CN109135270A - 一种改性石墨烯的导电、抗静电塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性石墨烯的导电、抗静电塑料及其制备方法，包括按照树脂：85‑95％；石墨烯：3‑6％；碳纳米管：1‑4％；分散剂：0.5‑1.5％；润滑剂：0.3‑1％；抗氧剂：0.1‑0.3％的配比。使用的极性树脂设置好螺杆各段的加热温度值，再启动造粒机的加热电源；按照配方称取各原料，加入立式搅拌机中混合10分钟；待挤出机螺杆各段的温度达到设定值后，再把混合均匀的料排出，加入同向平行双螺杆造粒机挤出造粒，经过水冷拉条、风干、切粒制成抗静电塑料粒子；烘干之后用注塑机做好测试样片，测试塑料的表面电阻，通过以塑料为基体，添附石墨烯和碳纳米管，让其填补破损的石墨烯网，使得电子和电荷能够快速移动，从而使塑料具有永久的抗静电效果。

Description

一种改性石墨烯的导电、抗静电塑料及其制备方法
技术领域
本发明涉及改性塑料领域，尤其是一种改性石墨烯的导电、抗静电塑料及其制备方法
背景技术
高分子材料因其性能特殊，重量比传统的金属材料轻，生产加工方便，已广泛应用于汽车、火车、飞机、家电、机械、电子、日用品等各领域，对环保节能有着极大的帮助；但由于其分子组成和极高的分子量，使得一般的塑料都是绝缘的，在加工和运输过程中，由于摩擦易产生静电，而这静电又无法排除，因此对最终的产品存在危险隐患，特别是在电子电器、化工等方面。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种改性石墨烯的导电、抗静电塑料及其制备方法，通过以塑料为基体，添加石墨烯和碳纳米管，让碳纳米管填补破损的石墨烯网并互相连接，使得电子和电荷在塑料内部能够快速移动，从而使塑料具有永久的抗静电效果。
为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：
所述导电、抗静电塑料由以下重量比的成分组成：
树脂：85-95％；石墨烯：3-6％；碳纳米管：1-4％；分散剂：0.5-1.5％；润滑剂：0.3-1％；抗氧剂：0.1-0.3％。
进一步的，所述树脂包括尼龙6、尼龙66、PET、PBT、PC、PS、ABS等塑料。
进一步的，所述石墨烯包括氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯中的一种或多种，所述石墨烯为3-5层的少层石墨烯。
进一步的，所述碳纳米管包括金属型碳纳米管、半导体型碳纳米管、扶手椅形纳米管、锯齿形纳米管、手性纳米管中的一种或多种。
进一步的，所述分散剂包括乙烯基双硬脂酸酰胺(EBS)、硬脂酸单甘油酯(GMS)、硅烷偶联剂、硬脂酸锌(ZnSt)、硬脂酸钙(CaSt)中的一种或多种。
进一步的，所述润滑剂包括乙撑双硬脂酸酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸正丁酯中的一种或多种。
进一步的，所述抗氧剂包括二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锌、N-苯基-α-萘胺、烷基吩噻嗪、苯并三氮唑衍生物、巯基苯并噻唑衍生物中的一种或多种。
一种改性石墨烯的导电、抗静电塑料的制备方法，所述方法包括：
S1：按照所使用的树脂设置好挤出机螺杆各段的加热温度值，加热升温；挤出机螺杆长径比为40:1。
S2：按照权利要求1所述的成分及百分比称取各原料，加入立式搅拌机中混合10分钟；
S3：待挤出机螺杆各段的温度达到设定值后，再把混合均匀的料排出，加入同向平行双螺杆造粒机熔融共混挤出造粒，经过水冷拉条、风干、切粒制成抗静电塑料粒子；
S4：取若干做好的抗静电塑料颗粒于90-110℃下烘4小时，把粒子内的水烘干，然后用注塑机做好测试样片，测试塑料的表面电阻及其他物性。
进一步的，所述切粒方式为水冷拉条切粒。
进一步的，所述双螺杆造粒机的螺杆转速为150-600转/分，温度为180-250℃。
采用上述方案后，本发明可以达到以下效果：
在石墨烯里加入一定量的炭纳米管，让其填补破损的石墨烯网，同时把各石墨烯网连接起来，使得电子和电荷能够快速移动，从而使塑料具有永久的抗静电效果；经检测，按此设想制作的抗静电塑料的表面电阻最低可达到104欧姆，已达到导电的级别。
附图说明
图1为本发明不同石墨烯与炭纳米管的配比参数表；
图2为本发明的加工参数表；
图3为本发明各实施例的实验结果表。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。在此需要说明的是，下面所描述的本发明各个实施例中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、图2、图3所示，本发明提供了一种改性石墨烯的导电、抗静电塑料，以树脂为基体，在此基础之上添附石墨烯、碳纳米管，复配添加分散剂、润滑剂、抗氧剂共同作用制成。
石墨烯分子全由炭原子组成，固体粉末状，不挥发，结构为网状，一个石墨烯粒子就是一片网，从理论上讲此网内电子和电荷可以快速的移动，具有消除静电的功能；而如果该网有破损，则会严重影响电子和电荷的传递速度，抗静电能力下降；但在实际生产中单加石墨烯的塑料制品里，石墨烯网易受到破坏，且各个网之间的连接也难以达到理论上那样的理想状态，使得单加石墨烯的塑料抗静电效果不好；而炭纳米管也具有优良的导电功能，其结构为超细纤维状粉末，在生产中不易破碎；如果在石墨烯里加入一定量的炭纳米管，让其填补破损的石墨烯网，同时把各石墨烯网连接起来，使得电子和电荷能够快速移动，从而使塑料具有永久的抗静电效果。经检测，按此设想制作的抗静电塑料的表面电阻最低可达到104欧姆，已达到导电的级别。
碳纳米管中碳原子以sp2杂化为主，同时六角型网格结构存在一定程度的弯曲，形成空间拓扑结构，其中可形成一定的sp3杂化键，即形成的化学键同时具有sp2和sp3混合杂化状态，而这些p轨道彼此交叠在碳纳米管石墨烯片层外形成高度离域化的大π键，碳纳米管外表面的大π键是碳纳米管与一些具有共轭性能的大分子以非共价键复合的化学基础，碳纳米管可以看做是石墨烯片层卷曲而成，因此碳纳米管拥有和石墨烯一样的官能团结构。
通过添加适量的分散剂，可以使各种原料之间融合的程度更加牢靠，树脂与石墨烯和碳纳米管属于不同种类的化合物，需要添加适量的分散剂以增加两者之间的融合程度，同时使石墨烯和碳纳米管分散得更均匀，阻止其团聚。
润滑剂能有效改善组合物的流动性，提高黏合树脂的初粘性，从而进一步提高组合物包覆黏合效果。通过选取合适的分散剂、润滑剂配伍比例，使各原料间产生相辅相成的协同作用，大大提高石墨烯和碳纳米管与树脂的粘合性。
进一步优选的，分散剂包括乙烯基双硬脂酰胺(EBS)、硬脂酸单甘油酯(GMS)、硬脂酸锌(ZnSt)、硬脂酸钙(CaSt)中的一种或多种，由此，所选分散剂吸附于固体颗粒的表面，降低液-液或固-液之间的界面张力，使凝聚的固体颗粒表面易于湿润，特别是有机高分子型的分散剂，在固体颗粒的表面形成吸附层，阻止了微细颗粒的团聚，其有机分子基团与树脂相容性好，从而使固体颗粒能够均匀的分散在树脂中，悬浮性能增加，不沉淀，使整个体系物化性质一样。
进一步优选的，润滑剂包括硬脂酸酰胺、亚乙基双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺中的一种或多种，提高粘合树脂的初粘性，从而进一步提高组合物包覆黏合效果。
进一步优选的，抗氧剂包括二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锌、N-苯基-α-萘胺、烷基吩噻嗪、苯并三氮唑衍生物、巯基苯并噻唑衍生物中的一种或多种。
本发明的目的还在于提供一种改性石墨烯的导电、抗静电塑料的制备方法，具体包括：
S1：按照所使用的树脂设置好螺杆各段的加热温度值，对平行双螺杆挤出机进行加热升温，螺杆长径比为40:1；
S2：按照图1的成分及百分比称取各原料，加入立式搅拌机中混合10分钟；
S3：待挤出机螺杆各段的温度达到设定值后，再把混合均匀的料排出，加入同向平行双螺杆造粒机的料斗，熔融挤出造粒，经过水冷拉条、风干、切粒制成抗静电塑料粒子；
S4：取若干做好的抗静电塑料颗粒于90-110℃下烘4小时，把粒子内的水烘干，然后用注塑机做好测试样片，测试塑料的表面电阻及其他性能。
优先选择的是，切粒方式为水冷拉条切粒。
优先选择的是，双螺杆造粒机的螺杆转速为150-600转/分，温度为180-250℃。
本发明所述的树脂可以是国产或进口的PA6、PA66、PET、PBT、PC、PS、ABS。
石墨烯可以是上海利物盛的LN-2NA、LN-2P、LN-4NA、LN-4P；南京先丰纳米的XF002-3；厦门凯纳石墨烯的KNG-C162、KNG-T181-2；宁波墨西科技的GC-Powder4B、G-Powder。
炭纳米管可以是南京先丰纳米的XFQ045、XFQ043、XFQ041；深圳纳米港的NTP8012、NTP8022、NTP9012、Aligned-MWNT、L-MWNT-1020；天奈科技的Flotube 7000、Flotube 7010、Flotube 9000/9001、Flotube 9200/9201、Flotube 9220/9221；山东大展的炭纳米管。
分散剂可以是千佑化工的AKN-2300、AKN-2280、AKN-255、AKN-2076；奥纳聚合物的F498、F492A、F492、F910；苏州的EBS，杭州的硅烷偶联剂。
抗氧剂可以用国产的1010、168。
实施例1：
按照所使用的树脂设置好双螺杆挤出机各段的加热温度值，进行加热升温；按照图1的成分及百分比称取各原料，加入立式搅拌机中混合10分钟；待挤出机螺杆各段的温度达到设定值后，再把混合均匀的料排出，加入螺杆转速为300转/分的同向平行双螺杆造粒机，温度180℃，熔融挤出造粒，经过水冷拉条、风干、切粒制成抗静电塑料粒子；取若干做好的抗静电塑料颗粒于95℃下烘4小时，把粒子内的水烘干，然后用注塑机做好测试样片，测试塑料的表面电阻为15.2×107kΩ及其他物性。
实施例2
按照所使用的树脂设置好双螺杆挤出机各段的加热温度值，进行加热升温；按照图1的成分及百分比称取各原料，加入立式搅拌机中混合10分钟；待挤出机螺杆各段的温度达到设定值后，再把混合均匀的料排出，加入螺杆转速为300转/分的同向平行双螺杆造粒机，温度200℃，熔融挤出造粒，经过水冷拉条、风干、切粒制成抗静电塑料粒子；取若干做好的抗静电塑料颗粒于95℃下烘4小时，把粒子内的水烘干，然后用注塑机做好测试样片，测试塑料的表面电阻为20.3×106kΩ及其他物性。
实施例3
按照所使用的树脂设置好双螺杆挤出机各段的加热温度值，进行加热升温；按照图1的成分及百分比称取各原料，加入立式搅拌机中混合10分钟；待挤出机螺杆各段的温度达到设定值后，再把混合均匀的料排出，加入螺杆转速为300转/分的同向平行双螺杆造粒机，温度220℃，熔融挤出造粒，经过水冷拉条、风干、切粒制成抗静电塑料粒子；取若干做好的抗静电塑料颗粒于95℃下烘4小时，把粒子内的水烘干，然后用注塑机做好测试样片，测试塑料的表面电阻为17.6×103kΩ及其他物性。
实施例4
按照所使用的树脂设置好双螺杆挤出机各段的加热温度值，进行加热升温；按照图1的成分及百分比称取各原料，加入立式搅拌机中混合10分钟；待挤出机螺杆各段的温度达到设定值后，再把混合均匀的料排出，加入螺杆转速为300转/分的同向平行双螺杆造粒机，温度250℃，熔融挤出造粒，经过水冷拉条、风干、切粒制成抗静电塑料粒子；取若干做好的抗静电塑料颗粒于95℃下烘4小时，把粒子内的水烘干，然后用注塑机做好测试样片，测试塑料的表面电阻为13.1kΩ及其他物性。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故但凡依本发明的权利要求和说明书所做的变化或修饰，皆应属于本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (10)

1.一种改性石墨烯的导电、抗静电塑料，其特征在于，所述导电、抗静电塑料由以下重量比的成分组成：
树脂：85-95％；石墨烯：3-6％；碳纳米管：1-4％；分散剂：0.5-1.5％；润滑剂：0.3-1％；抗氧剂：0.1-0.3％。
2.根据权利要求1所述的改性石墨烯的导电、抗静电塑料，其特征在于，所述树脂包括尼龙6、尼龙66、PET、PBT、PC、PS、ABS等塑料。
3.根据权利要求1所述的改性石墨烯的导电、抗静电塑料，其特征在于，所述石墨烯包括氧化石墨烯、氢化石墨烯、氟化石墨烯中的一种或多种，所述石墨烯为3-5层的少层石墨烯。
4.根据权利要求1所述的改性石墨烯的导电、抗静电塑料，其特征在于，所述碳纳米管包括金属型碳纳米管、半导体型碳纳米管、扶手椅形纳米管、锯齿形纳米管、手性纳米管中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的改性石墨烯的导电、抗静电塑料，其特征在于，所述分散剂包括乙烯基双硬脂酸酰胺(EBS)、硬脂酸单甘油酯(GMS)、硅烷偶联剂、硬脂酸锌(ZnSt)、硬脂酸钙(CaSt)中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的改性石墨烯的导电、抗静电塑料，其特征在于，所述润滑剂包括乙撑双硬脂酸酰胺、亚乙基双硬脂酰胺、油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酸正丁酯中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的改性石墨烯的导电、抗静电塑料，其特征在于，所述抗氧剂包括二烷基二硫代磷酸锌、二烷基二硫代氨基甲酸锌、N-苯基-α-萘胺、烷基吩噻嗪、苯并三氮唑衍生物、巯基苯并噻唑衍生物中的一种或多种。
8.一种改性石墨烯的导电、抗静电塑料的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
S1：按照所使用的树脂设置好螺杆各段的加热温度值，再启动造粒机的加热电源；
S2：按照权利要求1所述的成分及百分比称取各原料，加入立式搅拌机中混合10分钟；
S3：待挤出机螺杆各段的温度达到设定值后，再把混合均匀的料排出，加入同向平行双螺杆造粒机的料斗，熔融共混挤出，经过水冷拉条、风干、切粒制成抗静电塑料粒子；所用挤出机的螺杆长径比为40:1。
S4：取若干做好的抗静电塑料颗粒于90-110℃下烘4小时，把粒子内的水烘干，然后用注塑机做好测试样片，测试塑料的表面电阻和其他物性。
9.根据权利要求8所述的一种改性石墨烯的导电、抗静电塑料的制备方法，其特征在于，所述切粒方式为水冷拉条切粒。
10.根据权利要求8所述的一种改性石墨烯的导电、抗静电塑料的制备方法，其特征在于，所述双螺杆造粒机的螺杆转速为150-500转/分，温度为180-250℃。
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