CN112940411B - 一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料,由下列重量份原料组成:石墨烯1‑3份、聚氯乙烯30‑50份、马来酸酐接枝聚苯乙烯树脂10‑15份、碱性溶液5‑10份、酸性溶液2‑5份、改性剂1‑3份、氧化剂3‑5份、磷酸三甲酚酯2‑5份、引发剂0.2‑0.5份以及适量去离子水,制备方法包括改性石墨烯制备和石墨烯/聚氯乙烯复合材料制备两个步骤。本发明获得的石墨烯/聚氯乙烯复合材料的相容性高,对环境污染小,且制备工艺简单,成本低。
Description
技术领域
本发明涉及复合材料技术领域,尤其涉及一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料及其制备方法。
背景技术
聚氯乙烯(PVC)具有良好的力学性能、电性能、耐腐蚀性能、阻燃性等优良综合性能,且其价格低廉、原材料来源广,因而在化学建材和其他领域受到了广泛的应用。PVC是一种用途广泛的通用树脂,然而由于熔体黏度大、抗冲击性能差、热稳定性差在一定程度上限制其应用。因此,聚氯乙烯的改性引起了广大研究者的关注。传统的聚氯乙烯改性方法是添加弹性体,比如丙烯酸类共聚物、热塑性聚氨酯、丁腈橡胶、热塑性树脂。这些弹性体的加入可使材料韧性大幅度提升,但却大幅度地降低了刚度、强度、热变形温度。
采用石墨烯改性聚氯乙烯,已有一些专利报道。但是石墨烯在聚合过程中难以与基底材料有键合作用,因此与聚氯乙烯存在相容性问题,以及造成了环境污染,这些存在的问题和不足,影响了聚氯乙烯复合材料的普及应用和性能提升。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此,本发明的一个目的在于提出一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料及其制备方法,解决了聚氯乙烯材料刚度、强度等性能差,石墨烯/聚氯乙烯复合材料相容性不佳,材料污染大的问题。
根据本发明提出的一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料,由下列重量份原料组成:石墨烯1-3份、聚氯乙烯30-50份、马来酸酐接枝聚苯乙烯树脂10-15份、碱性溶液5-10份、酸性溶液2-5份、改性剂1-3份、氧化剂3-5份、磷酸三甲酚酯2-5份、引发剂0.2-0.5份以及适量去离子水。
在本发明的一些实施例中,所述改性剂由羟甲基纤维素、聚二甲基硅氧烷和三乙烯四胺按照重量比1:1.2-1.5:2-2.5组成的混合物
在本发明的另一些实施例中,所述氧化剂包括A溶液高锰酸钾溶液和B溶液双氧水。
在本发明的另一些实施例中,所述引发剂为过氧化二碳酸二(2-乙基己基)酯、偶氮二异丁腈中的至少一种。
在本发明的另一些实施例中,所述碱性溶液为氢氧化钠溶液,所述酸性溶液为亚硫酸溶液。
一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料的制备方法,具体步骤如下:
一、改性石墨烯制备
1)在石墨烯溶入去离子水中,超声波分散溶解,溶解后倾倒在氢氧化钠溶液中,进行超声波分散,加入适量亚硫酸溶液中和氢氧化钠;
2)加入高锰酸钾溶液,并搅拌反应,反应30-60分钟后,加入双氧水再继续搅拌,搅拌结束后,进行过滤、烘干,得初级改性石墨烯;
3)将初级改性石墨烯与羟甲基纤维素、聚二甲基硅氧烷和三乙烯四胺混合均匀,放入密闭的瓶中,放入马弗炉中,加热180-220℃下保温45-60分钟,冷却,得改性石墨烯;
二、石墨烯/聚氯乙烯复合材料制备
1)将聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯树脂、磷酸三甲酚酯和改性石墨烯混合均匀,加入搅拌机内加热搅拌30-45分钟,加热温度50-70℃,得混合物A;
2)将混合物A与引发剂混合搅拌,并加热到150-180℃下,以350-400r/min的搅拌条件下搅拌1-3小时,得混合物B;
3)将混合物B送入混炼机中,以110-130℃进行熔融,再通入到挤出机内挤出,挤出后冷却,得石墨烯/聚氯乙烯复合材料。
在本发明的另一些实施例中,所述氢氧化钠溶液为质量百分比浓度为50-70%的溶液,所述亚硫酸溶液为质量百分比浓度为30-50%的溶液。
在本发明的另一些实施例中,所述高锰酸钾溶液加入后,进行70-90℃的水浴,搅拌,然后,降温到50-60℃,加入双氧水再继续搅拌。
本发明中,1、通过改性石墨烯增韧聚氯乙烯,而改性石墨烯呈均匀分散状态并与复合材料具有强的界面结合力,特别适合于聚氯乙烯体系,对聚合反应动力学和传热过程无影响,可以综合提高聚氯乙烯性能,能显著提高改性石墨烯与聚合物基体相容性,使改性石墨烯均匀地分散于聚氯乙烯中,从而获得了性能优异的复合材料。
2、获得的石墨烯/聚氯乙烯复合材料的相容性高,对环境污染小,且制备工艺简单,成本低。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
实施例1
一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料,由下列重量份原料组成:石墨烯1份、聚氯乙烯30份、马来酸酐接枝聚苯乙烯树脂10份、氢氧化钠溶液5份、亚硫酸溶液2份、改性剂1份、氧化剂3份、磷酸三甲酚酯2份、引发剂0.2份以及适量去离子水。
其中,改性剂由羟甲基纤维素、聚二甲基硅氧烷和三乙烯四胺按照重量比1:1.2:2组成的混合物;引发剂为过氧化二碳酸二(2-乙基己基)酯和偶氮二异丁腈中的一种或两种组成的混合物。
氢氧化钠溶液为质量百分比浓度为50%的溶液,所述亚硫酸溶液为质量百分比浓度为30%的溶液;
一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料的制备方法,具体步骤如下:
一、改性石墨烯制备
1)在石墨烯溶入去离子水中,超声波分散溶解,溶解后倾倒在氢氧化钠溶液中,进行超声波分散,加入适量亚硫酸溶液中和氢氧化钠;
2)加入高锰酸钾溶液,在70℃下的水浴,搅拌反应60分钟后,然后,降温到50℃,加入双氧水再继续搅拌,加入双氧水再继续搅拌,搅拌结束后,进行过滤、烘干,得初级改性石墨烯;
3)将初级改性石墨烯与羟甲基纤维素、聚二甲基硅氧烷和三乙烯四胺混合均匀,放入密闭的瓶中,放入马弗炉中,加热180℃下保温60分钟,冷却,得改性石墨烯;
二、石墨烯/聚氯乙烯复合材料制备
1)将聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯树脂、磷酸三甲酚酯和改性石墨烯混合均匀,加入搅拌机内加热搅拌30分钟,加热温度50℃,得混合物A;
2)将混合物A与引发剂混合搅拌,并加热到150℃下,以350r/min的搅拌条件下搅拌3小时,得混合物B;
3)将混合物B送入混炼机中,以110℃进行熔融,再通入到挤出机内挤出,挤出后冷却,得石墨烯/聚氯乙烯复合材料。
实施例2
一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料,由下列重量份原料组成:石墨烯3份、聚氯乙烯50份、马来酸酐接枝聚苯乙烯树脂15份、氢氧化钠溶液10份、亚硫酸溶液5份、改性剂3份、氧化剂5份、磷酸三甲酚酯5份、引发剂0.5份以及适量去离子水。
其中,改性剂由羟甲基纤维素、聚二甲基硅氧烷和三乙烯四胺按照重量比1:1.5:2.5组成的混合物;引发剂为过氧化二碳酸二(2-乙基己基)酯和偶氮二异丁腈中的一种或两种组成的混合物。
氢氧化钠溶液为质量百分比浓度为70%的溶液,所述亚硫酸溶液为质量百分比浓度为50%的溶液;
一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料的制备方法,具体步骤如下:
一、改性石墨烯制备
1)在石墨烯溶入去离子水中,超声波分散溶解,溶解后倾倒在氢氧化钠溶液中,进行超声波分散,加入适量亚硫酸溶液中和氢氧化钠;
2)加入高锰酸钾溶液,在90℃下的水浴,搅拌反应30分钟后,然后,降温到60℃,加入双氧水再继续搅拌,加入双氧水再继续搅拌,搅拌结束后,进行过滤、烘干,得初级改性石墨烯;
3)将初级改性石墨烯与羟甲基纤维素、聚二甲基硅氧烷和三乙烯四胺混合均匀,放入密闭的瓶中,放入马弗炉中,加热220℃下保温45分钟,冷却,得改性石墨烯;
二、石墨烯/聚氯乙烯复合材料制备
1)将聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯树脂、磷酸三甲酚酯和改性石墨烯混合均匀,加入搅拌机内加热搅拌45分钟,加热温度70℃,得混合物A;
2)将混合物A与引发剂混合搅拌,并加热到180℃下,以400r/min的搅拌条件下搅拌1小时,得混合物B;
3)将混合物B送入混炼机中,以130℃进行熔融,再通入到挤出机内挤出,挤出后冷却,得石墨烯/聚氯乙烯复合材料。
实施例3
一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料,由下列重量份原料组成:石墨烯2份、聚氯乙烯40份、马来酸酐接枝聚苯乙烯树脂12份、氢氧化钠溶液8份、亚硫酸溶液4份、改性剂2份、氧化剂4份、磷酸三甲酚酯3份、引发剂0.3份以及适量去离子水。
其中,改性剂由羟甲基纤维素、聚二甲基硅氧烷和三乙烯四胺按照重量比1:1.3:2.3组成的混合物;引发剂为过氧化二碳酸二(2-乙基己基)酯和偶氮二异丁腈中的一种或两种组成的混合物。
氢氧化钠溶液为质量百分比浓度为60%的溶液,所述亚硫酸溶液为质量百分比浓度为40%的溶液;
一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料的制备方法,具体步骤如下:
一、改性石墨烯制备
1)在石墨烯溶入去离子水中,超声波分散溶解,溶解后倾倒在氢氧化钠溶液中,进行超声波分散,加入适量亚硫酸溶液中和氢氧化钠;
2)加入高锰酸钾溶液,在80℃下的水浴,搅拌反应45分钟后,然后,降温到55℃,加入双氧水再继续搅拌,加入双氧水再继续搅拌,搅拌结束后,进行过滤、烘干,得初级改性石墨烯;
3)将初级改性石墨烯与羟甲基纤维素、聚二甲基硅氧烷和三乙烯四胺混合均匀,放入密闭的瓶中,放入马弗炉中,加热200℃下保温50分钟,冷却,得改性石墨烯;
二、石墨烯/聚氯乙烯复合材料制备
1)将聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯树脂、磷酸三甲酚酯和改性石墨烯混合均匀,加入搅拌机内加热搅拌40分钟,加热温度60℃,得混合物A;
2)将混合物A与引发剂混合搅拌,并加热到165℃下,以380r/min的搅拌条件下搅拌2小时,得混合物B;
3)将混合物B送入混炼机中,以120℃进行熔融,再通入到挤出机内挤出,挤出后冷却,得石墨烯/聚氯乙烯复合材料。
对实施例1-3以及市场购买的石墨烯/聚氯乙烯复合材料作为对比例1-2,作如下力学性能测试,测试结果如表1。
表1材料性能测试
项目 弯曲强度(MPa) 拉伸强度(MPa) 冲击强度(MPa) 实施例1 95.3 78.5 13.8实施例2 93.5 72.3 16.2 实施例3 91.8 81.2 11.3 对比例1 75.1 68.1 7.9 对比例279.4 63.2 8.1
由上述内容可知,本发明的石墨烯聚氯乙烯复合材料有优异的弯曲强度、拉伸强度和冲击强度等力学性能。本发明中对石墨烯改性时添加改性剂,本发明中采用的马来酸酐接枝聚苯乙烯树脂,能提石墨烯聚氯乙烯复合材料各项力学学能,使其具有很好的力学性能、使用寿命,对环境友好的优点。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料,其特征在于:由下列重量份原料组成:石墨烯1-3份、聚氯乙烯30-50份、马来酸酐接枝聚苯乙烯树脂10-15份、碱性溶液5-10份、酸性溶液2-5份、改性剂1-3份、氧化剂3-5份、磷酸三甲酚酯2-5份、引发剂0.2-0.5份以及适量去离子水;
所述改性剂由羟甲基纤维素、聚二甲基硅氧烷和三乙烯四胺按照重量比1:1.2-1.5:2-2.5组成的混合物;
所述氧化剂包括A溶液高锰酸钾溶液和B溶液双氧水。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料,其特征在于:所述引发剂为过氧化二碳酸二(2-乙基己基)酯、偶氮二异丁腈中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料,其特征在于:所述碱性溶液为氢氧化钠溶液,所述酸性溶液为亚硫酸溶液。
4.一种如权利要求1-3任一所述的石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料的制备方法,其特征在于:具体步骤如下:
一、改性石墨烯制备
1)在石墨烯溶入去离子水中,超声波分散溶解,溶解后倾倒在氢氧化钠溶液中,进行超声波分散,加入适量亚硫酸溶液中和氢氧化钠;
2)加入高锰酸钾溶液,并搅拌反应,反应30-60分钟后,加入双氧水再继续搅拌,搅拌结束后,进行过滤、烘干,得初级改性石墨烯;
3)将初级改性石墨烯与羟甲基纤维素、聚二甲基硅氧烷和三乙烯四胺混合均匀,放入密闭的瓶中,放入马弗炉中,加热180-220℃下保温45-60分钟,冷却,得改性石墨烯;
二、石墨烯/聚氯乙烯复合材料制备
1)将聚氯乙烯、马来酸酐接枝聚苯乙烯树脂、磷酸三甲酚酯和改性石墨烯混合均匀,加入搅拌机内加热搅拌30-45分钟,加热温度50-70℃,得混合物A;
2)将混合物A与引发剂混合搅拌,并加热到150-180℃下,以350-400r/min的搅拌条件下搅拌1-3小时,得混合物B;
3)将混合物B送入混炼机中,以110-130℃进行熔融,再通入到挤出机内挤出,挤出后冷却,得石墨烯/聚氯乙烯复合材料。
5.根据权利要求4所述的一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料的制备方法,其特征在于:所述氢氧化钠溶液为质量百分比浓度为50-70%的溶液,所述亚硫酸溶液为质量百分比浓度为30-50%的溶液。
6.根据权利要求4所述的一种石墨烯/聚氯乙烯复合包装材料的制备方法,其特征在于:所述高锰酸钾溶液加入后,进行70-90℃的水浴,搅拌,然后,降温到50-60℃,加入双氧水再继续搅拌。
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