CN109810488A - 高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子及其制备方法，所述塑料粒子由包括以下重量份的原料制成：聚碳酸酯80‑100份、改性氧化石墨烯8‑20份、乙撑双硬脂酰胺1‑5份、聚乙烯蜡1‑3份以及抗氧化剂2‑4份，其中，改性氧化石墨烯为采用负载有改性Fe3O4粒子和纳米氧化锌颗粒的壳聚糖进行改性的氧化石墨烯。与现有技术相比，本发明利用壳聚糖分子链中的氨基与氧化石墨烯中的活性基团（如羟基、羧基）相互作用，将负载有改性Fe3O4粒子和纳米氧化锌颗粒的壳聚糖与氧化石墨烯牢固结合，改性后的氧化石墨烯与聚碳酸酯的相容性得到显著改善，可有效提高材料体系的耐热性，并且能有效防止聚碳酸酯在高温有氧环境下发生降解，提高材料使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子及其制备方法。
背景技术
众所周知，聚碳酸酯（PC）是指分子链中含有碳酸酯基的一类聚合物的总称，由于合成双酚A型PC产量最大、用途最广，一般情况下所称的聚碳酸酯即为双酚A型聚碳酸酯。由于聚碳酸酯结构上的特殊性，现已成为五大工程塑料中增长速度最快的通用工程塑料。目前，聚碳酸酯凭借其优异的性能已广泛用于电子、电器、汽车、光学材料等领域。然而，在实际应用过程中，聚碳酸酯材料也具有明显的技术缺点，例如，聚碳酸酯的分子链中存在对热比较敏感的碳酸酯键，使其在高温有氧的环境下容易发生降解，这会严重影响聚碳酸酯材料的性能。
氧化石墨烯（graphene oxide）是石墨烯的氧化物，具有和石墨烯相似的平面结构，其颜色为棕黄色，市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。由于经过氧化处理，氧化后的石墨烯表面含有大量的活性基团，如羟基(-OH)、环氧基[-C (O) C-]、羰基(-C＝O)、羧基(-COOH)、酯基(-COO-)等，所以氧化石墨烯与大多数材料都具有较好的相容性，且其具有与石墨烯相似的性能，能显著改善多种材料的各项性能，是目前最好的通用复合改性材料之一，在复合材料领域得到广泛使用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子。
本发明的另一个目的就是提供上述高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子的制备方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子，该塑料粒子由包括以下重量份的原料制备而成：聚碳酸酯80-100份、改性氧化石墨烯8-20份、乙撑双硬脂酰胺1-5份、聚乙烯蜡1-3份以及抗氧化剂2-4份。
所述的改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
步骤（I）：取氧化石墨烯加入到去离子水中，超声使氧化石墨烯充分分散、剥离，制得氧化石墨烯悬浮液；
步骤（II）：称取改性壳聚糖加入到冰醋酸溶液中，充分搅拌溶解，然后将其缓慢加入步骤（I）制得的氧化石墨烯悬浮液中，边加边搅拌，后经超声处理，得到分散均匀稳定的悬浮液，再采用去离子水对其进行离心洗涤至中性，经真空抽滤，将所得的滤饼进行真空干燥，后经研磨过筛即可。
步骤（I）中所述的氧化石墨烯与去离子水的质量体积比为120-180g：1L。
步骤（II）中所述的改性壳聚糖与冰醋酸溶液的质量体积比为18-32g：1L。
所述的冰醋酸溶液的质量百分含量为3-6%。
作为优选的技术方案，步骤（II）中所述的研磨过筛是指研磨过100目筛。
步骤（II）中所述的改性壳聚糖为负载有改性Fe3O4粒子以及纳米ZnO颗粒的壳聚糖，其制备方法包括以下步骤：
步骤（A）：将纳米Fe3O4、NaOH和水加入反应釜搅拌混合，温度升至65-78℃后，依次加入正硅酸乙酯、硅烷偶联剂，将所得溶液于外加磁场下分离，将上层液去除，下层粒子用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤若干次后，干燥，即制得改性Fe3O4粒子；
步骤（B）：将壳聚糖加入到乙酸溶液中，充分搅拌混合均匀，再加入步骤（A）制得的改性Fe3O4粒子和纳米ZnO颗粒，于35-50℃下超声处理1-2小时，随后干燥固化，研磨过筛即可。
步骤（A）中所述的纳米Fe3O4的粒径为60-100nm，所述的纳米Fe3O4与NaOH、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的质量比为1:4:10:2-3；
步骤（B）中所述的改性Fe3O4粒子与纳米ZnO颗粒的质量比为1:1，所述的纳米ZnO颗粒为200-300nm；所述的超声处理的条件为：处理频率为20-22kHz，处理时间为0.5-1.5小时。
作为优选的技术方案，步骤（A）中所述的硅烷偶联剂选自市售的KH-570。
作为优选的技术方案，步骤（B）中所述的研磨过筛是指研磨过400目筛。
所述的抗氧化剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯与硫代二丙酸二月桂酯按质量比为3:1:1混合而成。
高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子的制备方法，按重量份将原料置于混合机中，充分混合均匀，后转移至双螺杆挤出机中，挤出成为条料，后经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即可。
所述的双螺杆挤出机按照原料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头，各加热区的加热温度依次设定为：第一加热区的温度T1=180-220℃，第二加热区的温度T2=220-230℃，第三加热区的温度T3=230-250℃，第四加热区的温度T4=250-260℃；并且所述的挤出模头的温度为230-240℃。
与现有技术相比，本发明具有以下特点：
将改性Fe3O4粒子和纳米氧化锌颗粒共同负载在壳聚糖的三维多孔结构中，再利用壳聚糖分子链中的氨基与氧化石墨烯中的活性基团（如羟基、羧基）相互作用，将负载有改性Fe3O4粒子和纳米氧化锌颗粒的壳聚糖与氧化石墨烯牢固结合，一方面改性后的氧化石墨烯与聚碳酸酯的相容性得到显著改善，另一方面作为填料的改性Fe3O4粒子和纳米氧化锌颗粒以负载在壳聚糖中的形式能很好地分散在氧化石墨烯与聚碳酸酯的材料体系中，可有效解决常规混合中纳米粒子容易团聚而影响最终材料强度的技术问题，同时还能有效提高材料体系的耐热性以及耐磨性，并且能有效防止聚碳酸酯在高温有氧环境下发生降解，进一步提高聚碳酸酯的使用寿命。
本发明的制备方法可控性好，反应温和，安全稳定性好，适合用于大规模、工业化生产。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1：
本实施例高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子由以下重量份的原料制备而成：聚碳酸酯85份、改性氧化石墨烯10份、乙撑双硬脂酰胺2份、聚乙烯蜡2份以及抗氧化剂2份。
其中，改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
步骤（I）：取氧化石墨烯加入到去离子水中，超声使氧化石墨烯充分分散、剥离，制得氧化石墨烯悬浮液；
步骤（II）：称取改性壳聚糖加入到冰醋酸溶液中，充分搅拌溶解，然后将其缓慢加入步骤（I）制得的氧化石墨烯悬浮液中，边加边搅拌，后经超声处理，得到分散均匀稳定的悬浮液，再采用去离子水对其进行离心洗涤至中性，经真空抽滤，将所得的滤饼进行真空干燥，后经研磨过筛即可。
步骤（I）中氧化石墨烯为通过Hummers法制备的氧化石墨烯，其与去离子水的质量体积比为140g：1L，步骤（II）中改性壳聚糖与冰醋酸溶液的质量体积比为20g：1L；冰醋酸溶液的质量百分含量为4%；步骤（II）中研磨过筛是指研磨过100目筛。
步骤（II）中改性壳聚糖为负载有改性Fe3O4粒子以及纳米ZnO颗粒的壳聚糖，其制备方法包括以下步骤：
步骤（A）：将纳米Fe3O4、NaOH和水加入反应釜搅拌混合，温度升至65℃后，依次加入正硅酸乙酯、硅烷偶联剂，将所得溶液于外加磁场下分离，将上层液去除，下层粒子用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤若干次后，干燥，即制得改性Fe3O4粒子；
步骤（B）：将壳聚糖加入到乙酸溶液中，充分搅拌混合均匀，再加入步骤（A）制得的改性Fe3O4粒子和纳米ZnO颗粒，于40℃下超声处理1.5小时，随后干燥固化，研磨过筛即可。
步骤（A）中纳米Fe3O4的粒径为80nm，纳米Fe3O4与NaOH、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的质量比为1:4:10:2；步骤（B）中改性Fe3O4粒子与纳米ZnO颗粒的质量比为1:1，纳米ZnO颗粒为240nm；超声处理的条件为：处理频率为22kHz，处理时间为1小时；步骤（A）中硅烷偶联剂选自市售的KH-570；步骤（B）中研磨过筛是指研磨过400目筛。
抗氧化剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯与硫代二丙酸二月桂酯按质量比为3:1:1混合而成。
本实施例氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子的制备方法为：按重量份将原料置于混合机中，充分混合均匀，后转移至双螺杆挤出机中，挤出成为条料，后经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即可。
在实际制备过程中，双螺杆挤出机按照原料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头，各加热区的加热温度依次设定为：第一加热区的温度T1=200℃，第二加热区的温度T2=220℃，第三加热区的温度T3=240℃，第四加热区的温度T4=250℃；并且挤出模头的温度为230℃。
实施例2：
本实施例高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子由以下重量份的原料制备而成：聚碳酸酯82份、改性氧化石墨烯9份、乙撑双硬脂酰胺1.5份、聚乙烯蜡1.2份以及抗氧化剂2.3份。
其中，改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
步骤（I）：取氧化石墨烯加入到去离子水中，超声使氧化石墨烯充分分散、剥离，制得氧化石墨烯悬浮液；
步骤（II）：称取改性壳聚糖加入到冰醋酸溶液中，充分搅拌溶解，然后将其缓慢加入步骤（I）制得的氧化石墨烯悬浮液中，边加边搅拌，后经超声处理，得到分散均匀稳定的悬浮液，再采用去离子水对其进行离心洗涤至中性，经真空抽滤，将所得的滤饼进行真空干燥，后经研磨过筛即可。
步骤（I）中氧化石墨烯为通过Hummers法制备的氧化石墨烯，其与去离子水的质量体积比为135g：1L，步骤（II）中改性壳聚糖与冰醋酸溶液的质量体积比为19g：1L；冰醋酸溶液的质量百分含量为3.8%；步骤（II）中研磨过筛是指研磨过100目筛。
步骤（II）中改性壳聚糖为负载有改性Fe3O4粒子以及纳米ZnO颗粒的壳聚糖，其制备方法包括以下步骤：
步骤（A）：将纳米Fe3O4、NaOH和水加入反应釜搅拌混合，温度升至68℃后，依次加入正硅酸乙酯、硅烷偶联剂，将所得溶液于外加磁场下分离，将上层液去除，下层粒子用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤若干次后，干燥，即制得改性Fe3O4粒子；
步骤（B）：将壳聚糖加入到乙酸溶液中，充分搅拌混合均匀，再加入步骤（A）制得的改性Fe3O4粒子和纳米ZnO颗粒，于40℃下超声处理1.5小时，随后干燥固化，研磨过筛即可。
步骤（A）中纳米Fe3O4的粒径为70nm，纳米Fe3O4与NaOH、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的质量比为1:4:10:2.5；步骤（B）中改性Fe3O4粒子与纳米ZnO颗粒的质量比为1:1，纳米ZnO颗粒为220nm；超声处理的条件为：处理频率为21kHz，处理时间为1.5小时；步骤（A）中硅烷偶联剂选自市售的KH-570；步骤（B）中研磨过筛是指研磨过400目筛。
抗氧化剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯与硫代二丙酸二月桂酯按质量比为3:1:1混合而成。
本实施例氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子的制备方法为：按重量份将原料置于混合机中，充分混合均匀，后转移至双螺杆挤出机中，挤出成为条料，后经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即可。
在实际制备过程中，双螺杆挤出机按照原料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头，各加热区的加热温度依次设定为：第一加热区的温度T1=190℃，第二加热区的温度T2=225℃，第三加热区的温度T3=235℃，第四加热区的温度T4=250℃；并且挤出模头的温度为230℃。
实施例3：
本实施例高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子由以下重量份的原料制备而成：聚碳酸酯92份、改性氧化石墨烯8份、乙撑双硬脂酰胺1份、聚乙烯蜡1份以及抗氧化剂2.5份。
其中，改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
步骤（I）：取氧化石墨烯加入到去离子水中，超声使氧化石墨烯充分分散、剥离，制得氧化石墨烯悬浮液；
步骤（II）：称取改性壳聚糖加入到冰醋酸溶液中，充分搅拌溶解，然后将其缓慢加入步骤（I）制得的氧化石墨烯悬浮液中，边加边搅拌，后经超声处理，得到分散均匀稳定的悬浮液，再采用去离子水对其进行离心洗涤至中性，经真空抽滤，将所得的滤饼进行真空干燥，后经研磨过筛即可。
步骤（I）中氧化石墨烯为通过Hummers法制备的氧化石墨烯，其与去离子水的质量体积比为150g：1L，步骤（II）中改性壳聚糖与冰醋酸溶液的质量体积比为18g：1L；冰醋酸溶液的质量百分含量为3%；步骤（II）中研磨过筛是指研磨过100目筛。
步骤（II）中改性壳聚糖为负载有改性Fe3O4粒子以及纳米ZnO颗粒的壳聚糖，其制备方法包括以下步骤：
步骤（A）：将纳米Fe3O4、NaOH和水加入反应釜搅拌混合，温度升至65℃后，依次加入正硅酸乙酯、硅烷偶联剂，将所得溶液于外加磁场下分离，将上层液去除，下层粒子用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤若干次后，干燥，即制得改性Fe3O4粒子；
步骤（B）：将壳聚糖加入到乙酸溶液中，充分搅拌混合均匀，再加入步骤（A）制得的改性Fe3O4粒子和纳米ZnO颗粒，于45℃下超声处理2小时，随后干燥固化，研磨过筛即可。
步骤（A）中纳米Fe3O4的粒径为75nm，纳米Fe3O4与NaOH、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的质量比为1:4:10:2.4；步骤（B）中改性Fe3O4粒子与纳米ZnO颗粒的质量比为1:1，纳米ZnO颗粒为260nm；超声处理的条件为：处理频率为20kHz，处理时间为1.5小时；步骤（A）中硅烷偶联剂选自市售的KH-570；步骤（B）中研磨过筛是指研磨过400目筛。
抗氧化剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯与硫代二丙酸二月桂酯按质量比为3:1:1混合而成。
本实施例氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子的制备方法为：按重量份将原料置于混合机中，充分混合均匀，后转移至双螺杆挤出机中，挤出成为条料，后经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即可。
在实际制备过程中，双螺杆挤出机按照原料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头，各加热区的加热温度依次设定为：第一加热区的温度T1=220℃，第二加热区的温度T2=230℃，第三加热区的温度T3=250℃，第四加热区的温度T4=260℃；并且挤出模头的温度为235℃。
实施例4：
本实施例高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子由以下重量份的原料制备而成：聚碳酸酯96份、改性氧化石墨烯14份、乙撑双硬脂酰胺4份、聚乙烯蜡2份以及抗氧化剂3份。
其中，改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
步骤（I）：取氧化石墨烯加入到去离子水中，超声使氧化石墨烯充分分散、剥离，制得氧化石墨烯悬浮液；
步骤（II）：称取改性壳聚糖加入到冰醋酸溶液中，充分搅拌溶解，然后将其缓慢加入步骤（I）制得的氧化石墨烯悬浮液中，边加边搅拌，后经超声处理，得到分散均匀稳定的悬浮液，再采用去离子水对其进行离心洗涤至中性，经真空抽滤，将所得的滤饼进行真空干燥，后经研磨过筛即可。
步骤（I）中氧化石墨烯为通过Hummers法制备的氧化石墨烯，其与去离子水的质量体积比为165g：1L，步骤（II）中改性壳聚糖与冰醋酸溶液的质量体积比为30g：1L；冰醋酸溶液的质量百分含量为5%；步骤（II）中研磨过筛是指研磨过100目筛。
步骤（II）中改性壳聚糖为负载有改性Fe3O4粒子以及纳米ZnO颗粒的壳聚糖，其制备方法包括以下步骤：
步骤（A）：将纳米Fe3O4、NaOH和水加入反应釜搅拌混合，温度升至75℃后，依次加入正硅酸乙酯、硅烷偶联剂，将所得溶液于外加磁场下分离，将上层液去除，下层粒子用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤若干次后，干燥，即制得改性Fe3O4粒子；
步骤（B）：将壳聚糖加入到乙酸溶液中，充分搅拌混合均匀，再加入步骤（A）制得的改性Fe3O4粒子和纳米ZnO颗粒，于50℃下超声处理1小时，随后干燥固化，研磨过筛即可。
步骤（A）中纳米Fe3O4的粒径为80nm，纳米Fe3O4与NaOH、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的质量比为1:4:10:2.7；步骤（B）中改性Fe3O4粒子与纳米ZnO颗粒的质量比为1:1，纳米ZnO颗粒为260nm；超声处理的条件为：处理频率为22kHz，处理时间为0.5小时；步骤（A）中硅烷偶联剂选自市售的KH-570；步骤（B）中研磨过筛是指研磨过400目筛。
抗氧化剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯与硫代二丙酸二月桂酯按质量比为3:1:1混合而成。
本实施例氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子的制备方法为：按重量份将原料置于混合机中，充分混合均匀，后转移至双螺杆挤出机中，挤出成为条料，后经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即可。
在实际制备过程中，双螺杆挤出机按照原料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头，各加热区的加热温度依次设定为：第一加热区的温度T1=200℃，第二加热区的温度T2=220℃，第三加热区的温度T3=240℃，第四加热区的温度T4=250℃；并且挤出模头的温度为235℃。
实施例5：
本实施例高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子由以下重量份的原料制备而成：聚碳酸酯80份、改性氧化石墨烯8份、乙撑双硬脂酰胺1份、聚乙烯蜡1份以及抗氧化剂2份。
其中，改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
步骤（I）：取氧化石墨烯加入到去离子水中，超声使氧化石墨烯充分分散、剥离，制得氧化石墨烯悬浮液；
步骤（II）：称取改性壳聚糖加入到冰醋酸溶液中，充分搅拌溶解，然后将其缓慢加入步骤（I）制得的氧化石墨烯悬浮液中，边加边搅拌，后经超声处理，得到分散均匀稳定的悬浮液，再采用去离子水对其进行离心洗涤至中性，经真空抽滤，将所得的滤饼进行真空干燥，后经研磨过筛即可。
步骤（I）中氧化石墨烯为通过Hummers法制备的氧化石墨烯，其与去离子水的质量体积比为120g：1L，步骤（II）中改性壳聚糖与冰醋酸溶液的质量体积比为20g：1L；冰醋酸溶液的质量百分含量为4%；步骤（II）中研磨过筛是指研磨过100目筛。
步骤（II）中改性壳聚糖为负载有改性Fe3O4粒子以及纳米ZnO颗粒的壳聚糖，其制备方法包括以下步骤：
步骤（A）：将纳米Fe3O4、NaOH和水加入反应釜搅拌混合，温度升至78℃后，依次加入正硅酸乙酯、硅烷偶联剂，将所得溶液于外加磁场下分离，将上层液去除，下层粒子用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤若干次后，干燥，即制得改性Fe3O4粒子；
步骤（B）：将壳聚糖加入到乙酸溶液中，充分搅拌混合均匀，再加入步骤（A）制得的改性Fe3O4粒子和纳米ZnO颗粒，于35℃下超声处理2小时，随后干燥固化，研磨过筛即可。
步骤（A）中纳米Fe3O4的粒径为60nm，纳米Fe3O4与NaOH、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的质量比为1:4:10:2；步骤（B）中改性Fe3O4粒子与纳米ZnO颗粒的质量比为1:1，纳米ZnO颗粒为200nm；超声处理的条件为：处理频率为20kHz，处理时间为1.5小时；步骤（A）中硅烷偶联剂选自市售的KH-570；步骤（B）中研磨过筛是指研磨过400目筛。
抗氧化剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯与硫代二丙酸二月桂酯按质量比为3:1:1混合而成。
本实施例氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子的制备方法为：按重量份将原料置于混合机中，充分混合均匀，后转移至双螺杆挤出机中，挤出成为条料，后经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即可。
在实际制备过程中，双螺杆挤出机按照原料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头，各加热区的加热温度依次设定为：第一加热区的温度T1=180℃，第二加热区的温度T2=220℃，第三加热区的温度T3=230℃，第四加热区的温度T4=250℃；并且挤出模头的温度为230℃。
实施例6：
本实施例高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子由以下重量份的原料制备而成：聚碳酸酯100份、改性氧化石墨烯20份、乙撑双硬脂酰胺5份、聚乙烯蜡3份以及抗氧化剂4份。
其中，改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
步骤（I）：取氧化石墨烯加入到去离子水中，超声使氧化石墨烯充分分散、剥离，制得氧化石墨烯悬浮液；
步骤（II）：称取改性壳聚糖加入到冰醋酸溶液中，充分搅拌溶解，然后将其缓慢加入步骤（I）制得的氧化石墨烯悬浮液中，边加边搅拌，后经超声处理，得到分散均匀稳定的悬浮液，再采用去离子水对其进行离心洗涤至中性，经真空抽滤，将所得的滤饼进行真空干燥，后经研磨过筛即可。
步骤（I）中氧化石墨烯为通过Hummers法制备的氧化石墨烯，其与去离子水的质量体积比为180g：1L，步骤（II）中改性壳聚糖与冰醋酸溶液的质量体积比为32g：1L；冰醋酸溶液的质量百分含量为6%；步骤（II）中研磨过筛是指研磨过100目筛。
步骤（II）中改性壳聚糖为负载有改性Fe3O4粒子以及纳米ZnO颗粒的壳聚糖，其制备方法包括以下步骤：
步骤（A）：将纳米Fe3O4、NaOH和水加入反应釜搅拌混合，温度升至70℃后，依次加入正硅酸乙酯、硅烷偶联剂，将所得溶液于外加磁场下分离，将上层液去除，下层粒子用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤若干次后，干燥，即制得改性Fe3O4粒子；
步骤（B）：将壳聚糖加入到乙酸溶液中，充分搅拌混合均匀，再加入步骤（A）制得的改性Fe3O4粒子和纳米ZnO颗粒，于50℃下超声处理1小时，随后干燥固化，研磨过筛即可。
步骤（A）中纳米Fe3O4的粒径为100nm，纳米Fe3O4与NaOH、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的质量比为1:4:10:3；步骤（B）中改性Fe3O4粒子与纳米ZnO颗粒的质量比为1:1，纳米ZnO颗粒为300nm；超声处理的条件为：处理频率为21.5kHz，处理时间为1小时；步骤（A）中硅烷偶联剂选自市售的KH-570；步骤（B）中研磨过筛是指研磨过400目筛。
抗氧化剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯与硫代二丙酸二月桂酯按质量比为3:1:1混合而成。
本实施例氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子的制备方法为：按重量份将原料置于混合机中，充分混合均匀，后转移至双螺杆挤出机中，挤出成为条料，后经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即可。
在实际制备过程中，双螺杆挤出机按照原料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头，各加热区的加热温度依次设定为：第一加热区的温度T1=220℃，第二加热区的温度T2=225℃，第三加热区的温度T3=245℃，第四加热区的温度T4=260℃；并且挤出模头的温度为240℃。
实施例7：
本实施例高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子由以下重量份的原料制备而成：聚碳酸酯98份、改性氧化石墨烯16份、乙撑双硬脂酰胺4份、聚乙烯蜡3份以及抗氧化剂3份。
其中，改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
步骤（I）：取氧化石墨烯加入到去离子水中，超声使氧化石墨烯充分分散、剥离，制得氧化石墨烯悬浮液；
步骤（II）：称取改性壳聚糖加入到冰醋酸溶液中，充分搅拌溶解，然后将其缓慢加入步骤（I）制得的氧化石墨烯悬浮液中，边加边搅拌，后经超声处理，得到分散均匀稳定的悬浮液，再采用去离子水对其进行离心洗涤至中性，经真空抽滤，将所得的滤饼进行真空干燥，后经研磨过筛即可。
步骤（I）中氧化石墨烯为通过Hummers法制备的氧化石墨烯，其与去离子水的质量体积比为175g：1L，步骤（II）中改性壳聚糖与冰醋酸溶液的质量体积比为30g：1L；冰醋酸溶液的质量百分含量为5%；步骤（II）中研磨过筛是指研磨过100目筛。
步骤（II）中改性壳聚糖为负载有改性Fe3O4粒子以及纳米ZnO颗粒的壳聚糖，其制备方法包括以下步骤：
步骤（A）：将纳米Fe3O4、NaOH和水加入反应釜搅拌混合，温度升至70℃后，依次加入正硅酸乙酯、硅烷偶联剂，将所得溶液于外加磁场下分离，将上层液去除，下层粒子用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤若干次后，干燥，即制得改性Fe3O4粒子；
步骤（B）：将壳聚糖加入到乙酸溶液中，充分搅拌混合均匀，再加入步骤（A）制得的改性Fe3O4粒子和纳米ZnO颗粒，于50℃下超声处理1.2小时，随后干燥固化，研磨过筛即可。
步骤（A）中纳米Fe3O4的粒径为85nm，纳米Fe3O4与NaOH、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的质量比为1:4:10:2.8；步骤（B）中改性Fe3O4粒子与纳米ZnO颗粒的质量比为1:1，纳米ZnO颗粒为260nm；超声处理的条件为：处理频率为22kHz，处理时间为1小时；步骤（A）中硅烷偶联剂选自市售的KH-570；步骤（B）中研磨过筛是指研磨过400目筛。
抗氧化剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯与硫代二丙酸二月桂酯按质量比为3:1:1混合而成。
本实施例氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子的制备方法为：按重量份将原料置于混合机中，充分混合均匀，后转移至双螺杆挤出机中，挤出成为条料，后经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即可。
在实际制备过程中，双螺杆挤出机按照原料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头，各加热区的加热温度依次设定为：第一加热区的温度T1=220℃，第二加热区的温度T2=230℃，第三加热区的温度T3=240℃，第四加热区的温度T4=255℃；并且挤出模头的温度为240℃。
实施例8：
本实施例高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子由以下重量份的原料制备而成：聚碳酸酯96份、改性氧化石墨烯14份、乙撑双硬脂酰胺3份、聚乙烯蜡2份以及抗氧化剂3份。
其中，改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
步骤（I）：取氧化石墨烯加入到去离子水中，超声使氧化石墨烯充分分散、剥离，制得氧化石墨烯悬浮液；
步骤（II）：称取改性壳聚糖加入到冰醋酸溶液中，充分搅拌溶解，然后将其缓慢加入步骤（I）制得的氧化石墨烯悬浮液中，边加边搅拌，后经超声处理，得到分散均匀稳定的悬浮液，再采用去离子水对其进行离心洗涤至中性，经真空抽滤，将所得的滤饼进行真空干燥，后经研磨过筛即可。
步骤（I）中氧化石墨烯为通过Hummers法制备的氧化石墨烯，其与去离子水的质量体积比为175g：1L，步骤（II）中改性壳聚糖与冰醋酸溶液的质量体积比为30g：1L；冰醋酸溶液的质量百分含量为5%；步骤（II）中研磨过筛是指研磨过100目筛。
步骤（II）中改性壳聚糖为负载有改性Fe3O4粒子以及纳米ZnO颗粒的壳聚糖，其制备方法包括以下步骤：
步骤（A）：将纳米Fe3O4、NaOH和水加入反应釜搅拌混合，温度升至70℃后，依次加入正硅酸乙酯、硅烷偶联剂，将所得溶液于外加磁场下分离，将上层液去除，下层粒子用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤若干次后，干燥，即制得改性Fe3O4粒子；
步骤（B）：将壳聚糖加入到乙酸溶液中，充分搅拌混合均匀，再加入步骤（A）制得的改性Fe3O4粒子和纳米ZnO颗粒，于50℃下超声处理1.2小时，随后干燥固化，研磨过筛即可。
步骤（A）中纳米Fe3O4的粒径为70nm，纳米Fe3O4与NaOH、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的质量比为1:4:10:2.5；步骤（B）中改性Fe3O4粒子与纳米ZnO颗粒的质量比为1:1，纳米ZnO颗粒为280nm；超声处理的条件为：处理频率为22kHz，处理时间为1小时；步骤（A）中硅烷偶联剂选自市售的KH-570；步骤（B）中研磨过筛是指研磨过400目筛。
抗氧化剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯与硫代二丙酸二月桂酯按质量比为3:1:1混合而成。
本实施例氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子的制备方法为：按重量份将原料置于混合机中，充分混合均匀，后转移至双螺杆挤出机中，挤出成为条料，后经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即可。
在实际制备过程中，双螺杆挤出机按照原料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头，各加热区的加热温度依次设定为：第一加热区的温度T1=220℃，第二加热区的温度T2=230℃，第三加热区的温度T3=240℃，第四加热区的温度T4=260℃；并且挤出模头的温度为240℃。
对比例1：
本对比例材料配方中，采用氧化石墨烯代替改性氧化石墨烯，其余同实施例1。
对比例2：
本对比例材料配方中，不含改性氧化石墨烯，其余同实施例1。
实施例1-8以及对比例1-2制得的材料的性能测试如下：
测试条件：
拉伸强度按照GB/T1040-1992测试。
氧指数按照GB/T2460-1993测试。
测试结果见表1。
表1 试验测试结果
由表1测试结果分析可知，本发明制得的氧化石墨烯改性聚碳酯酸材料的力学性能能够达到使用标准，并且所得的塑料粒子经高温一段时间后，力学强度损失较小，具有很好的耐热稳定性，并且阻燃性能优异，可有效提高材料的安全性，具有很好的应用前景。
Claims (10)
1.高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子，其特征在于，该塑料粒子由包括以下重量份的原料制备而成：聚碳酸酯80-100份、改性氧化石墨烯8-20份、乙撑双硬脂酰胺1-5份、聚乙烯蜡1-3份以及抗氧化剂2-4份。
2.根据权利要求1所述的高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子，其特征在于，所述的改性氧化石墨烯的制备方法包括以下步骤：
步骤（I）：取氧化石墨烯加入到去离子水中，超声使氧化石墨烯充分分散、剥离，制得氧化石墨烯悬浮液；
步骤（II）：称取改性壳聚糖加入到冰醋酸溶液中，充分搅拌溶解，然后将其缓慢加入步骤（I）制得的氧化石墨烯悬浮液中，边加边搅拌，后经超声处理，得到分散均匀稳定的悬浮液，再采用去离子水对其进行离心洗涤至中性，经真空抽滤，将所得的滤饼进行真空干燥，后经研磨过筛即可。
3.根据权利要求2所述的高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子，其特征在于，步骤（I）中所述的氧化石墨烯与去离子水的质量体积比为120-180g：1L。
4.根据权利要求2所述的高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子，其特征在于，步骤（II）中所述的改性壳聚糖与冰醋酸溶液的质量体积比为18-32g：1L。
5.根据权利要求4所述的高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子，其特征在于，所述的冰醋酸溶液的质量百分含量为3-6%。
6.根据权利要求2所述的高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子，其特征在于，步骤（II）中所述的改性壳聚糖为负载有改性Fe3O4粒子以及纳米ZnO颗粒的壳聚糖，其制备方法包括以下步骤：
步骤（A）：将纳米Fe3O4、NaOH和水加入反应釜搅拌混合，温度升至65-78℃后，依次加入正硅酸乙酯、硅烷偶联剂，将所得溶液于外加磁场下分离，将上层液去除，下层粒子用无水乙醇和蒸馏水交替洗涤若干次后，干燥，即制得改性Fe3O4粒子；
步骤（B）：将壳聚糖加入到乙酸溶液中，充分搅拌混合均匀，再加入步骤（A）制得的改性Fe3O4粒子和纳米ZnO颗粒，于35-50℃下超声处理1-2小时，随后干燥固化，研磨过筛即可。
7.根据权利要求6所述的高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子，其特征在于，步骤（A）中所述的纳米Fe3O4的粒径为60-100nm，所述的纳米Fe3O4与NaOH、正硅酸乙酯、硅烷偶联剂的质量比为1:4:10:2-3；
步骤（B）中所述的改性Fe3O4粒子与纳米ZnO颗粒的质量比为1:1，所述的纳米ZnO颗粒为200-300nm；所述的超声处理的条件为：处理频率为20-22kHz，处理时间为0.5-1.5小时。
8.根据权利要求2所述的高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子，其特征在于，所述的抗氧化剂为四(β-(3,5-二叔丁基-4-羟基苯基)丙酸)季戊四醇酯、三(2,4-二叔丁基)亚磷酸苯酯与硫代二丙酸二月桂酯按质量比为3:1:1混合而成。
9.如权利要求1-8任一项所述的高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子的制备方法，其特征在于，按重量份将原料置于混合机中，充分混合均匀，后转移至双螺杆挤出机中，挤出成为条料，后经水槽冷却、牵引进入切粒机造粒即可。
10.根据权利要求9所述的高耐热氧化石墨烯改性聚碳酸酯塑料粒子的制备方法，其特征在于，所述的双螺杆挤出机按照原料经过的先后次序分为4个加热区和挤出模头，各加热区的加热温度依次设定为：第一加热区的温度T1=180-220℃，第二加热区的温度T2=220-230℃，第三加热区的温度T3=230-250℃，第四加热区的温度T4=250-260℃；并且所述的挤出模头的温度为230-240℃。
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