CN110452463A - 一种改性石墨烯塑料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性石墨烯塑料及制备方法，包括以下步骤：将石墨烯材料加入有机溶剂中，并加入表面活性剂，得到混合溶液，之后向混合溶液内加入NaOH溶液调节混合溶液的pH至9.5～10.5，并依次加入改性剂、分散剂和抗氧剂，并将此时的混合溶液进行超声处理，干燥得到改性石墨烯，将塑料基材加热至250～300℃，得到熔融状态下的塑料基材，将上述得到的改性石墨烯加入到熔融状态下的塑料基材内，并加热偶联剂混合搅拌，得到搅拌后的混合物，将混合物置于高速混合机内混合后，送入双螺杆挤出机内挤出造粒，即得到改性石墨烯塑料。该改性石墨烯塑料及制备方法，使制备的改性石墨烯塑料也具有其优良的导电性能、导热性能和力学性能。

Description

一种改性石墨烯塑料及制备方法
技术领域
本发明属于改性塑料制备技术领域，具体涉及一种改性石墨烯塑料及制备方法。
背景技术
随着工业生产和科学技术的发展，人们对导热材料综合性能的要求也越来越高，传统的金属、陶瓷等材料已无法满足某些特殊场合的需求，如化工生产和废水处理中使用的热交换器，既需要材料具有导热能力，又要求其耐化学腐蚀；在电子电路中使用大功率管，其底部就需要绝缘的散热器件。另外有色金属资源紧张，有必要开发一种可代替金属铝、铜的导热塑料。
随着石墨烯的快速发展，其所具有的导电和导热性能成为大家研究和关注的热点，但是，石墨烯纳米片层之间存在着强烈的分子间作用力，导致石墨烯片层容易团聚，难以在树脂中分散，这就会大幅度降低石墨烯填料对树脂的增韧增强作用，因此如何提高石墨烯在树脂中的稳定性和更高效的制备石墨烯塑料的工艺成为现阶段的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改性石墨烯塑料及制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种改性石墨烯塑料，所述改性石墨烯塑料包括以下质量份的原料制成：塑料基材50～80份、石墨烯1～6份、分散剂0.4～2份、改性剂0.1～0.3份、表面活性剂0.5～1.5份、抗氧剂0.3～1.2份、偶联剂1～3份。
优选的，所述改性石墨烯塑料包括以下质量份的原料制成：塑料基材70份、石墨烯4份、分散剂1.3份、改性剂0.2份、表面活性剂1份、抗氧剂0.8份、偶联剂2份。
优选的，所述塑料基材包括PP塑料、PVA塑料、PVE塑料、HDPE塑料或PE～RT塑料中的任一种，所述石墨烯为烷基化石墨烯、氨基化石墨烯、巯基化石墨烯或氧化石墨烯中的一种或多种混合。
优选的，所述分散剂为硼纤维、液体石蜡和聚乙烯蜡，所述改性剂为为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种以上的复合物。
优选的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚山梨酯和氨基聚醚有机硅中的一种或多组混合，所述抗氧剂为抗氧剂CA、抗氧剂164、抗氧剂MB中的一种。
优选的，所述偶联剂为硅烷偶联剂，包括KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171。
一种改性石墨烯塑料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将石墨烯材料加入有机溶剂中，并加入表面活性剂，得到混合溶液，之后向混合溶液内加入NaOH溶液调节混合溶液的pH至9.5～10.5，并依次加入改性剂、分散剂和抗氧剂，并将此时的混合溶液进行超声处理，干燥得到改性石墨烯；
S2：将塑料基材加热至250～300℃，得到熔融状态下的塑料基材；
S3：将S1中得到的改性石墨烯加入到S2中熔融状态下的塑料基材内，并加热偶联剂混合搅拌，得到搅拌后的混合物，将混合物置于高速混合机内混合后，送入双螺杆挤出机内挤出造粒，即得到改性石墨烯塑料。
优选的，S1中，有机溶剂为丙酮、无水乙醇、乙二醇、乙酸丁酯、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺中的一种或几种混合。
优选的，S1中，超声处理的温度在45～50℃，超声处理的时间在1.5～2小时，超声处理后，回收有机溶剂并进行离心分离，水洗至中性。
本发明的技术效果和优点：该改性石墨烯塑料及制备方法，通过石墨烯与塑料基材的配合，其制备的过程中添加有分散剂、改性剂、表面活性剂、抗氧剂和偶联剂，使制备的改性石墨烯塑料的化学性质稳定，且具有优良的稳定性，并优良的保留了石墨烯的性能，使制备的改性石墨烯塑料也具有其优良的导电性能、导热性能和力学性能，并且由石墨烯改性后与熔融状态下的塑料基材配合制作，其制备工艺简单，生产成本低，生产过程中无环境污染，易于提高整体工业的制备效率。
具体实施方式
下面将结合本发明的内容，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的内容仅仅是本发明一部分内容，而不是全部的内容。基于本发明中的内容，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他内容，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明提供了一种改性石墨烯塑料，所述改性石墨烯塑料包括以下质量份的原料制成：塑料基材50份、石墨烯1份、分散剂0.4份、改性剂0.1份、表面活性剂0.5份、抗氧剂0.3份、偶联剂1份。
具体的，所述塑料基材包括PP塑料、PVA塑料、PVE塑料、HDPE塑料或PE～RT塑料中的任一种，所述石墨烯为烷基化石墨烯、氨基化石墨烯、巯基化石墨烯或氧化石墨烯中的一种或多种混合。
具体的，所述分散剂为硼纤维、液体石蜡和聚乙烯蜡，所述改性剂为为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种以上的复合物。
具体的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚山梨酯和氨基聚醚有机硅中的一种或多组混合，所述抗氧剂为抗氧剂CA、抗氧剂164、抗氧剂MB中的一种。
具体的，所述偶联剂为硅烷偶联剂，包括KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171。
一种改性石墨烯塑料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将石墨烯材料加入有机溶剂中，并加入表面活性剂，得到混合溶液，之后向混合溶液内加入NaOH溶液调节混合溶液的pH至9.5，并依次加入改性剂、分散剂和抗氧剂，并将此时的混合溶液进行超声处理，干燥得到改性石墨烯；
S2：将塑料基材加热至250℃，得到熔融状态下的塑料基材；
S3：将S1中得到的改性石墨烯加入到S2中熔融状态下的塑料基材内，并加热偶联剂混合搅拌，得到搅拌后的混合物，将混合物置于高速混合机内混合后，送入双螺杆挤出机内挤出造粒，即得到改性石墨烯塑料。
具体的，S1中，有机溶剂为丙酮、无水乙醇、乙二醇、乙酸丁酯、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺中的一种或几种混合。
具体的，S1中，超声处理的温度在45℃，超声处理的时间在1.5小时，超声处理后，回收有机溶剂并进行离心分离，水洗至中性。
实施例2
一种改性石墨烯塑料，所述改性石墨烯塑料包括以下质量份的原料制成：塑料基材70份、石墨烯4份、分散剂1.3份、改性剂0.2份、表面活性剂1份、抗氧剂0.8份、偶联剂2份。
具体的，所述塑料基材包括PP塑料、PVA塑料、PVE塑料、HDPE塑料或PE～RT塑料中的任一种，所述石墨烯为烷基化石墨烯、氨基化石墨烯、巯基化石墨烯或氧化石墨烯中的一种或多种混合。
具体的，所述分散剂为硼纤维、液体石蜡和聚乙烯蜡，所述改性剂为为γ-(2,3-环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种以上的复合物。
具体的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚山梨酯和氨基聚醚有机硅中的一种或多组混合，所述抗氧剂为抗氧剂CA、抗氧剂164、抗氧剂MB中的一种。
具体的，所述偶联剂为硅烷偶联剂，包括KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171。
一种改性石墨烯塑料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将石墨烯材料加入有机溶剂中，并加入表面活性剂，得到混合溶液，之后向混合溶液内加入NaOH溶液调节混合溶液的pH至10，并依次加入改性剂、分散剂和抗氧剂，并将此时的混合溶液进行超声处理，干燥得到改性石墨烯；
S2：将塑料基材加热至280℃，得到熔融状态下的塑料基材；
S3：将S1中得到的改性石墨烯加入到S2中熔融状态下的塑料基材内，并加热偶联剂混合搅拌，得到搅拌后的混合物，将混合物置于高速混合机内混合后，送入双螺杆挤出机内挤出造粒，即得到改性石墨烯塑料。
具体的，S1中，有机溶剂为丙酮、无水乙醇、乙二醇、乙酸丁酯、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺中的一种或几种混合。
具体的，S1中，超声处理的温度在50℃，超声处理的时间在2小时，超声处理后，回收有机溶剂并进行离心分离，水洗至中性。
实施例3
一种改性石墨烯塑料，一种改性石墨烯塑料及制备方法，所述改性石墨烯塑料包括以下质量份的原料制成：塑料基材80份、石墨烯6份、分散剂2份、改性剂0.3份、表面活性剂1.5份、抗氧剂1.2份、偶联剂3份。
具体的，所述塑料基材包括PP塑料、PVA塑料、PVE塑料、HDPE塑料或PE～RT塑料中的任一种，所述石墨烯为烷基化石墨烯、氨基化石墨烯、巯基化石墨烯或氧化石墨烯中的一种或多种混合。
具体的，所述分散剂为硼纤维、液体石蜡和聚乙烯蜡，所述改性剂为为γ-(2,3-氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种以上的复合物。
具体的，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚山梨酯和氨基聚醚有机硅中的一种或多组混合，所述抗氧剂为抗氧剂CA、抗氧剂164、抗氧剂MB中的一种。
具体的，所述偶联剂为硅烷偶联剂，包括KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171。
一种改性石墨烯塑料的制备方法，包括以下步骤：
S1：将石墨烯材料加入有机溶剂中，并加入表面活性剂，得到混合溶液，之后向混合溶液内加入NaOH溶液调节混合溶液的pH至10.5，并依次加入改性剂、分散剂和抗氧剂，并将此时的混合溶液进行超声处理，干燥得到改性石墨烯；
S2：将塑料基材加热至300℃，得到熔融状态下的塑料基材；
S3：将S1中得到的改性石墨烯加入到S2中熔融状态下的塑料基材内，并加热偶联剂混合搅拌，得到搅拌后的混合物，将混合物置于高速混合机内混合后，送入双螺杆挤出机内挤出造粒，即得到改性石墨烯塑料。
具体的，S1中，有机溶剂为丙酮、无水乙醇、乙二醇、乙酸丁酯、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺中的一种或几种混合。
具体的，S1中，超声处理的温度在50℃，超声处理的时间在2小时，超声处理后，回收有机溶剂并进行离心分离，水洗至中性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种改性石墨烯塑料，其特征在于：所述改性石墨烯塑料包括以下质量份的原料制成：塑料基材50～80份、石墨烯1～6份、分散剂0.4～2份、改性剂0.1～0.3份、表面活性剂0.5～1.5份、抗氧剂0.3～1.2份、偶联剂1～3份。
2.根据权利要求1所述的一种改性石墨烯塑料，其特征在于：所述改性石墨烯塑料包括以下质量份的原料制成：塑料基材70份、石墨烯4份、分散剂1.3份、改性剂0.2份、表面活性剂1份、抗氧剂0.8份、偶联剂2份。
3.根据权利要求1～2任一项所述的一种改性石墨烯塑料，其特征在于：所述塑料基材包括PP塑料、PVA塑料、PVE塑料、HDPE塑料或PE～RT塑料中的任一种，所述石墨烯为烷基化石墨烯、氨基化石墨烯、巯基化石墨烯或氧化石墨烯中的一种或多种混合。
4.根据权利要求1～2任一项所述的一种改性石墨烯塑料，其特征在于：所述分散剂为硼纤维、液体石蜡和聚乙烯蜡，所述改性剂为为γ-(2,3～环氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷、三甲氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基三乙氧基硅烷、γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷、γ-巯丙基三乙氧基硅烷、γ-氨丙基甲基二乙氧基硅烷中的一种或两种以上的复合物。
5.根据权利要求1～2任一项所述的一种改性石墨烯塑料，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠、聚山梨酯和氨基聚醚有机硅中的一种或多组混合，所述抗氧剂为抗氧剂CA、抗氧剂164、抗氧剂MB中的一种。
6.根据权利要求1～2任一项所述的一种改性石墨烯塑料，其特征在于：所述偶联剂为硅烷偶联剂，包括KH550，KH560，KH570，KH792，DL602，DL171。
7.根据权利要求1～2任一项所述的一种改性石墨烯塑料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将石墨烯材料加入有机溶剂中，并加入表面活性剂，得到混合溶液，之后向混合溶液内加入NaOH溶液调节混合溶液的pH至9.5～10.5，并依次加入改性剂、分散剂和抗氧剂，并将此时的混合溶液进行超声处理，干燥得到改性石墨烯；
S2：将塑料基材加热至250～300℃，得到熔融状态下的塑料基材；
S3：将S1中得到的改性石墨烯加入到S2中熔融状态下的塑料基材内，并加热偶联剂混合搅拌，得到搅拌后的混合物，将混合物置于高速混合机内混合后，送入双螺杆挤出机内挤出造粒，即得到改性石墨烯塑料。
8.根据权利要求7所述的一种改性石墨烯塑料的制备方法，其特征在于：S1中，有机溶剂为丙酮、无水乙醇、乙二醇、乙酸丁酯、乙酸乙酯、二甲基甲酰胺中的一种或几种混合。
9.根据权利要求7所述的一种改性石墨烯塑料的制备方法，其特征在于：S1中，超声处理的温度在45～50℃，超声处理的时间在1.5～2小时，超声处理后，回收有机溶剂并进行离心分离，水洗至中性。
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