CN113024949A - 一种石墨烯发光塑料母粒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种石墨烯发光塑料母粒及其制备方法，该母粒原料包含：塑料切片84％～99％，石墨烯0.1％～15％，改性剂0.1％～1％，发光剂0.1％～10％。本发明还提供了该母粒的制备方法，包含：步骤1，称取原料；步骤2，制备改性石墨烯粉体；步骤3，将塑料切片进行干燥处理，再进行研磨，得到塑料切片粉体，将改性石墨烯粉体和发光剂加入，放入高速混合机内混合搅拌；步骤4，将石墨烯塑料混合粉体加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到改性石墨烯发光塑料母粒，封入铝箔袋中真空保存。本发明制备的石墨烯发光塑料母粒，具有抗菌、远红外、抗紫外、发光等特点，且母粒中石墨烯分散均匀，不易脱落，功能性具有持久性。
Description
技术领域
本发明涉及一种改性石墨烯发光塑料母粒及其制备方法，具体地，涉及一种石墨烯发光塑料母粒及其制备方法。
背景技术
石墨烯是从石墨中剥离出来的单层碳原子材料，由碳原子紧密堆积成单层二维蜂窝状晶格结构，它是人类已知的厚度最薄、质地最坚硬、导电性最好的材料。石墨烯具有优异的力学、光学和电学性质，结构非常稳定，迄今为止研究者尚未发现石墨烯中有碳原子缺失的情况，碳原子之间的链接非常柔韧，比钻石还坚硬，强度比世界上最好的钢铁还要高上100倍，如果用石墨烯制成包装袋，它将能承受大约两吨重的物品，几乎完全透明，却极为致密，不透水、不透气，即使原子尺寸最小的氦气也无法通过，导电性能好，石墨烯中电子的运动速度达到了光速的1/300，导电性超过了任何传统的导电材料，化学性质类似石墨表面，可以吸附和脱附各种原子和分子，还有抵御强酸强碱的能力。
塑料母粒用途极广，添加到普通切片中，可用于家电、汽车以及各种各样的生活用品等方方面面，而普通塑料并没有抗菌、发光等效果，不能更好的保护人体健康，因而有必要开发一种功能性石墨烯发光塑料，更好的为人们的衣食住用行服务。
发明内容
本发明的目的是提供一种改性石墨烯发光塑料母粒及其制备方法，制备的改性石墨烯塑料复合母粒具有抗菌、防螨、抗紫外、远红外、发光等功能，能够提升塑料附加值，扩展塑料的使用范围。
为了达到上述目的，本发明提供了一种石墨烯发光塑料母粒，其中，所述的母粒的原料按质量百分比计包含：塑料切片84％～99％，石墨烯材料0.1％～15％，改性剂0.1％～1％，发光剂0.1％～10％。
上述的石墨烯发光塑料母粒，其中，所述的改性剂为羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠的混合物。
上述的石墨烯发光塑料母粒，其中，所述的改性剂中，羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠的重量比为1：(1～2)：(1～2)：(2～3)。
上述的石墨烯发光塑料母粒，其中，所述的石墨烯材料是采用机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法中的任意一种方法制备的石墨烯或氧化石墨烯。
上述的石墨烯发光塑料母粒，其中，所述的塑料切片包含聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料切片中的任意一种或多种。
本发明还提供了上述的石墨烯发光塑料母粒的制备方法，其中，所述的方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备改性石墨烯粉体：将石墨烯材料的粉体及改性剂加入到去离子水中，搅拌，升温，超声分散处理，得到改性石墨烯浆料，然后进行冷冻干燥，得到改性石墨烯粉体，再将粉体送入容器中密闭，抽真空，最后充氮气保护；步骤3，将塑料切片进行干燥处理，再将塑料切片进行研磨，得到塑料切片粉体，将改性石墨烯粉体和发光剂加入到塑料切片粉体中，放入高速混合机内混合搅拌，得到石墨烯塑料混合粉体；步骤4，将步骤3所得的石墨烯塑料混合粉体加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到改性石墨烯发光塑料母粒，封入铝箔袋中真空保存。
上述的石墨烯发光塑料母粒的制备方法，其中，所述的步骤2中，将石墨烯材料的粉体及改性剂加入到去离子水中，搅拌1～2h，将温度升至50～80℃后，超声分散处理20～40min，得到改性石墨烯浆料，浆料中石墨烯的质量浓度为1～10％。
上述的石墨烯发光塑料母粒的制备方法，其中，所述的步骤3中，将塑料切片进行干燥处理，干燥后的含水量低于100ppm，再将塑料切片进行研磨，得到塑料切片粉体，其目数＞100目，将改性石墨烯粉体和发光剂加入到塑料切片粉体中，放入高速混合机内混合搅拌，混合搅拌转速为3000～15000转/min，搅拌时间为30～50min。
上述的石墨烯发光塑料母粒的制备方法，其中，所述的步骤4中，将石墨烯塑料混合粉体加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机各区的温度分别控制在160-290℃范围内。
上述的石墨烯发光塑料母粒的制备方法，其中，所述的步骤4中，双螺杆挤出机的进料速度为20-50r/min，螺杆速度为10-50r/min。
本发明提供的石墨烯发光塑料母粒及其制备方法具有以下优点：
本发明通过熔融法制备的石墨烯塑料母粒，具有抗菌、防螨、远红外、抗紫外等性能优良，其中大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、白色念珠菌抑菌率达到99.9％，抑螨率大于90％，远红外温升达到0.88，UPF大于100，功能性良好，同时还具有发光效果，尤其是在夜间，用在防护产品上面能起到更好的防护效果。
本方法制备熔融法改性石墨烯发光塑料母粒，工艺简单易操作，成本低廉，经济效益高，适合大规模工业化生产。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式作进一步地说明。
本发明提供的石墨烯发光塑料母粒，该母粒的原料按质量百分比计包含：塑料切片84％～99％，石墨烯材料0.1％～15％，改性剂0.1％～1％，发光剂0.1％～10％。
优选地，改性剂为羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮(PVP)、十二烷基苯磺酸钠的混合物。羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠的重量比为1：(1～2)：(1～2)：(2～3)。
该石墨烯材料是采用机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法等中的任意一种方法制备的石墨烯或氧化石墨烯。
塑料切片包含聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯(PC)、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)塑料切片中的任意一种或多种。
本发明还提供了该石墨烯发光塑料母粒的制备方法，该方法包含：步骤1，按比例称取各原料；步骤2，制备改性石墨烯粉体：将石墨烯材料的粉体及改性剂加入到去离子水中，搅拌，升温，超声分散处理，得到改性石墨烯浆料，然后进行冷冻干燥，得到改性石墨烯粉体，再将粉体送入容器中密闭，抽真空，最后充氮气保护；步骤3，将塑料切片进行干燥处理，再将塑料切片进行研磨，得到塑料切片粉体，将改性石墨烯粉体和发光剂加入到塑料切片粉体中，放入高速混合机内混合搅拌，得到石墨烯塑料混合粉体；步骤4，将步骤3所得的石墨烯塑料混合粉体加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到改性石墨烯发光塑料母粒，封入铝箔袋中真空保存。
优选地，步骤2中，将石墨烯材料的粉体及改性剂加入到去离子水中，搅拌1～2h，将温度升至50～80℃后，超声分散处理20～40min，得到改性石墨烯浆料，浆料中石墨烯的质量浓度为1～10％。
步骤3中，将塑料切片进行干燥处理，干燥后的含水量低于100ppm，再将塑料切片进行研磨，得到塑料切片粉体，其目数＞100目，将改性石墨烯粉体和发光剂加入到塑料切片粉体中，放入高速混合机内混合搅拌，混合搅拌转速为3000～15000转/min，搅拌时间为30～50min。
步骤4中，将石墨烯塑料混合粉体加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机各区的温度分别控制在160-290℃范围内。双螺杆挤出机的进料速度为20-50r/min，螺杆速度为10-50r/min。
下面结合实施例对本发明提供的石墨烯发光塑料母粒及其制备方法做更进一步描述。
实施例1
一种石墨烯发光塑料母粒，该母粒的原料按质量百分比计包含：塑料切片84％，石墨烯材料15％，改性剂0.5％，发光剂0.5％。
改性剂为羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠的混合物。羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠的重量比为1：1：1：2。
该石墨烯材料是采用机械剥离法制备的石墨烯或氧化石墨烯。
塑料切片包含聚丙烯塑料切片。
本实施例还提供了该石墨烯发光塑料母粒的制备方法，该方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备改性石墨烯粉体：将石墨烯材料的粉体及改性剂加入到去离子水中，搅拌1～2h，将温度升至50～80℃后，超声分散处理20～40min，得到改性石墨烯浆料，浆料中石墨烯的质量浓度为1～10％。然后进行冷冻干燥，得到改性石墨烯粉体，再将粉体送入容器中密闭，抽真空，最后充氮气保护。
步骤3，将塑料切片进行干燥处理，干燥后的含水量低于100ppm，再将塑料切片进行研磨，得到塑料切片粉体，其目数＞100目，将改性石墨烯粉体和发光剂加入到塑料切片粉体中，放入高速混合机内混合搅拌，混合搅拌转速为3000～15000转/min，搅拌时间为30～50min，得到石墨烯塑料混合粉体。
步骤4，将步骤3所得的石墨烯塑料混合粉体加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机各区的温度分别控制在160-290℃范围内，双螺杆挤出机的进料速度为20-50r/min，螺杆速度为10-50r/min，得到改性石墨烯发光塑料母粒，封入铝箔袋中真空保存。
实施例2
一种石墨烯发光塑料母粒，该母粒的原料按质量百分比计包含：塑料切片88.9％，石墨烯材料10％，改性剂1％，发光剂0.1％。
改性剂为羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠的混合物。羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠的重量比为1：1.2：1.3：2.4。
该石墨烯材料是采用化学气相沉积法制备的石墨烯或氧化石墨烯。
塑料切片包含聚酰胺塑料切片。
本实施例还提供了该石墨烯发光塑料母粒的制备方法，该方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备改性石墨烯粉体：将石墨烯材料的粉体及改性剂加入到去离子水中，搅拌1～2h，将温度升至50～80℃后，超声分散处理20～40min，得到改性石墨烯浆料，浆料中石墨烯的质量浓度为1～10％。然后进行冷冻干燥，得到改性石墨烯粉体，再将粉体送入容器中密闭，抽真空，最后充氮气保护。
步骤3，将塑料切片进行干燥处理，干燥后的含水量低于100ppm，再将塑料切片进行研磨，得到塑料切片粉体，其目数＞100目，将改性石墨烯粉体和发光剂加入到塑料切片粉体中，放入高速混合机内混合搅拌，混合搅拌转速为3000～15000转/min，搅拌时间为30～50min，得到石墨烯塑料混合粉体。
步骤4，将步骤3所得的石墨烯塑料混合粉体加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机各区的温度分别控制在160-290℃范围内，双螺杆挤出机的进料速度为20-50r/min，螺杆速度为10-50r/min，得到改性石墨烯发光塑料母粒，封入铝箔袋中真空保存。
实施例3
一种石墨烯发光塑料母粒，该母粒的原料按质量百分比计包含：塑料切片86.9％，石墨烯材料8％，改性剂0.1％，发光剂5％。
改性剂为羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠的混合物。羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠的重量比为1：1.5：1.5：2.5。
该石墨烯材料是采用氧化还原法制备的石墨烯或氧化石墨烯。
塑料切片包含聚酯、聚碳酸酯塑料切片。
本实施例还提供了该石墨烯发光塑料母粒的制备方法，该方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备改性石墨烯粉体：将石墨烯材料的粉体及改性剂加入到去离子水中，搅拌1～2h，将温度升至50～80℃后，超声分散处理20～40min，得到改性石墨烯浆料，浆料中石墨烯的质量浓度为1～10％。然后进行冷冻干燥，得到改性石墨烯粉体，再将粉体送入容器中密闭，抽真空，最后充氮气保护。
步骤3，将塑料切片进行干燥处理，干燥后的含水量低于100ppm，再将塑料切片进行研磨，得到塑料切片粉体，其目数＞100目，将改性石墨烯粉体和发光剂加入到塑料切片粉体中，放入高速混合机内混合搅拌，混合搅拌转速为3000～15000转/min，搅拌时间为30～50min，得到石墨烯塑料混合粉体。
步骤4，将步骤3所得的石墨烯塑料混合粉体加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机各区的温度分别控制在160-290℃范围内，双螺杆挤出机的进料速度为20-50r/min，螺杆速度为10-50r/min，得到改性石墨烯发光塑料母粒，封入铝箔袋中真空保存。
实施例4
一种石墨烯发光塑料母粒，该母粒的原料按质量百分比计包含：塑料切片84.4％，石墨烯材料5％，改性剂0.6％，发光剂10％。
改性剂为羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠的混合物。羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠的重量比为1：1.8：1.6：2.7。
该石墨烯材料是采用机械剥离法或化学气相沉积法制备的石墨烯或氧化石墨烯。
塑料切片包含丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料切片。
本实施例还提供了该石墨烯发光塑料母粒的制备方法，该方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备改性石墨烯粉体：将石墨烯材料的粉体及改性剂加入到去离子水中，搅拌1～2h，将温度升至50～80℃后，超声分散处理20～40min，得到改性石墨烯浆料，浆料中石墨烯的质量浓度为1～10％。然后进行冷冻干燥，得到改性石墨烯粉体，再将粉体送入容器中密闭，抽真空，最后充氮气保护。
步骤3，将塑料切片进行干燥处理，干燥后的含水量低于100ppm，再将塑料切片进行研磨，得到塑料切片粉体，其目数＞100目，将改性石墨烯粉体和发光剂加入到塑料切片粉体中，放入高速混合机内混合搅拌，混合搅拌转速为3000～15000转/min，搅拌时间为30～50min，得到石墨烯塑料混合粉体。
步骤4，将步骤3所得的石墨烯塑料混合粉体加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机各区的温度分别控制在160-290℃范围内，双螺杆挤出机的进料速度为20-50r/min，螺杆速度为10-50r/min，得到改性石墨烯发光塑料母粒，封入铝箔袋中真空保存。
实施例5
一种石墨烯发光塑料母粒，该母粒的原料按质量百分比计包含：塑料切片99％，石墨烯材料0.1％，改性剂0.8％，发光剂0.1％。
改性剂为羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠的混合物。羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠的重量比为1：2：2：3。
该石墨烯材料是采用化学气相沉积法或氧化还原法制备的石墨烯或氧化石墨烯。
塑料切片包含聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料切片中的任意一种或多种。
本实施例还提供了该石墨烯发光塑料母粒的制备方法，该方法包含：
步骤1，按比例称取各原料。
步骤2，制备改性石墨烯粉体：将石墨烯材料的粉体及改性剂加入到去离子水中，搅拌1～2h，将温度升至50～80℃后，超声分散处理20～40min，得到改性石墨烯浆料，浆料中石墨烯的质量浓度为1～10％。然后进行冷冻干燥，得到改性石墨烯粉体，再将粉体送入容器中密闭，抽真空，最后充氮气保护。
步骤3，将塑料切片进行干燥处理，干燥后的含水量低于100ppm，再将塑料切片进行研磨，得到塑料切片粉体，其目数＞100目，将改性石墨烯粉体和发光剂加入到塑料切片粉体中，放入高速混合机内混合搅拌，混合搅拌转速为3000～15000转/min，搅拌时间为30～50min，得到石墨烯塑料混合粉体。
步骤4，将步骤3所得的石墨烯塑料混合粉体加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机各区的温度分别控制在160-290℃范围内，双螺杆挤出机的进料速度为20-50r/min，螺杆速度为10-50r/min，得到改性石墨烯发光塑料母粒，封入铝箔袋中真空保存。
本发明提供的石墨烯发光塑料母粒及其制备方法，旨在利用改性石墨烯分散体系，以及塑料熔融法技术制备一种改性石墨烯发光塑料复合母粒，该复合母粒具有抗菌、远红外、抗紫外、发光特点，且石墨烯塑料母粒中石墨烯分散均匀，不易脱落，功能性具有持久性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种石墨烯发光塑料母粒，其特征在于，所述的母粒的原料按质量百分比计包含：塑料切片84％～99％，石墨烯材料0.1％～15％，改性剂0.1％～1％，发光剂0.1％～10％。
2.如权利要求1所述的石墨烯发光塑料母粒，其特征在于，所述的改性剂为羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠的混合物。
3.如权利要求2所述的石墨烯发光塑料母粒，其特征在于，所述的改性剂中，羟丙基纤维素、木质素磺酸钠、聚乙烯吡络烷酮、十二烷基苯磺酸钠的重量比为1：(1～2)：(1～2)：(2～3)。
4.如权利要求1所述的石墨烯发光塑料母粒，其特征在于，所述的石墨烯材料是采用机械剥离法、化学气相沉积法、氧化还原法中的任意一种方法制备的石墨烯或氧化石墨烯。
5.如权利要求1所述的石墨烯发光塑料母粒，其特征在于，所述的塑料切片包含聚丙烯、聚酰胺、聚酯、聚碳酸酯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料切片中的任意一种或多种。
6.一种如权利要求1～5中任意一项所述的石墨烯发光塑料母粒的制备方法，其特征在于，所述的方法包含：
步骤1，按比例称取各原料；
步骤2，制备改性石墨烯粉体：将石墨烯材料的粉体及改性剂加入到去离子水中，搅拌，升温，超声分散处理，得到改性石墨烯浆料，然后进行冷冻干燥，得到改性石墨烯粉体，再将粉体送入容器中密闭，抽真空，最后充氮气保护；
步骤3，将塑料切片进行干燥处理，再将塑料切片进行研磨，得到塑料切片粉体，将改性石墨烯粉体和发光剂加入到塑料切片粉体中，放入高速混合机内混合搅拌，得到石墨烯塑料混合粉体；
步骤4，将步骤3所得的石墨烯塑料混合粉体加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，得到改性石墨烯发光塑料母粒，封入铝箔袋中真空保存。
7.如权利要求6所述的石墨烯发光塑料母粒的制备方法，其特征在于，所述的步骤2中，将石墨烯材料的粉体及改性剂加入到去离子水中，搅拌1～2h，将温度升至50～80℃后，超声分散处理20～40min，得到改性石墨烯浆料，浆料中石墨烯的质量浓度为1～10％。
8.如权利要求6所述的石墨烯发光塑料母粒的制备方法，其特征在于，所述的步骤3中，将塑料切片进行干燥处理，干燥后的含水量低于100ppm，再将塑料切片进行研磨，得到塑料切片粉体，其目数＞100目，将改性石墨烯粉体和发光剂加入到塑料切片粉体中，放入高速混合机内混合搅拌，混合搅拌转速为3000～15000转/min，搅拌时间为30～50min。
9.如权利要求6所述的石墨烯发光塑料母粒的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中，将石墨烯塑料混合粉体加入到双螺杆挤出机中挤出造粒，双螺杆挤出机各区的温度分别控制在160-290℃范围内。
10.如权利要求9所述的石墨烯发光塑料母粒的制备方法，其特征在于，所述的步骤4中，双螺杆挤出机的进料速度为20-50r/min，螺杆速度为10-50r/min。
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- 2021-03-10 CN CN202110262070.4A patent/CN113024949A/zh active Pending
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