CN111363346B - 一种石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的方法及产品 - Google Patents

一种石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的方法及产品 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的方法，其特征在于，包括：(1)利用分散剂对炭黑进行改性，得到改性炭黑；氧化石墨烯与改性炭黑在溶剂中混匀，后处理得到氧化石墨烯包覆改性炭黑；所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、APS、DL‑602、十二烷基硫酸钠中的一种或多种；(2)利用还原剂对得到的氧化石墨烯包覆改性炭黑还原，后处理得到石墨烯包覆炭黑；(3)将得到的石墨烯包覆炭黑与基体母料熔融混匀、造粒后得到抗静电黑色母粒。该方法所制备的黑色抗静电母粒能够使得炭黑在基体材料中大幅度地提高分散性、颜色均匀性及抗静电性。

Description

一种石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的方法及产品
技术领域
本发明涉及炭黑有色母粒的制备领域，具体涉及一种石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的方法及产品。
背景技术
色母粒(颜料浓缩物)作为一种着色强度高、色泽均匀、安全无污染、便于运输储藏等优点，被广泛应用于塑料、合成纤维、薄膜、电缆、建筑材料等多种产品染色中。
目前，国内的黑色母粒大多浓度不高，亦或是不易分散。炭黑本身因其巨大的表面能而极易形成团聚体，炭黑也常以团聚体形式存在，造成了在聚合物基体中难以分散、颜色不均匀，导致易于产生断头、堵塞等问题。由于炭黑自身具有易团聚的特点，要使炭黑在色母粒中有优良的分散性，可采用经过预分散处理的炭黑和使用高分散力的设备，但前两种方法成本较高。
此外，国内采用现有技术中的分散剂对炭黑进行分散所制得的炭黑色母粒，其颜料分散性不佳，抗静电性能不达标，在进行生产纺丝时比较困难，导致成本升高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的制备方法，该方法所制备的黑色母粒能够使得炭黑在基体材料中大幅度地提高分散性及抗静电性能。
本发明所提供的技术方案为：
一种石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的方法，包括：
(1)利用分散剂对炭黑进行改性，得到改性炭黑；氧化石墨烯与改性炭黑在溶剂中混匀，后处理得到氧化石墨烯包覆改性炭黑；所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、APS(3-氨基丙基三乙氧基硅烷或γ-氨基丙基三乙氧基硅烷)、DL-602(N-β-氨乙基-γ-氨丙基甲基二甲氧基硅烷)、十二烷基硫酸钠中的一种或多种；
(2)利用还原剂对得到的氧化石墨烯包覆改性炭黑还原，后处理得到石墨烯包覆炭黑；
(3)将得到的石墨烯包覆炭黑与基体母料熔融混匀、造粒后得到抗静电黑色母粒。
作为一种实施方案，一种石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的制备方法，包括如下步骤：
(1)将炭黑超声分散在溶剂中，按一定质量比加入分散剂，混匀反应一定时间后得到改性炭黑分散液，经干燥后即得改性炭黑；其中，所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、APS、DL-602、十二烷基硫酸钠中的一种或多种；将氧化石墨烯超声分散于水中，加入到改性炭黑水溶液中混匀，反应即得氧化石墨烯包覆改性炭黑溶液，离心、洗涤干燥后，即得氧化石墨烯包覆改性炭黑粉末。所述炭黑材料为M-800、CSX-941、BP-3560、M-570一种或多种；
(2)将氧化石墨烯包覆后的炭黑，加入到去离子水中超声分散，在一定温度下加入还原剂反应，离心、洗涤后获得石墨烯包覆炭黑；
(3)将其干燥后的石墨烯包覆炭黑加入到基体母料，通过熔融混匀、造粒后得到抗静电黑色母粒；所述还原剂为抗坏血酸、葡糖糖、硼氢化钠、氨水中的一种或多种；所述基体母粒材料为纺丝级尼龙、聚丙烯、聚乳酸、聚酯、聚氨酯中的一种或多种。
上述技术方案中，采用氧化石墨烯对炭黑材料进行改性，再对改性成功后的复合粒子进行还原，使其在溶剂中分散均匀、不易团聚。随后，将改性后的炭黑与基体母料进行熔融共混，可大幅度地提高炭黑在基体母料中的分散性、颜色均匀性和抗静电性，使其便于生产色泽均匀、增加抗静电性能并且获得性能稳定的产品。
本发明中的氧化石墨烯为实验室通过Hummers氧化还原法获得，也可通过市售获得。
优选的，所述步骤(1)中，所述炭黑为M-800、CSX-941、BP-3560、M-570中的一种或多种；进一步优选为CSX-941。
优选的，所述步骤(1)中，溶剂为水或乙醇。进一步优选为乙醇。
优选的，所述步骤)1)中炭黑分散剂为十二烷基苯磺酸钠、APS、DL-602、十二烷基硫酸钠中的一种或多种，进一步优选为APS、DL-602及十二烷基硫酸钠。作为进一步优选，所述分散剂选自APS、DL-602或者他们中的一种或两种与十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠的组合。实验表明，上述方案中的组合分散剂，具有协同增强效果，可以进一步增强基体母料中的分散性和抗静电性。
优选的，所述步骤(1)中炭黑与分散剂的质量比为40:(0.1～20)。
优选的，所述步骤(1)中炭黑与溶剂的质量比为1:(0.1～6)，进一步优选为1:(1～5)。
优选的，所述步骤(1)中氧化石墨烯与炭黑的质量比为1:(10～100)，进一步优选为1：(50～100)。
优选的，所述步骤(1)中改性反应的温度为25～80℃，进一步优选的反应温度为40～80℃。
优选的，所述步骤(2)中还原剂为抗坏血酸、葡糖糖、硼氢化钠、氨水，进一步优选为抗坏血酸。
优选的，步骤(2)中，所述氧化石墨烯包覆改性炭黑与还原剂的质量比为1:(1～20)；反应温度为60～120℃。
优选的，所述步骤(3)中基体母粒材料为纺丝级尼龙、聚丙烯、聚乳酸、聚酯、聚氨酯。进一步优选为纺丝级尼龙6。
优选的，步骤(3)中，石墨烯包覆炭黑与基体母料的质量比为1:(5～30)。
优选的，所述步骤(2)中熔融共混温度为120-300℃。进一步优选为250℃。
作为优选，一种石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的制备方法，包括如下步骤：
1)将炭黑超声分散在溶剂中，按一定质量比加入分散剂，混匀反应一定时间后得到改性炭黑分散液，干燥后即得改性炭黑；其中，所述分散剂为APS、DL-602、十二烷基硫酸钠，炭黑与分散剂的质量比为40:0.1-20，所述炭黑与溶剂的质量比为1:1-5，反应温度为40-80℃；将氧化石墨烯与改性炭黑分别溶于50～150ml水中进行超声分散，在改性炭黑水溶液中加入氧化石墨烯水溶液后得氧化石墨烯包覆炭黑水溶液，离心、洗涤干燥后，即得氧化石墨烯包覆炭黑。所述炭黑材料为CSX-941，氧化石墨烯与炭黑的质量比为1:50-100；
2)将氧化石墨烯包覆后的炭黑，加入到去离子水中超声分散，在一定温度下加入还原剂反应，离心、洗涤后获得石墨烯包覆炭黑；所述还原剂为抗坏血酸，氧化石墨烯包覆炭黑与还原剂的质量比为1:1-20，反应温度为60-120℃；将其干燥后加入到基体母料，通过熔融混匀造粒后得到黑色母粒；所述基体母粒材料为纺丝级尼龙6；所述氧化石墨烯包覆改性炭黑与基体母料的质量比为1:5-30；所述熔融共混温度为250℃。
本发明还提供了一种抗静电黑色母粒，由上述任一项技术方案所述的方法制备得到。
本发明中炭黑母粒，是以炭黑为原料，在其表面包覆氧化石墨烯，经还原加工后制得的母粒具有较为优异的抗静电、分散良好等性能，尤其是在分散均匀性上是普通炭黑母粒所无法比拟的。同时还具有优异的抗静电性能，解决了由于静电所产生的危害。
且本发明可以直接使用常规设备，仅通过添加高效的分散剂即可得到分散性优良的母粒，这是目前最简便、最经济的手段。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)本发明所制备的石墨烯包覆炭黑，分散性能较好，不易团聚且稳定性好。
(2)本发明所制备的石墨烯包覆炭黑，操作过程简易，反应温度低，且反应环境为水溶液，避免有毒溶剂使用，污染周围环境和人类健康。
(3)本发明所制备的石墨烯包覆炭黑，在提高分散性的同时，同时进一步提升了炭黑的导电性，抗静电性能良好。
(4)本发明所制备的黑色母粒，可在有效地提高产品抗静电性能的同时，提高产品稳定性，使其便于生产。
附图说明
图1为实施例1制备的抗静电黑色母粒压片脆断后的截面SEM图；
图2为实施例1制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液的光学显微镜图；
图3为由实施例1制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液的SEM图；
图4为实施例2制备的抗静电黑色母粒压片脆断后的截面SEM图；
图5为实施例3制备的抗静电黑色母粒压片脆断后的截面SEM图；
图6为实施例4制备的抗静电黑色母粒压片脆断后的截面SEM图；
图7为实施例4制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液的光学显微镜图；
图8为由实施例4制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液的SEM图；
图9为实施例7制备的抗静电黑色母粒压片脆断后的截面SEM图；
图10为实施例9制备的抗静电黑色母粒压片脆断后的截面SEM图；
图11为由对比例1制备的母粒压片脆断后的截面SEM图；
图12为由对比例2制备的母粒压片脆断后的截面SEM图；
图13为由对比例3制备的母粒压片脆断后的截面SEM图；
图14为由对比例4制备的母粒压片脆断后的截面SEM图。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
先将1g十二烷基硫酸钠(炭黑与十二烷基硫酸钠质量之比为40：1)、选用CSX-941炭黑与乙醇(炭黑与乙醇的质量之比为1：1)在60℃下搅拌均匀，混匀反应后得到改性炭黑分散液，经干燥后即得改性炭黑；然后将氧化石墨烯与改性炭黑分别分散于100ml水中(氧化石墨烯与改性炭黑的质量之比1：50)，将氧化石墨烯水溶液加入到改性炭黑水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯包覆炭黑分散液；最后将制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液离心、洗涤干燥后，即得氧化石墨烯包覆炭黑。图2为实施例1制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液的光学显微镜图；图3为由实施例1制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液的SEM图。
将1g氧化石墨烯包覆后的改性炭黑，加入到100ml去离子水中超声分散，加入还原剂抗坏血酸后在60℃下反应1h(氧化石墨烯包覆炭黑与还原剂的质量比为1:1)，获得石墨烯包覆炭黑；将其干燥后，加入到纺丝级尼龙6基体母料(石墨烯包覆炭黑与基体母料的质量比为1:5)，在250℃下采用现有工艺技术熔融混匀造粒后得到黑色母粒。随后将其通过微量混合流变仪稀释至3％，挤出纺丝，得到抗静电黑色丝。
针对制备得到的母粒压成片后的横截面的SEM图，如图1所示。由图1可以看出，由实施例1制备得到的母粒压成片后横截面的SEM图显示石墨烯包覆的炭黑分布略有提升。
实施例2
先将1g DL-602(炭黑与DL-602质量之比为40：1)、选用CSX-941炭黑与乙醇(炭黑与乙醇的质量之比为1：1)在60℃下搅拌均匀，混匀反应后得到改性炭黑分散液，经干燥后即得改性炭黑；然后将氧化石墨烯与改性炭黑分别分散于100ml水中(氧化石墨烯与改性炭黑的质量之比1：50)，将氧化石墨烯水溶液加入到改性炭黑水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯包覆炭黑分散液；最后将制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液离心、洗涤干燥后，即得氧化石墨烯包覆炭黑。将1g氧化石墨烯包覆后的改性炭黑，加入到100ml去离子水中超声分散，加入还原剂抗坏血酸后在60℃下反应1h(氧化石墨烯包覆炭黑与还原剂的质量比为1:5)，获得石墨烯包覆炭黑；将其干燥后，加入到纺丝级尼龙6基体母料(石墨烯包覆炭黑与基体母料的质量比为1:5)，在250℃下采用现有工艺技术熔融混匀造粒后得到黑色母粒。随后将其通过微量混合流变仪稀释至3％，挤出纺丝，得到抗静电黑色丝。
针对制备得到的母粒压成片后的横截面的SEM图，如图4所示。由图4可以看出，由实施例2制备得到的母粒压成片后横截面的SEM图显示石墨烯包覆的炭黑分布均匀性得到提升，多以小团聚体分布。
实施例3
先将1g APS与DL-602(炭黑与DL-602质量之比为40：1；APS与DL-602质量之比为1：1)、选用CSX-941炭黑与乙醇(炭黑与乙醇的质量之比为1：5)在60℃下搅拌均匀，混匀反应后得到改性炭黑分散液，经干燥后即得改性炭黑；然后将氧化石墨烯与改性炭黑分别分散于100ml水中(氧化石墨烯与改性炭黑的质量之比1：70)，将氧化石墨烯水溶液加入到改性炭黑水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯包覆炭黑分散液；最后将制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液离心、洗涤干燥后，即得氧化石墨烯包覆炭黑。将1g氧化石墨烯包覆后的改性炭黑，加入到100ml去离子水中超声分散，加入还原剂抗坏血酸后在60℃下反应1h(氧化石墨烯包覆炭黑与还原剂的质量比为1:10)，获得石墨烯包覆炭黑；将其干燥后，加入到纺丝级尼龙6基体母料(石墨烯包覆炭黑与基体母料的质量比为1:5)，在250℃下采用现有工艺技术熔融混匀造粒后得到黑色母粒。随后将其通过微量混合流变仪稀释至3％，挤出纺丝，得到抗静电黑色丝。
针对制备得到的母粒压成片后的横截面的SEM图，如图5所示。由图5可以看出，由实施例3制备得到的母粒压成片后横截面的SEM图显示石墨烯包覆的炭黑分布均匀性得到提升。
实施例4
先将1g APS，DL-602与十二烷基硫酸钠(炭黑与APS质量之比为40：1；APS，DL-602与十二烷基硫酸钠质量之比为1：1：1)、选用CSX-941炭黑与乙醇(炭黑与乙醇的质量之比为1：5)在60℃下搅拌均匀，混匀反应后得到改性炭黑分散液，经干燥后即得改性炭黑；然后将氧化石墨烯与改性炭黑分别分散于100ml水中(氧化石墨烯与改性炭黑的质量之比1：70)，将氧化石墨烯水溶液加入到改性炭黑水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯包覆炭黑分散液；最后将制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液离心、洗涤干燥后，即得氧化石墨烯包覆炭黑。针对氧化石墨烯包覆炭黑进行光学显微镜表征，如图7所示。针对氧化石墨烯包覆炭黑分散液的SEM图，如图8所示。
将1g氧化石墨烯包覆后的改性炭黑，加入到100ml去离子水中超声分散，加入还原剂抗坏血酸后在80℃下反应1h(氧化石墨烯包覆炭黑与还原剂的质量比为1:20)，获得石墨烯包覆炭黑；将其干燥后，加入到纺丝级尼龙6基体母料(石墨烯包覆炭黑与基体母料的质量比为1:10)，在250℃下采用现有工艺技术熔融混匀造粒后得到黑色母粒。随后将其通过微量混合流变仪稀释至3％，挤出纺丝，得到抗静电黑色丝。
针对制备得到的母粒压成片后的横截面的SEM图，如图6所示。由图6可以看出，由实施例4制备得到的母粒压成片后横截面的SEM图显示石墨烯包覆的炭黑分布均匀性得到明显提升，均以较小颗粒存在于PA6基体之中，几乎不存在大的团聚体。
实施例5
先将1g APS，DL-602与十二烷基硫酸钠(炭黑与APS质量之比为40：3；APS，DL-602与十二烷基硫酸钠质量之比为1：1：1)、选用CSX-941炭黑与乙醇(炭黑与乙醇的质量之比为1：5)在80℃下搅拌均匀，混匀反应后得到改性炭黑分散液，经干燥后即得改性炭黑；然后将氧化石墨烯与改性炭黑分别分散于100ml水中(氧化石墨烯与改性炭黑的质量之比1：70)，将氧化石墨烯水溶液加入到改性炭黑水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯包覆炭黑分散液；最后将制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液离心、洗涤干燥后，即得氧化石墨烯包覆炭黑。将1g氧化石墨烯包覆后的改性炭黑，加入到100ml去离子水中超声分散，加入还原剂抗坏血酸后在80℃下反应1h(氧化石墨烯包覆炭黑与还原剂的质量比为1:10)，获得石墨烯包覆炭黑；将其干燥后，加入到纺丝级尼龙6基体母料(石墨烯包覆炭黑与基体母料的质量比为1:10)，在250℃下采用现有工艺技术熔融混匀造粒后得到黑色母粒。随后将其通过微量混合流变仪稀释至3％，挤出纺丝，得到抗静电黑色丝。
实施例6
先将1g APS，DL-602与十二烷基硫酸钠(炭黑与APS质量之比为40：5；APS，DL-602与十二烷基硫酸钠质量之比为1：1：1)、选用CSX-941炭黑与乙醇(炭黑与乙醇的质量之比为1：5)在80℃下搅拌均匀，混匀反应后得到改性炭黑分散液，经干燥后即得改性炭黑；然后将氧化石墨烯与改性炭黑分别分散于100ml水中(氧化石墨烯与改性炭黑的质量之比1：100)，将氧化石墨烯水溶液加入到改性炭黑水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯包覆炭黑分散液；最后将制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液离心、洗涤干燥后，即得氧化石墨烯包覆炭黑。将1g氧化石墨烯包覆后的改性炭黑，加入到100ml去离子水中超声分散，加入还原剂抗坏血酸后在100℃下反应1h(氧化石墨烯包覆炭黑与还原剂的质量比为1:10)，获得石墨烯包覆炭黑；将其干燥后，加入到纺丝级尼龙6基体母料(石墨烯包覆炭黑与基体母料的质量比为1:10)，在250℃下采用现有工艺技术熔融混匀造粒后得到黑色母粒。随后将其通过微量混合流变仪稀释至3％，挤出纺丝，得到抗静电黑色丝。
实施例7
先将1g APS，DL-602与十二烷基硫酸钠(炭黑与APS质量之比为40：1；APS，DL-602与十二烷基硫酸钠质量之比为1：1：1)、选用CSX-941炭黑与乙醇(炭黑与乙醇的质量之比为1：5)在60℃下搅拌均匀，混匀反应后得到改性炭黑分散液，经干燥后即得改性炭黑；然后将氧化石墨烯与改性炭黑分别分散于100ml水中(氧化石墨烯与改性炭黑的质量之比1：100)，将氧化石墨烯水溶液加入到改性炭黑水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯包覆炭黑分散液；最后将制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液离心、洗涤干燥后，即得氧化石墨烯包覆炭黑。将1g氧化石墨烯包覆后的改性炭黑，加入到100ml去离子水中超声分散，加入还原剂抗坏血酸后在120℃下反应1h(氧化石墨烯包覆炭黑与还原剂的质量比为1:10)，获得石墨烯包覆炭黑；将其干燥后，加入到纺丝级尼龙6基体母料(石墨烯包覆炭黑与基体母料的质量比为1:10)，在250℃下采用现有工艺技术熔融混匀造粒后得到黑色母粒。随后将其通过微量混合流变仪稀释至3％，挤出纺丝，得到抗静电黑色丝。
针对制备得到的母粒压成片后的横截面的SEM图，如图9所示。由图9可以看出，由实施例7制备得到的母粒压成片后横截面的SEM图显示降低石墨烯包覆的炭黑的含量导致分布均匀性提升并不明显，多余的改性炭黑因未被石墨烯所包覆，发生了部分团聚，但多以小团聚体形式存在。
实施例8
先将1g APS，DL-602与十二烷基硫酸钠(炭黑与APS质量之比为40：3；APS，DL-602与十二烷基硫酸钠质量之比为1：1：1)、选用CSX-941炭黑与乙醇(炭黑与乙醇的质量之比为1：5)在60℃下搅拌均匀，混匀反应后得到改性炭黑分散液，经干燥后即得改性炭黑；然后将氧化石墨烯与改性炭黑分别分散于100ml水中(氧化石墨烯与改性炭黑的质量之比1：100)，将氧化石墨烯水溶液加入到改性炭黑水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯包覆炭黑分散液；最后将制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液离心、洗涤干燥后，即得氧化石墨烯包覆炭黑。将1g氧化石墨烯包覆后的改性炭黑，加入到100ml去离子水中超声分散，加入还原剂抗坏血酸后在90℃下反应1h(氧化石墨烯包覆炭黑与还原剂的质量比为1:10)，获得石墨烯包覆炭黑；将其干燥后，加入到纺丝级尼龙6基体母料(石墨烯包覆炭黑与基体母料的质量比为1:20)，在250℃下采用现有工艺技术熔融混匀造粒后得到黑色母粒。随后将其通过微量混合流变仪稀释至3％，挤出纺丝，得到抗静电黑色丝。
实施例9
先将1g APS，DL-602与十二烷基硫酸钠(炭黑与APS质量之比为40：3；APS，DL-602与十二烷基硫酸钠质量之比为1：1：1)、选用CSX-941炭黑与乙醇(炭黑与乙醇的质量之比为1：5)在80℃下搅拌均匀，混匀反应后得到改性炭黑分散液，经干燥后即得改性炭黑；然后将氧化石墨烯与改性炭黑分别分散于100ml水中(氧化石墨烯与改性炭黑的质量之比1：100)，将氧化石墨烯水溶液加入到改性炭黑水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯包覆炭黑分散液；最后将制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液离心、洗涤干燥后，即得氧化石墨烯包覆炭黑。将1g氧化石墨烯包覆后的改性炭黑，加入到100ml去离子水中超声分散，加入还原剂抗坏血酸后在90℃下反应1h(氧化石墨烯包覆炭黑与还原剂的质量比为1:20)，获得石墨烯包覆炭黑；将其干燥后，加入到纺丝级尼龙6基体母料(石墨烯包覆炭黑与基体母料的质量比为1:20)，在250℃下采用现有工艺技术熔融混匀造粒后得到黑色母粒。随后将其通过微量混合流变仪稀释至3％，挤出纺丝，得到抗静电黑色丝。
针对制备得到的母粒压成片后的横截面的SEM图，如图10所示。由图10可以看出，由实施例9制备得到的母粒压成片后横截面的SEM图显示降低石墨烯包覆的炭黑的含量导致分布均匀性提升并不明显，多余的改性炭黑因未被石墨烯所包覆，发生了部分团聚，但多以小团聚体形式存在，同时发现随还原剂含量的提升，氧化石墨烯的还原更加彻底，出现了更为明显地褶皱。
对比例1
将纯CSX-941炭黑干燥后，加入到纺丝级尼龙6基体母料进行加工(纯炭黑与基体母料的质量比为1:5)，在250℃下采用现有工艺技术熔融混匀造粒后得到黑色母粒。随后将其通过微量混合流变仪稀释至3％，挤出纺丝，得到黑色丝。
针对制备得到的母粒压成片后的横截面的SEM图，如图11所示。由图11可以看出，对比例1制得的母粒压成片后的横截面的SEM图显示炭黑在尼龙6基体中分布情况较差，多以大的团聚体分布。
对比例2
将氧化石墨烯与纯CSX-941型炭黑分别分散于100ml水中(氧化石墨烯与炭黑的质量之比1：50)，将氧化石墨烯水溶液加入到炭黑水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯包覆炭黑分散液；最后将制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液离心、洗涤干燥后，即得氧化石墨烯包覆炭黑。将1g氧化石墨烯包覆后的炭黑，加入到100ml去离子水中超声分散，加入还原剂抗坏血酸后在60℃下反应1h(氧化石墨烯包覆炭黑与还原剂的质量比为1:5)，获得石墨烯包覆炭黑；将其干燥后，加入到纺丝级尼龙6基体母料(石墨烯包覆炭黑与基体母料的质量比为1:10)，在250℃下采用现有工艺技术熔融混匀造粒后得到黑色母粒。随后将其通过微量混合流变仪稀释至3％，挤出纺丝，得到抗静电黑色丝。
针对制备得到的母粒压成片后的横截面的SEM图，如图12所示。由图12可以看出，采用对比例2的方法制得的材料的分散效果及包覆效果较差，几乎均以团聚体形式存在于尼龙6基体中，且几乎观察不到石墨烯的包覆。
对比例3
将1g KH-560(炭黑与KH-560质量之比为40：1)与CSX-941炭黑在乙醇(炭黑与乙醇的质量之比为1：5)溶剂中60℃下搅拌均匀，混匀反应后得到改性炭黑分散液，经干燥后即得改性炭黑；将氧化石墨烯与改性炭黑分别分散于100ml水中(氧化石墨烯与改性炭黑的质量之比1：70)，将氧化石墨烯水溶液加入到炭黑水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯包覆炭黑分散液；最后将制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液离心、洗涤干燥后，即得氧化石墨烯包覆炭黑。将1g氧化石墨烯包覆后的炭黑，加入到100ml去离子水中超声分散，加入还原剂抗坏血酸后在90℃下反应1h(氧化石墨烯包覆炭黑与还原剂的质量比为1:5)，获得石墨烯包覆炭黑；将其干燥后，加入到纺丝级尼龙6基体母料(石墨烯包覆炭黑与基体母料的质量比为1:10)，在250℃下采用现有工艺技术熔融混匀造粒后得到黑色母粒。随后将其通过微量混合流变仪稀释至3％，挤出纺丝，得到抗静电黑色丝。
针对制备得到的母粒压成片后的横截面的SEM图，如图13所示。由图13可以看出，由KH-560改性后与氧化石墨烯进行反应，对炭黑的分散改性效果较差，导致复合粒子经过还原后在基体中分散情况较差，均以大的团聚体形式存在于尼龙6基体中。
对比例4
将1g PSS(炭黑与PSS质量之比为40：1)与CSX-941炭黑在乙醇(炭黑与乙醇的质量之比为1：5)溶剂中60℃下搅拌均匀，混匀反应后得到改性炭黑分散液，经干燥后即得改性炭黑；将氧化石墨烯与改性炭黑分别分散于100ml水中(氧化石墨烯与改性炭黑的质量之比1：50)，将氧化石墨烯水溶液加入到炭黑水溶液中，搅拌均匀，得到氧化石墨烯包覆炭黑分散液；最后将制备的氧化石墨烯包覆炭黑分散液离心、洗涤干燥后，即得氧化石墨烯包覆炭黑。将1g氧化石墨烯包覆后的炭黑，加入到100ml去离子水中超声分散，加入还原剂抗坏血酸后在120℃下反应1h(氧化石墨烯包覆炭黑与还原剂的质量比为1:5)，获得石墨烯包覆炭黑；将其干燥后，加入到纺丝级尼龙6基体母料(石墨烯包覆炭黑与基体母料的质量比为1:20)，在250℃下采用现有工艺技术熔融混匀造粒后得到黑色母粒。随后将其通过微量混合流变仪稀释至3％，挤出纺丝，得到抗静电黑色丝。
针对制备得到的母粒压成片后的横截面的SEM图，如图14所示。从图14中可以看出，由对比例制得的改性粒子在尼龙6基体中分散情况较差，呈较大的团聚体形式存在，几乎观察不到包覆情况，包覆效果较差。
通过对比例与实施例之间的对比发现，单纯未改性的炭黑(对比例1～2)在尼龙6基体中的分散性差且抗静电效果不明显；而经普通的单分散剂(如KH-560、PSS)进行改性后的炭黑(对比例3～4)，分散及包覆效果远不如协同使用2-3种分散剂(DL-602、APS、十二烷基硫酸钠)的改性效果好。同时对实施例和对比为例得到的纺丝的电阻、电阻率及电导率进行测试，结果如表1：
表1制备的母粒稀释至3％后获得的纤维电阻、电阻率及电导率(长度为2cm)
Figure GDA0004132029950000131
Figure GDA0004132029950000141
注：每个试样测十次取平均值后进行换算，电导率和电阻率可由式(1)和式(2)计算：
Figure GDA0004132029950000142
Figure GDA0004132029950000143
R是材料的电阻，ρ是材料的电阻率，s是材料的横截面积，L是材料的长度，σ为材料的电导率。
由表1可知，实施例1～9纤维的电阻均在抗静电范围，特别是实施例3～9中协同使用2-3种分散剂(DL-602、APS、十二烷基硫酸钠)的改性效果更好，而对比例1～4纤维电阻均不在抗静电范围，导致了在尼龙6基体中分散性能较差及抗静电效果不明显。

Claims (8)

1.一种石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的方法，其特征在于，包括：
(1)利用分散剂对炭黑进行改性，得到改性炭黑；氧化石墨烯与改性炭黑在溶剂中混匀，后处理得到氧化石墨烯包覆改性炭黑；所述分散剂为十二烷基苯磺酸钠、3-氨基丙基三乙氧基硅烷、DL-602、十二烷基硫酸钠中的一种或多种；
(2)利用还原剂对得到的氧化石墨烯包覆改性炭黑还原，后处理得到石墨烯包覆炭黑；
(3)将得到的石墨烯包覆炭黑与基体母料熔融混匀、造粒后得到抗静电黑色母粒；
步骤(1)中，所述炭黑与分散剂的质量比为40:(0.1～20)；
步骤(1)中，氧化石墨烯与炭黑的质量比为1:(10～100)。
2.根据权利要求1所述的石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的方法，其特征在于，所述分散剂选自3-氨基丙基三乙氧基硅烷、DL-602或者他们中的一种或两种与十二烷基苯磺酸钠、十二烷基硫酸钠的组合。
3.根据权利要求1所述的石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的方法，其特征在于，所述炭黑为M-800、CSX-941、BP-3560、M-570中的一种或多种；所述还原剂为抗坏血酸、硼氢化钠、氨水中的一种或多种；所述基体母料为纺丝级尼龙、聚丙烯、聚酯、聚氨酯中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的方法，其特征在于，步骤(1)中利用分散剂对炭黑进行改性在溶剂I中进行，所述溶剂I为水或乙醇，所述炭黑与溶剂I的质量比为1:(0.1～6)，改性反应的温度为25～80℃。
5.根据权利要求1所述的石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述氧化石墨烯包覆改性炭黑与还原剂的质量比为1:(1～20)；反应温度为60～120℃。
6.根据权利要求1所述的石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的方法，其特征在于，步骤(3)中，石墨烯包覆炭黑与基体母料的质量比为1:(5～30)。
7.根据权利要求1所述的石墨烯包覆炭黑用于制备抗静电黑色母粒的方法，其特征在于，步骤(3)中，熔融混匀温度为120～300℃。
8.一种抗静电黑色母粒，其特征在于，由权利要求1～7任一项所述的方法制备得到。
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