CN108034141B - 一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料包括以下组分及重量份数：通用塑料60‑95份、石墨烯0.5‑10份、聚轮烷1‑10份、蒙脱土0.5‑10份、增容剂0‑20份、热稳定剂0.3‑2份、加工助剂0.2‑2份；通用塑料选自聚丙烯及聚乙烯中的一种。本发明中加入了石墨烯、蒙脱土和聚轮烷，三者之间的相互作用实现了聚轮烷、石墨烯和蒙脱土之间的良好分散，起到增韧增强和协效阻燃的效果。

Description

一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及高分子材料领域,特别涉及一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料及其制备方法。

背景技术

纳米材料是二十一世纪发展起来的新型材料，是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(0.1-100nm)或由它们作为基本单元构成的材料，这大约相当于10-100个原子紧密排列在一起的尺度。最常见的纳米材料包括富勒烯、碳纳米管、石墨烯、蒙脱土、纳米二氧化硅、纳米二氧化钛等。近年来，纳米材料在半导体、纳米陶瓷、生物医药、生命科学、纳米催化、纳米传感器等领域已经被广泛应用。但是，作为一类新型材料，纳米材料在通用塑料领域的应用仍然乏善可陈。制约纳米材料在通用塑料中的应用的最大技术瓶颈是纳米材料在通用塑料中很难实现很好的分布和均匀的分散。聚丙烯和聚乙烯均为常用的通用塑料，具有密度低、耐化学性能好、价格便宜等优点，但是由于聚丙烯和聚乙烯是一种非极性的高分子材料，而纳米材料极性高，尺寸小，通常很难实现在聚丙烯和聚乙烯中很好分散；而使用常见填料填充聚丙烯和聚乙烯，填充量大且很难同时做到增韧增强。

发明内容

本发明的目的，就是为了解决上述问题而提供了一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料，在增韧增强的同时具备了阻燃性能。

本发明的目的是这样实现的：

本发明的一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料包括以下组分及重量份数：

通用塑料选自聚丙烯及聚乙烯中的一种。

在上述的一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料中，聚丙烯在温度为230℃、压力为2.16kg条件下的熔体流动速率为1-100g/10min。

在上述的一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料中，聚乙烯在温度为190℃、压力为2.16kg的条件下的熔体流动速率为1-100g/10min。

在上述的一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料中，石墨烯选自厚度为1-100nm的单层石墨烯。

在上述的一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料中，增容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，且马来酸酐接枝率为0.2-5％。

在上述的一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料中，蒙脱土的径厚比为90-110，层间距为2.5-3.4nm。

在上述的一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料中，热稳定剂选自酚类、胺类、亚磷酸酯类、半受阻酚类、丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类和杯芳烃中的至少一种。

在上述的一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料中，加工助剂为低分子酯类、金属皂类、硬脂酸复合酯类、酰胺类中的至少一种。

在上述的一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料中，聚轮烷为γ-环糊精与全氟甲基乙烯基醚通过主客体包合作用形成的环糊精聚轮烷。

本发明还提供一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一：按照以下组分及重量份数准备原材料：

通用塑料选自聚丙烯及聚乙烯中的一种；

步骤二：将步骤一中的石墨烯、蒙脱土、增容剂和聚轮烷置于密炼机中，在150-200℃的温度下密炼10min，得到聚轮烷/石墨烯/蒙脱土复合物；

步骤三：将步骤一中的通用塑料、热稳定剂、加工助剂与步骤二中得到的聚轮烷/石墨烯/蒙脱土复合物投入双螺杆挤出机中进行熔融混合分散并挤出造粒即可，双螺杆挤出机的长径比为40-45:1且双螺杆挤出机的各段温度设置为190-240℃。

本发明的有益效果如下：

1.石墨烯、蒙脱土和聚轮烷之间的相互作用，实现了聚轮烷、石墨烯和蒙脱土之间的良好分散，同时聚轮烷/石墨烯/蒙脱土复合物能够在聚丙烯和聚乙烯中良好分散，起到了增韧增强和协效阻燃的作用；

2.由于聚轮烷上环糊精的极性作用，使聚轮烷的分子链可以在石墨烯、蒙脱土的片层结构中实现原位插入，有利于石墨烯、蒙脱土的剥离和分散，同时聚轮烷起到了阻燃的作用，避免再外加阻燃剂导致材料成本提高。

具体实施方式

下面将结合实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1-4和对比例1-3的原材料组分及重量份数如表1所示：

表1实施例1-4及对比例1-3的原材料组分及重量分数

实施例5-8和对比例4-6的原材料组分及重量份数如表2所示：

表2实施例5-8及对比例4-6的原材料组分及重量分数

实施例1-8：

步骤一：按照表1和表2中的组分及重量份数准备原材料。

步骤二：按照表1和表2中的用量称取石墨烯、蒙脱土、马来酸酐接枝聚丙烯和聚轮烷并置于密炼机中，在150-200℃的温度下密炼10min，得到聚轮烷/石墨烯/蒙脱土复合物；

步骤三：按照表1和表2中的用量分别称取通用塑料、酚类热稳定剂和加工助剂，并将称取的通用塑料、酚类热稳定剂、加工助剂与步骤二中制得的聚轮烷/石墨烯/蒙脱土复合物一起投入双螺杆挤出机中进行熔融混合分散并挤出造粒，得到石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料，双螺杆挤出机的长径比为40-45:1且双螺杆挤出机的各段温度设置为190-240℃。

对比例1-6：

S1：按照表1和表2中的组分及重量份数准备原材料。

S2：按照表1和表2中的用量称取石墨烯、蒙脱土和马来酸酐接枝聚丙烯并置于密炼机中，在150-200℃的温度下密炼10min。

S3：按照表1和表2中的用量分别称取通用塑料、酚类热稳定剂和加工助剂，并将称取的通用塑料、酚类热稳定剂、加工助剂与S2中密炼后的产物一起投入双螺杆挤出机中进行熔融混合分散并挤出造粒即可，双螺杆挤出机的长径比为40-45:1且双螺杆挤出机的各段温度设置为190-240℃。

将实施例1-8和对比例1-6注塑成标准样条测试悬臂梁缺口冲击强度和拉伸强度和氧指数，冲击强度按照ISO 180-1e/A进行测试；拉伸强度按照ISO 527进行测试；氧指数按照ISO 4589进行测试。性能测试结果见表3所示：

表3实施例1-8及对比例1-6测试结果

结合表1、表2和表3可以看出，无填充的聚丙烯和聚乙烯材料的悬臂梁缺口冲击强度和拉伸强度都较低，单独加入石墨烯或者单独加入蒙脱土的聚丙烯材料和聚乙烯材料的悬臂梁缺口冲击强度和拉伸强度有一定程度的提高。但是，同时加入一定质量的石墨烯和蒙脱土后，制备得到的石墨烯蒙脱土填充聚丙烯纳米材料和石墨烯蒙脱土填充聚乙烯纳米材料均同时具备较高的悬臂梁缺口冲击强度和拉伸强度。这表明，同时加入石墨烯、蒙脱土两种填料在聚丙烯树脂基体和聚乙烯树脂基体中起到协同增强增韧效果，实现了材料悬臂梁缺口冲击强度和拉伸强度的提升，达到了很好的增强增韧的效果。同时加入聚轮烷后，聚轮烷、石墨烯、蒙脱土三者具有良好的协效增强作用，材料的性能进一步提高。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案也应该属于本发明的范畴，应由各权利要求所限定。

Claims (7)

1.一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料，其特征在于，所述石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料包括以下组分及重量份数：

通用塑料 60-95份；

石墨烯 0.5-10份；

聚轮烷 1-10份；

蒙脱土 0.5-10份；

增容剂 0-20份；

热稳定剂 0.3-2份；

加工助剂 0.2-2份；

所述通用塑料选自聚丙烯及聚乙烯中的一种；

所述石墨烯选自厚度为1-100nm的单层石墨烯；

所述蒙脱土的径厚比为90-110，层间距为2.5-3.4nm；

所述聚轮烷为γ-环糊精与全氟甲基乙烯基醚通过主客体包合作用形成的环糊精聚轮烷。

2.如权利要求1所述的一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料，其特征在于，所述聚丙烯在温度为230℃、压力为2.16kg条件下的熔体流动速率为1-100g/10min。

3.如权利要求1所述的一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料，其特征在于，所述聚乙烯在温度为190℃、压力为2.16kg的条件下的熔体流动速率为1-100g/10min。

4.如权利要求1所述的一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料，其特征在于，所述增容剂为马来酸酐接枝聚丙烯，且马来酸酐接枝率为0.2-5%。

5.如权利要求1所述的一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料，其特征在于，所述热稳定剂选自酚类、胺类、亚磷酸酯类以及丙烯酰基官能团与硫代酯的复合物类中的至少一种。

6.如权利要求1所述的一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料，其特征在于，所述加工助剂为金属皂类和酰胺类中的至少一种。

7.如权利要求1所述的一种石墨烯蒙脱土填充通用塑料纳米材料的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤一：按照以下组分及重量份数准备原材料：

通用塑料 60-95份；

石墨烯 0.5-10份；

聚轮烷 1-10份；

蒙脱土 0.5-10份；

增容剂 0-20份；

热稳定剂 0.3-2份；

加工助剂 0.2-2份；

所述通用塑料选自聚丙烯及聚乙烯中的一种；

步骤二：将所述步骤一中的石墨烯、蒙脱土、增容剂和聚轮烷置于密炼机中，在150-200℃的温度下密炼10min，得到聚轮烷/石墨烯/蒙脱土复合物；

步骤三：将所述步骤一中的通用塑料、热稳定剂、加工助剂与所述步骤二中得到的聚轮烷/石墨烯/蒙脱土复合物投入双螺杆挤出机中进行熔融混合分散并挤出造粒即可，所述双螺杆挤出机的长径比为40-45:1且所述双螺杆挤出机的各段温度设置为190-240℃。