CN106279979A - 一种石墨烯复合抗冲击pp塑料及其制备方法 - Google Patents

一种石墨烯复合抗冲击pp塑料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种石墨烯复合抗冲击PP塑料，有以下组份按重量份组成：PP 70‑80份，抗氧化剂0.2‑0.6份，润滑剂0.5‑2份，偶联剂0.5‑3份，氧化石墨烯1‑3份。本发明还公开一种石墨烯复合抗冲击PP塑料的制备方法。本发明使PP塑料冲击强度高，并具有良好的抗老化性能。

Description

一种石墨烯复合抗冲击PP塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料改性及其制备技术领域，尤其是指一种石墨烯复合抗冲击PP塑料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯(polypropylene，PP)是由丙烯单体聚合而成，属于一种非极性的结晶塑料，吸水率很低，约为0.03％-0.04％，熔点为165-170℃。PP是一种综合性能优异的热塑性通用塑料，具有较小的密度约0.91g/cm3、较高的强度和耐高温腐蚀等优良性能，同时还具有良好的透明性和电绝缘性，PP广泛应用于工业、农业、医疗、日常用品和包装等众多领域中。PP也存在许多不足：低温脆性、尺寸稳定性差、耐老化性能差，且成型收缩率大、易燃烧，同时由于其非极性特点，以至于不易与其他极性聚合物、无机填料进行有效的相容，限制了PP的应用和发展。
为了克服PP的缺陷，提高其冲击强度、耐热性、耐老化和抗蠕变性，需要通过物理或化学方法对PP进行改性处理。目前主要通过填充增强改性、共混改性和接枝改性。其中应用较广的为填充增强改性法，通过加入其它聚合物、无机填料及相容剂，达到改善材料性能的目的。
公开号为CN105419103A公开一种抗老化增强PP塑料的制备方法，采用共混改性，该方法将改性二氧化碳、PP、苯乙烯、抗老化剂、硬脂酸锌进行混炼，然后在190-270℃下进行挤出造粒，得到一种抗老化性能和强度优异的改性PP母粒。公告号为CN1141335C公开一种刚性粒子增强、增韧的聚丙烯材料的制备方法，采用无机粒子进行填充，使性能得到增强，该方法首先用橡胶包覆刚性粒子，如硅灰石、滑石粉、玻璃微珠、云母或短玻纤等，然后和PP、马来酸酐接枝PP、抗氧化剂进行混合，再采用双螺杆挤出造粒，即得到刚性增强、增韧的PP材料。公开号为CN101074306A公开一种无机核壳结构的改性PP，该方法先自制SiO2/CaCO3核壳结构纳米复合离子，然后加入PP、偶联剂进行混炼造粒，得到一种增强增韧的PP材料。机填充粒子添加到改性PP中能改善其韧性，还可在提高材料抗冲击性能和热变形温度的同时，不降低其拉伸强度和刚性。
纳米无机材料具有特殊性能特点，如表面和界面效应：纳米晶体粒表面原子数与总原子数之比随粒径变小而急剧增大后所引起的性质上的变化；小尺寸效应：当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德布罗意波长及超导态的相干长度、透射深度等物理特征尺寸相当或更小时，周期性边界被破坏，使其声、光、电、磁，热力学等性能优异；量子尺寸效应：当粒子的尺寸达到纳米量级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂成分立能级；宏观量子隧道效应：微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应，纳米粒子的磁化强度等也有隧道效应，可以穿过宏观系统的势垒而产生变化，被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。
纳米无机材料逐渐应用于各个领域，在塑料改性方面也广泛应用。纳米粒子在进行聚合物填充过程中应当进行合适的表面处理，降低粒子的表面能，并增加塑化过程中粒子与聚合物之间的界面相互作用，最终达到纳米粒子均匀分散的效果。
氧化石墨烯(graphene oxide GO)是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物，氧化石墨烯是单一的原子层，可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米，其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。此外，其表面含氧官能团增多而使性质活泼。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯复合抗冲击PP塑料及其制备方法，以使PP塑料冲击强度高，并具有良好的抗老化性能。
为达成上述目的，本发明的解决方案为：
一种石墨烯复合抗冲击PP塑料，有以下组份按重量份组成：PP70-80份，抗氧化剂0.2-0.6份，润滑剂0.5-2份，偶联剂0.5-3份，氧化石墨烯1-3份。
进一步，抗氧化剂由60-80wt％四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯和20-50wt％硫代二丙酸二月桂酯混合组成。
进一步，润滑剂由聚乙烯蜡、白油和聚四氟乙烯中的一种或两种以上组成。
进一步，偶联剂为1-乙烯基三甲氧基硅烷或氨丙基三甲氧基硅烷。
进一步，氧化石墨烯粒径为10-30nm。
一种石墨烯复合抗冲击PP塑料的制备方法，包括以下步骤：
一，氧化石墨烯的制备：将2.0g石墨和10g高锰酸钾加入到150-200ml质量浓度为98％的浓硫酸和10-30ml质量浓度为65％的浓磷酸的混合溶液中搅拌反应12-24h，再加入5-10ml质量浓度为30％的双氧水继续搅拌30-60min后真空抽滤，然后置于真空干燥箱中干燥24-48h，制得氧化石墨烯；
二，改性氧化石墨烯：将重量份为1-3份的氧化石墨烯与重量份为0.5-3份的偶联剂混合制备改性氧化石墨烯；
三，将重量份为70-80份的PP、步骤二制备的改性氧化石墨烯、重量份为0.2-0.6份的抗氧化剂和重量份为0.5-2份的润滑剂混合均匀加入双螺杆挤出机中，即得石墨烯复合抗冲击PP塑料。
进一步，步骤二中，氧化石墨烯与偶联剂在搅拌机中60-70℃下混合10-15min，得到改性氧化石墨烯。
进一步，步骤三中，双螺杆挤出机的工作温度为180-260℃，主机转速为200-350r/min，挤出后经降温、牵条、切粒，制得石墨烯复合抗冲击PP塑料。
采用上述方案后，本发明通过添加改性氧石墨烯作为刚性填充粒子与PP混合造粒，得到耐冲击、抗老化的改性PP；该改性的PP塑料具有良好的综合性能，具有良好的耐冲击性能和耐冷热性，改变了耐低温冲击性差，较易老化缺点，同时弯曲性能和拉伸性能提升，可广泛用于承压件，如净水器本体、输配水管道、家电外壳、汽车仪表板、储物箱和门板等。
具体实施方式
实施例一
一种石墨烯复合抗冲击PP塑料，由以下组份按重量份组成：PP 70份，50wt％四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯和50wt％硫代二丙酸二月桂酯0.3份，聚乙烯蜡0.8份，1-乙烯基三甲氧基硅烷0.5份，氧化石墨烯1份。
所述石墨烯复合抗冲击PP塑料的制备方法，包括以下步骤：
一，氧化石墨烯的制备：将2.0g石墨和10g高锰酸钾加入到150-200ml质量浓度为98％的浓硫酸和10-30ml质量浓度为65％的浓磷酸的混合溶液中搅拌反应12-24h，再加入5-10ml质量浓度为30％的双氧水继续搅拌30-60min后真空抽滤，然后置于真空干燥箱中干燥24-48h，制得氧化石墨烯。
二，将重量份为1份的氧化石墨烯与重量份为0.5份的1-乙烯基三甲氧基硅烷在搅拌机中60-70℃下混合10-15min，得到改性氧化石墨烯。
三，将重量份为70份的PP、步骤二得到的改性氧化石墨烯、重量份为0.3份的抗氧化剂(50wt％四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯和50wt％硫代二丙酸二月桂酯)和重量份为0.8份的聚乙烯蜡进行搅拌混合，将混合料加入双螺杆挤出机中，经挤出、水冷、切粒及干燥，即制得改性PP。
双螺杆挤出机的工作温度为：螺杆第一区温度180℃，第二区温度190℃，第三区温度195℃，第四区温度200℃，第五区温度210℃，第六区温度220℃，基础机头温度205℃，螺杆转速为350r/min，冷却过程中冷却水的温度保持在40-50℃。
实施例二
一种石墨烯复合抗冲击PP塑料，由以下组份按重量份组成：PP 70份，50wt％四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯和50wt％硫代二丙酸二月桂酯0.3份，聚乙烯蜡0.8份，氨丙基三甲氧基硅烷1份，氧化石墨烯2份。
所述石墨烯复合抗冲击PP塑料的制备方法，包括以下步骤：
一，氧化石墨烯的制备：将2.0g石墨和10g高锰酸钾加入到150-200ml质量浓度为98％的浓硫酸和10-30ml质量浓度为65％的浓磷酸的混合溶液中搅拌反应12-24h，再加入5-10ml质量浓度为30％的双氧水继续搅拌30-60min后真空抽滤，然后置于真空干燥箱中干燥24-48h，制得氧化石墨烯。
二，将重量份为2份的氧化石墨烯与重量份为1份的氨丙基三甲氧基硅烷在搅拌机中60-70℃下混合10-15min，得到改性氧化石墨烯。
三，将重量份为70份的PP、步骤二得到的改性氧化石墨烯、重量份为0.3份的抗氧化剂(50wt％四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯和50wt％硫代二丙酸二月桂酯)和重量份为0.8份的聚乙烯蜡进行搅拌混合，将混合料加入双螺杆挤出机中，经挤出、水冷、切粒及干燥，即制得改性PP。
双螺杆挤出机的工作温度为：螺杆第一区温度180℃，第二区温度190℃，第三区温度195℃，第四区温度200℃，第五区温度210℃，第六区温度220℃，基础机头温度205℃，螺杆转速为350r/min，冷却过程中冷却水的温度保持在40-50℃。
实施例三
一种石墨烯复合抗冲击PP塑料，由以下组份按重量份组成：PP 70份，50wt％四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯和50wt％硫代二丙酸二月桂酯0.3份，白油1.5份，1-乙烯基三甲氧基硅烷1份，氧化石墨烯2份。
所述石墨烯复合抗冲击PP塑料的制备方法，包括以下步骤：
一，氧化石墨烯的制备：将2.0g石墨和10g高锰酸钾加入到150-200ml质量浓度为98％的浓硫酸和10-30ml质量浓度为65％的浓磷酸的混合溶液中搅拌反应12-24h，再加入5-10ml质量浓度为30％的双氧水继续搅拌30-60min后真空抽滤，然后置于真空干燥箱中干燥24-48h，制得氧化石墨烯。
二，将重量份为2份的氧化石墨烯与重量份为1份的1-乙烯基三甲氧基硅烷在搅拌机中60-70℃下混合10-15min，得到改性氧化石墨烯。
三，将重量份为70份的PP、步骤二得到的改性氧化石墨烯、重量份为0.3份的抗氧化剂(50wt％四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯和50wt％硫代二丙酸二月桂酯)和重量份为1.5份的白油进行搅拌混合，将混合料加入双螺杆挤出机中，经挤出、水冷、切粒及干燥，即制得改性PP。
双螺杆挤出机的工作温度为：螺杆第一区温度180℃，第二区温度190℃，第三区温度195℃，第四区温度200℃，第五区温度210℃，第六区温度220℃，基础机头温度205℃，螺杆转速为350r/min，冷却过程中冷却水的温度保持在40-50℃。
实施例四
一种石墨烯复合抗冲击PP塑料，由以下组份按重量份组成：PP 70份，50wt％四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯和50wt％硫代二丙酸二月桂酯0.6份，聚四氟乙烯2份，氨丙基三甲氧基硅烷1.5份，氧化石墨烯3份。
所述石墨烯复合抗冲击PP塑料的制备方法，包括以下步骤：
一，氧化石墨烯的制备：将2.0g石墨和10g高锰酸钾加入到150-200ml质量浓度为98％的浓硫酸和10-30ml质量浓度为65％的浓磷酸的混合溶液中搅拌反应12-24h，再加入5-10ml质量浓度为30％的双氧水继续搅拌30-60min后真空抽滤，然后置于真空干燥箱中干燥24-48h，制得氧化石墨烯。
二，将重量份为3份的氧化石墨烯与重量份为1.5份的氨丙基三甲氧基硅烷在搅拌机中60-70℃下混合10-15min，得到改性氧化石墨烯。
三，将重量份为70份的PP、步骤二得到的改性氧化石墨烯、重量份为0.6份的抗氧化剂(50wt％四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯和50wt％硫代二丙酸二月桂酯)和重量份为2份的聚四氟乙烯进行搅拌混合，将混合料加入双螺杆挤出机中，经挤出、水冷、切粒及干燥，即制得改性PP。
双螺杆挤出机的工作温度为：螺杆第一区温度180℃，第二区温度190℃，第三区温度195℃，第四区温度200℃，第五区温度210℃，第六区温度220℃，基础机头温度205℃，螺杆转速为350r/min，冷却过程中冷却水的温度保持在40-50℃。
实施例一至四所得的PP材料经注塑机注塑成标准力学性能样条，性能测试依照GB/T标准，测试结果如下：
以实施例一为例改性PP与纯PP和传统方法改性PP性能对比，对比结果如下：

Claims (8)

1.一种石墨烯复合抗冲击PP塑料，其特征在于：由以下组份按重量份组成：PP 70-80份，抗氧化剂0.2-0.6份，润滑剂0.5-2份，偶联剂0.5-3份，氧化石墨烯1-3份。
2.如权利要求1所述的一种石墨烯复合抗冲击PP塑料，其特征在于：抗氧化剂由60-80wt％四〔β-(3，5-三级丁基-4-羟基苯基)丙酸〕季戊四醇酯和20-50wt％硫代二丙酸二月桂酯混合组成。
3.如权利要求1所述的一种石墨烯复合抗冲击PP塑料，其特征在于：润滑剂由聚乙烯蜡、白油和聚四氟乙烯中的一种或两种以上组成。
4.如权利要求1所述的一种石墨烯复合抗冲击PP塑料，其特征在于：偶联剂为1-乙烯基三甲氧基硅烷或氨丙基三甲氧基硅烷。
5.如权利要求1所述的一种石墨烯复合抗冲击PP塑料，其特征在于：氧化石墨烯粒径为10-30nm。
6.一种石墨烯复合抗冲击PP塑料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
一，氧化石墨烯的制备：将2.0g石墨和10g高锰酸钾加入到150-200ml质量浓度为98％的浓硫酸和10-30ml质量浓度为65％的浓磷酸的混合溶液中搅拌反应12-24h，再加入5-10ml质量浓度为30％的双氧水继续搅拌30-60min后真空抽滤，然后置于真空干燥箱中干燥24-48h，制得氧化石墨烯；
二，改性氧化石墨烯：将重量份为1-3份的氧化石墨烯与重量份为0.5-3份的偶联剂混合制备改性氧化石墨烯；
三，将重量份为70-80份的PP、步骤二制备的改性氧化石墨烯、重量份为0.2-0.6份的抗氧化剂和重量份为0.5-2份的润滑剂混合均匀加入双螺杆挤出机中，即得石墨烯复合抗冲击PP塑料。
7.如权利要求6所述的一种石墨烯复合抗冲击PP塑料的制备方法，其特征在于：步骤二中，氧化石墨烯与偶联剂在搅拌机中60-70℃下混合10-15min，得到改性氧化石墨烯。
8.如权利要求6所述的一种石墨烯复合抗冲击PP塑料的制备方法，其特征在于：步骤三中，双螺杆挤出机的工作温度为180-260℃，主机转速为200-350r/min，挤出后经降温、牵条、切粒，制得石墨烯复合抗冲击PP塑料。
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