式
实施例1:
按重量份数配比称取石墨烯100份，PP80份，醋酸乙烯酯蜡10份，硅烷偶联剂0.5份，PEA10份，三氧化二锑5份，八溴醚15份，滑石粉14份，十溴二苯醚15份，POE10份。
将原料在85℃下搅拌35分钟，搅拌速度为950r/min，使其混合均匀。
在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，挤出温度205℃、210℃、220℃、225℃、220℃、210℃下，螺杆转速90r/min，制得石墨烯阻燃PP。
实施例2：
按重量份数配比称取石墨烯100份，PP100份，醋酸乙烯酯蜡30份，硅烷偶联剂2.5份，PEA30份，三氧化二锑10份，八溴醚25份，滑石粉18份，十溴二苯醚35份，POE20份。
将原料在85℃下搅拌35分钟，搅拌速度为950r/min，使其混合均匀。
在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，挤出温度205℃、210℃、220℃、225℃、220℃、210℃下，螺杆转速90r/min，制得石墨烯阻燃PP。
实施例3：
按重量份数配比称取石墨烯100份，PP90份，醋酸乙烯酯蜡20份，硅烷偶联剂1.5份，PEA20份，三氧化二锑8份，八溴醚20份，滑石粉16份，十溴二苯醚25份，POE15份。
将原料在85℃下搅拌35分钟，搅拌速度为950r/min，使其混合均匀。
在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，挤出温度205℃、210℃、220℃、225℃、220℃、210℃下，螺杆转速90r/min，制得石墨烯阻燃PP。
阻燃性能良好，弯曲强度37MPa，维卡软化点140℃；原料价格低廉，操作简单易行，缺口冲击强度不断；断裂伸长率700％，拉伸强度30MPa，缺口冲击强度20kJ/m2；氧指数30％，无滴落，力学性能好。
以上实施例中的所有组分均可以商业购买。
上述实施例只是用于对本发明的内容进行阐述，而不是限制，因此在和本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应该认为是包括在权利要求书的范围内。

Claims (5)

1.一种新型石墨烯阻燃PP，其特征在于，所述石墨烯阻燃PP的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PP80-100份，醋酸乙烯酯蜡10-30份，硅烷偶联剂0.5-2.5份，PEA10-30份，三氧化二锑5-10份，八溴醚15-25份，滑石粉14-18份，十溴二苯醚15-35份，POE10-20份。
2.根据权利要求1所述的一种新型石墨烯阻燃PP，其特征在于：所述石墨烯阻燃PP的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PP80份，醋酸乙烯酯蜡10份，硅烷偶联剂0.5份，PEA10份，三氧化二锑5份，八溴醚15份，滑石粉14份，十溴二苯醚15份，POE10份。
3.根据权利要求1所述的一种新型石墨烯阻燃PP，其特征在于：所述石墨烯阻燃PP的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PP100份，醋酸乙烯酯蜡30份，硅烷偶联剂2.5份，PEA30份，三氧化二锑10份，八溴醚25份，滑石粉18份，十溴二苯醚35份，POE20份。
4.根据权利要求1所述的一种新型石墨烯阻燃PP，其特征在于：所述石墨烯阻燃PP的原料按重量份数配比如下：石墨烯100份，PP90份，醋酸乙烯酯蜡20份，硅烷偶联剂1.5份，PEA20份，三氧化二锑8份，八溴醚20份，滑石粉16份，十溴二苯醚25份，POE15份。
5.一种权利要求1所述新型石墨烯阻燃PP的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：按重量份数配比称取石墨烯、PP、醋酸乙烯酯蜡、硅烷偶联剂、PEA、三氧化二锑、八溴醚、滑石粉、十溴二苯醚和POE；
第二步：将原料在85℃下搅拌35分钟，搅拌速度为950r/min，使其混合均匀；
第三步：在双螺杆挤出机中熔融塑化造粒，挤出温度205℃、210℃、220℃、225℃、220℃、210℃下，螺杆转速90r/min，制得石墨烯阻燃PP。
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