CN111484681A - 一种石墨烯改性抗静电聚丙烯复合材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种公开了一种石墨烯改性抗静电聚丙烯复合材料及其制备方法。该石墨烯改性抗静电聚丙烯复合材料由以下质量百分比的原料组成：聚丙烯54～76%；无机填充物18～28%；石墨烯0.1～1.5%；增韧剂5～15%；偶联剂0.2～1.5%；抗氧剂0.3～0.9%；成核剂0.2‑1%。本发明的优势在使用石墨烯对聚丙烯复合材料进行改性后，在提高其力学性能的同时，还能显著提高聚丙烯抗静电效果，降低吸尘程度，保持制件洁净和美观，并且且制备工艺简单、成本较低，易于进行大规模工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种石墨烯改性抗静电聚丙烯复合材料及其制备方法。
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，因此，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是解决当前难题的重要途径。
发明内容
本发明克服现有技术中的不足，使用石墨烯对聚丙烯复合材料进行改性后，在提高其力学性能的同时，还能显著提高聚丙烯抗静电效果，降低吸尘程度，保持制件洁净和美观，并且且制备工艺简单、成本较低，易于进行大规模工业化生产。
本发明采用的技术方案如下：
其原料按质量百分比计，详细配方如下：
共聚聚丙烯54～76%
无机填充物18～28%
石墨烯0.1～1.5%
增韧剂5～15%
偶联剂0.2～1.5%
抗氧剂0.3～0.9%
成核剂0.2-1%。
1、共聚聚丙烯至少一种共聚聚丙烯组成。共聚聚丙烯的熔指为20-100g/10min（230℃，2.16Kg）。
2、所述的填充物是滑石粉母粒、硅灰石母粒、云母粉、晶须中至少一种。
3、石墨烯是单层石墨烯粉末、氧化石墨烯、羧基化石墨烯中至少一种。
4、增韧剂是由乙烯-辛烯的共聚物（POE）、SEBS、EPDM中至少一种组成。
5、偶联剂是硅烷偶联剂、马来酸酐接枝类偶联剂、EVA中至少一种。
6、抗氧剂是由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂按1:2的比例复配组成。
7、成核剂是由有机磷酸盐类成核剂和山梨醇类成核剂至少一种组成。
8、所诉制备过程：将聚丙烯、石墨烯、偶联剂按比例加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到石墨烯母粒，加工温度180～220℃；将共聚聚丙烯、增韧剂、石墨烯母粒、偶联剂、抗氧剂和成核剂按比例加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，无机填充物则从侧位料加入，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到拉伸强度、断裂伸长率、弯曲模量显著提升的聚丙烯复合材料，加工温度180～200℃。
8、本发明的有益效果是：
（1）本发明的优势在使用石墨烯对聚丙烯复合材料进行改性后，在提高其力学性能的同时，还能显著提高聚丙烯抗静电效果，降低吸尘程度，保持制件洁净和美观。
（2）制备工艺简单、成本较低，易于进行大规模工业化生产。
具体实施方式
一种石墨烯改性聚丙烯材料由以下质量百分比组成：
共聚聚丙烯54～76%
无机填充物18～28%
石墨烯0.1～1.5%
增韧剂5～15%
偶联剂0.2～1.5%
抗氧剂0.3～0.9%
成核剂0.2-1%。
1、所述的共聚聚丙烯至少一种共聚聚丙烯组成。共聚聚丙烯的熔指为20-100g/10min（230℃，2.16Kg）。
2、所述的填充物是滑石粉母粒、硅灰石母粒、云母粉、晶须中至少一种。
3、所述的石墨烯是单层石墨烯粉末、氧化石墨烯、羧基化石墨烯中至少一种。
3、所述的增韧剂是由乙烯-辛烯的共聚物（POE）、SEBS、EPDM中至少一种组成。
4、所述的偶联剂是硅烷偶联剂、马来酸酐接枝类偶联剂、EVA中至少一种
5、所述的抗氧剂是由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂按1:2的比例复配组成。
6、所述的润滑剂是聚乙烯蜡、聚丙烯蜡、硬脂酸钙、EBS和TAF中的一种或多种。
7、所述的成核剂是由有机磷酸盐类成核剂和山梨醇类至少一种组成。
8、所诉制备过程：将聚丙烯、石墨烯、偶联剂按比例加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到石墨烯母粒，加工温度180～220℃；将共聚聚丙烯、增韧剂、石墨烯母粒、偶联剂、抗氧剂和成核剂按比例加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，无机填充物则从侧位料加入，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到抗静电性能、力学性能显著提升的聚丙烯复合材料，加工温度180～200℃。
以下通过具体的实施例本本发明的内容作进一步的说明。
实施例和对比例的配方组成见表1
表1实施例和对比例的配方组成（质量百分比）
| 原料 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 |
| 共聚聚丙烯 | 56 | 60 | 65 | 70 | 60 | 65 |
| 增韧剂 | 13 | 12 | 10 | 9 | 12 | 10 |
| 无机填充物 | 28 | 25 | 22 | 18 | 25 | 22 |
| 石墨烯 | 1 | 0.6 | 0.3 | 0.1 | ||
| 成核剂 | 1 | 0.2 | 0.4 | 1 | 0.2 | 0.4 |
| 偶联剂 | 1 | 0.5 | 0.8 | 1 | 0.5 | 0.8 |
| 抗氧剂 | 0.9 | 0.3 | 0.5 | 0.9 | 0.3 | 0.5 |
表1中所使用的石墨烯为单层石墨烯粉末，偶联剂为硅烷偶联剂，无机填充物为5μm的滑石粉母粒增剂为乙烯-辛烯的共聚物，所使用的抗氧剂为1010和168配比为1:2。
将聚丙烯、石墨烯、偶联剂按比例加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到石墨烯母粒，加工温度180～220℃；将共聚聚丙烯、增韧剂、石墨烯母粒、偶联剂、抗氧剂和成核剂按比例加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，无机填充物则从侧位料加入，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到抗静电性能、力学性能显著提升的聚丙烯复合材料，加工温度180～200℃。
将加工后得到的复合材料通过表二所示的测试标准进行检测，表3为相应实施例和对比例的测试结果。
| 检测项目 | 单位 | 测试标准 |
| 拉伸强度 | Mpa | ISO527-2 |
| 弯曲强度 | Mpa | ISO 178 |
| 弯曲模量 | Mpa | ISO 178 |
| 悬臂梁缺口冲击强度 | KJ/m2 | ISO 180 |
| 表面电阻率 | Ω·m | ISO 19252 |
| 检测项目 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 对比例1 | 对比例2 |
| 拉伸强度 | 25.7 | 26.8 | 29.3 | 21.5 | 22.8 | 25.6 |
| 弯曲强度 | 38.5 | 35.6 | 30.3 | 31.3 | 30.5 | 28.8 |
| 弯曲模量 | 2215 | 2112 | 2079 | 1722 | 1766 | 1520 |
| 悬臂梁缺口冲击强度 | 40.5 | 41.7 | 34.1 | 35.3 | 42 | 30.8 |
| 表面电阻率 | 5.5╳10<sup>9</sup> | 7.8╳10<sup>9</sup> | 1.8╳10<sup>10</sup> | 8.9╳10<sup>10</sup> | 8.3╳10<sup>14</sup> | 7.3╳10<sup>14</sup> |
通过表3可见，由实施例跟对比例的结果可知，加入石墨烯进行改性后，材料的抗静电性能显著提升，并且拉伸强度、弯曲强度、弯曲模量等力学性能也得到显著改善。
以上所述，仅是本发明的部分实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明技术方案范围内，对技术内容进行些许更动或修饰，成为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (9)
1.一种石墨烯改性抗静电聚丙烯复合材料，该石墨烯改性抗静电聚丙烯复合材料，其特征在于：是由以下质量百分比的原料组成：
共聚聚丙烯54～76%
无机填充物18～28%
石墨烯0.1～1.5%
增韧剂5～15%
偶联剂0.2～1.5%
抗氧剂0.3～0.9%
成核剂0.2-1%。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性抗静电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的聚丙烯是由至少一种共聚聚丙烯组成，聚丙烯的熔指为20-100g/10min（230℃，2.16Kg）。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性抗静电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的填充物是滑石粉母粒、硅灰石母粒、云母粉、晶须中至少一种。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性抗静电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的石墨烯是单层石墨烯粉末、氧化石墨烯、羧基化石墨烯中至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性抗静电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的增韧剂是由乙烯-辛烯的共聚物（POE）、SEBS、EPDM中至少一种组成。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性抗静电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的偶联剂是硅烷偶联剂、马来酸酐接枝类偶联剂、EVA中至少一种。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性抗静电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的抗氧剂是由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂按1:2的比例复配组成。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性抗静电聚丙烯复合材料，其特征在于：所述的成核剂是由有机磷酸盐类成核剂和山梨醇类成核剂至少一种组成。
9.根据权利要求1～7中任意一项所述的一种石墨烯改性抗静电聚丙烯复合材料，其特征在于：包括以下制备过程：将聚丙烯、石墨烯、偶联剂按比例加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到石墨烯母粒，加工温度180～220℃；将共聚聚丙烯、增韧剂、石墨烯母粒、偶联剂、抗氧剂和成核剂按比例加入高速搅拌机混合均匀后，从主喂料加入双螺杆挤出机，无机填充物则从侧位料加入，经熔融混合挤出、拉条水冷切粒后得到拉伸强度、断裂伸长率、弯曲模量显著提升的聚丙烯复合材料，加工温度180～200℃。
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