CN110172208A - 一种石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料及其制备方法，特点是由以下重量份数的原料熔融共混挤出制备：聚丙烯100重量份、石墨烯0.1‑5重量份、聚丙烯接枝共聚物5‑10重量份、甘油乙撑双硬脂酰胺1‑5重量份和硅烷偶联剂0.2重量份，其制备方法为将聚丙烯接枝共聚物、聚丙烯、石墨烯、甘油乙撑双硬脂酰胺和偶联剂经充分干燥去除水分后，按上述重量份数称取经高混机充分混匀，混匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒，即得到石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料，优点是石墨烯、聚丙烯接枝共聚物和甘油乙撑双硬脂酰胺三者协同作用在显著提高聚丙烯抗静电效果的同时提高其力学性能。

Description

一种石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料及其制备方法
技术领域
本发明属于石墨烯复合抗静电塑料技术领域，具体涉及一种石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料及其制备方法。
背景技术
塑料产品已在工业生产、日常生活中发挥着不可替代性的作用，但在其使用过程中因静电积累造成的吸尘、电击、甚至火花导致爆炸等现象已成为塑料产业亟待解决的问题，为从源头上提高塑料产品的抗静电性能，塑料抗静电改性已成为塑料改性研究的重要方向之一。目前，常规的抗静电改性方法主要由导电填料添加、抗静电剂添加两大类，其中导电填料改性(主要包含金属导电填料、碳系导电填料等)主要通过构建物理导电网络机理提高复合材料的导电性以达到抗静电效果，而抗静电剂多具有表面活性，其亲水基团可增强复合材料的表面吸湿性，而形成单分子层导电膜加快静电荷的泄露。随着塑料制品应用领域不断扩大，以上单一的抗静电改性方法往往很难达到综合性能要求，例如，导电填料的添加对制品的抗静电效果有显著的作用，但因添加量较大，往往会给复合材料的力学性能带来不利影响，而抗静电剂的使用也同样存在添加量大、非永久抗静电等问题，添加量往往超过20％。所以，如何通过少量抗静电剂、导电填料的添加显著增强塑料制品的抗静电效果，同时对塑料制品的其它性能也有所提高，是目前该领域研究的重要趋势之一。
石墨烯自发现以来，因其出色的导电、导热性能得到了研究人员的极大关注。在塑料抗静电改性领域，与炭黑类、碳纳米管导电填料相比，石墨烯的厚度为纳米级(7-10层石墨烯微片厚度)，直径在微米范围，且可弯曲，具有很大的形状比，可在高分子基底材料中有效构建三维导电通道。在石墨烯复合抗静电塑料领域，发明专利CN201510700267.6公开了一种抗静电阻燃型石墨烯基聚丙烯复合材料及其制备方法，其抗静电组份由2-10质量份的石墨烯微片、0.1-0.5质量份的导热碳纤维、5-30质量份的石墨粉复配，通过双螺杆挤出得到复合聚丙烯材料，具有较好的抗静电、阻燃特性，但从该配方可以看出无机填料组份比例较高，虽然保证了抗静电、阻燃特性，但无机填料的大量添加必然增大其与树脂间的界面问题，相容性问题突出，从而大大影响整体塑料的力学性能。因此，亟需开发一种在提高聚丙烯抗静电的同时使其力学性能也不受影响的石墨烯复合抗静电塑料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种显著提高聚丙烯塑料的抗静电效果同时提高其力学性能的石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料及其制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料，该塑料由以下重量份数的原料熔融共混挤出制备：聚丙烯(PP)100重量份、石墨烯0.1-5重量份、聚丙烯接枝共聚物(PP-g-MAH-g-PAM)5-10重量份、甘油乙撑双硬脂酰胺1-5重量份和硅烷偶联剂0.2重量份。
优选的，所述的聚丙烯接枝共聚物(PP-g-MAH-g-PAM)由马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)与聚丙烯酰胺(PAM)按质量比10:1的比例熔融共混挤出接枝得到。
上述石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料的制备方法，包括以下步骤：
(1)制备聚丙烯接枝共聚物(PP-g-MAH-g-PAM)
按照质量比10:1分别称取一定质量的马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)和聚丙烯酰胺(PAM)，经高混机充分混匀后，放入双螺杆挤出机挤出造粒得到聚丙烯接枝共聚物(PP-g-MAH-g-PAM)，干燥保存；
(2)制备石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料
将步骤(1)制得的聚丙烯接枝共聚物(PP-g-MAH-g-PAM)、聚丙烯(PP)、石墨烯、甘油乙撑双硬脂酰胺和偶联剂经充分干燥去除水分后，按以下重量份数称取聚丙烯(PP)100重量份、石墨烯0.1-5重量份、聚丙烯接枝共聚物(PP-g-MAH-g-PAM)5-10重量份、甘油乙撑双硬脂酰胺1-5重量份、硅烷偶联剂0.2重量份经高混机充分混匀，混匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒，即得到石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料。
优先的，步骤(1)中所述的马来酸酐接枝聚丙烯(PP-g-MAH)接枝率大于1.2wt％。
优先的，步骤(2)所述的石墨烯为插层剥离法制备得到，平均层数低于10层，电导率>500S/cm。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明中，抗静电组份由石墨烯、高分子抗静电剂PP-g-MAH-g-PAM、非离子抗静电剂甘油乙撑双硬脂酰胺复配得到，在少量添加情况下，石墨烯在PP基材分散后可与PP-g-MAH-g-PAM、甘油乙撑双硬脂酰胺共同形成有效的导电网络，有利于静电荷的溢出，从而提高聚丙烯塑料的抗静电效果；同时，PP-g-MAH-g-PAM、甘油乙撑双硬脂酰胺均为抗静电剂，可以通过提高制品表面的吸湿作用提高抗静电性能；三种抗静电剂复配使用兼顾了内部导电网路导电、表面亲水抗静电效果，协同效应明显。
(2)本发明中，石墨烯、PP-g-MAH-g-PAM的复合可以显著提高聚丙烯塑料的力学性能，这主要源于PP-g-MAH-g-PAM在PP体系中除起到导电作用外，还可以起到一定偶联作用，使得石墨烯片层与PP之间不会出现明显的相分离，外加石墨烯的片层结构及柔韧性，所以有利于提升PP基材的整体力学性能；此外，甘油乙撑双硬脂酰胺除发挥抗静电剂作用外，还可以起到很好的润滑作用，因此，三种抗静电剂的复配在提高复合材料抗静电性能的同时并没有牺牲其它性能，综合性能有所提高，配方及工艺流程简便，非常适合规模化工业生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料，该塑料由以下重量份数的原料熔融共混挤出制备：聚丙烯(PP)100重量份、石墨烯0.1重量份、聚丙烯接枝共聚物(PP-g-MAH-g-PAM)5重量份、甘油乙撑双硬脂酰胺1重量份、硅烷偶联剂(优选为硅烷偶联剂KH-550)0.2重量份；其制备方法，包括以下步骤：
(1)制备聚丙烯接枝共聚物(PP-g-MAH-g-PAM)
按照质量比10:1分别称取一定质量的PP-g-MAH、PAM，经高混机充分混匀后，放入双螺杆挤出机挤出造粒得到，所得PP-g-MAH-g-PAM需干燥保存。
(2)制备石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料
将步骤(1)制得的PP-g-MAH-g-PAM、PP、石墨烯、甘油乙撑双硬脂酰胺和偶联剂经充分干燥去除水分后，按照PP100重量份、石墨烯0.1重量份、PP-g-MAH-g-PAM 5重量份、甘油乙撑双硬脂酰胺1重量份、硅烷偶联剂0.2重量份经高混机充分混匀，混匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒。
实施例2-6
与实施例1基本相同，区别在于各组分的配比不同，具体见表1。
对比例1
与实施例5基本相同，区别在于未添加石墨烯，具体见表1。
对比例2-6
与实施例5基本相同，区别在三种抗静电剂含有两种或一种，具体见表1。
表1石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料组份(质量份)
实施例1-6及对比例1-4的部分性能指标测试结果如表2所示：
表2性能指标
由实施例1、实施例2和实施例3可知，石墨烯少量添加时会显著增强复合材料的抗静电性能，同时对于力学性能也有所帮助，但添加量太高或太低均会影响复合材料的抗冲击性能。
由实施例1-6可知，PP-g-MAH-g-PAM、甘油乙撑双硬脂酰胺均为抗静电剂，可以通过提高制品表面的吸湿作用提高抗静电性能，同时，石墨烯、PP-g-MAH-g-PAM、甘油乙撑双硬脂酰胺可在聚丙烯塑料中共同形成有效的导电网络，有利于静电荷的溢出，内外部抗静电协同，可有效提高聚丙烯塑料的抗静电性能；此外，石墨烯、PP-g-MAH-g-PAM和甘油乙撑双硬脂酰胺的添加可以显著提高聚丙烯塑料的力学性能。
由对比例1-6可知，单独添加石墨烯、PP-g-MAH-g-PAM或者甘油乙撑双硬脂酰胺，或者石墨烯、PP-g-MAH-g-PAM和甘油乙撑双硬脂酰胺等两两复合作为抗静电组份的改性聚丙烯塑料都与三者复配改性的性能有所差距，由此可见该配方中三种抗静电组份起到了很好的协同作用。
上述说明并非对本发明的限制，本发明也并不限于上述举例。本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内，做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料，其特征在于该塑料由以下重量份数的原料熔融共混挤出制备：聚丙烯100重量份、石墨烯0.1-5重量份、聚丙烯接枝共聚物5-10重量份、甘油乙撑双硬脂酰胺1-5重量份和硅烷偶联剂0.2重量份。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料，其特征在于：所述的聚丙烯接枝共聚物由马来酸酐接枝聚丙烯与聚丙烯酰胺按质量比10:1的比例熔融共混挤出接枝得到。
3.一种权利要求2所述的石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
(3)制备聚丙烯接枝共聚物
按照质量比10:1分别称取一定质量的马来酸酐接枝聚丙烯和聚丙烯酰胺，经高混机充分混匀后，放入双螺杆挤出机挤出造粒得到聚丙烯接枝共聚物，干燥保存；
(4)制备石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料
将步骤(1)制得的聚丙烯接枝共聚物、聚丙烯、石墨烯、甘油乙撑双硬脂酰胺和偶联剂经充分干燥去除水分后，按以下重量份数称取聚丙烯100重量份、石墨烯0.1-5重量份、聚丙烯接枝共聚物5-10重量份、甘油乙撑双硬脂酰胺1-5重量份、硅烷偶联剂0.2重量份经高混机充分混匀，混匀后加入双螺杆挤出机挤出造粒，即得到石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料。
4.根据权利要求3所述的一种石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料的制备方法，其特征在于：步骤(1)中所述的马来酸酐接枝聚丙烯接枝率大于1.2wt％。
5.根据权利要求3所述的一种石墨烯复合抗静电聚丙烯塑料的制备方法，其特征在于：步骤(2)所述的石墨烯为插层剥离法制备得到，平均层数低于10层，电导率>500S/cm。
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