CN113072760A - 一种石墨烯改性聚乙烯防水透气膜及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及卫生材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯改性聚乙烯防水透气膜及其制备方法。将石墨烯以纳米填料的形式添加到聚合物材料体系中，石墨烯层与层间存在较强的范德华力，极易造成石墨烯在干燥状态下发生团聚或堆叠，对提高聚合物材料体系的综合性能十分不利。基于上述问题，本发明采用分散、静电吸附自组装、再分散的方式，将石墨烯均匀的添加到聚乙烯材料中，通过多次分散技术，有效避免石墨烯的团聚与分散不均，大大提高了聚合物薄膜的防水性和透气性，具有良好的应用前景。

Description

一种石墨烯改性聚乙烯防水透气膜及其制备方法
技术领域
本发明涉及卫生材料技术领域，尤其涉及一种石墨烯改性聚乙烯防水透气膜及其制备方法。
背景技术
石墨烯是一种二维材料，具有超高的比表面积、极薄的纳米片层、稳定的化学结构、良好的防腐性、抗菌性和优异的机械性能，在很多领域均具有较好的应用前景。
研究表明，将石墨烯以纳米填料的形式添加到聚合物材料体系中，能够显著改善聚合物性能(宣正伟.氧化石墨烯/聚乙烯醇复合膜的性能研究[J].化工新型材料,2017(04):47-49.)。然而，由于石墨烯层与层间存在较强的范德华力，极易造成石墨烯在干燥状态下发生团聚或堆叠，对提高聚合物材料体系的综合性能十分不利，例如常见的石墨烯与聚合物材料体系的熔融共混改性，因此，寻求一种更好的利用石墨烯来改善聚合物薄膜材料综合性能的方法是一个十分有意义的事情。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明要解决的技术问题是：将石墨烯以纳米填料的形式添加到聚合物材料体系中，石墨烯层与层间存在较强的范德华力，极易造成石墨烯在干燥状态下发生团聚或堆叠，对提高聚合物材料体系的综合性能十分不利。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明提供一种石墨烯改性聚乙烯防水透气膜，以重量份数计，包括以下成分：
改性石墨烯 10-20份
聚乙烯 50-80份
色母粒 1-4份；
所述改性石墨烯以重量份数计，包括以下成分：
纳米碳酸钙 3-10份
聚乙烯 10份
石墨烯 0.2-0.4份。
具体地，所述改性石墨烯按照以下步骤制备：
(1)将0.2-0.4份石墨烯加入到溶剂中，超声分散30min，超声频率为50％，超声结束后得到石墨烯分散液；
(2)将3-10份的纳米碳酸钙与10份的聚乙烯混合均匀，经双螺杆挤出机熔融挤出后，切割成型，即得到聚乙烯颗粒；
(3)将步骤(2)得到的聚乙烯颗粒完全浸入到步骤(1)得到的石墨烯分散液中，静置1h，除去溶剂后，即得到改性石墨烯。
具体地，所述石墨烯为多层石墨烯，层数小于10层，平均粒径为4.8μm。
具体地，所述双螺杆挤出机熔融挤出温度为160-245℃。
具体地，所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、乙醇或二甲苯。
具体地，所述纳米碳酸钙的粒径为300-500目。
具体地，所述聚乙烯为低密度聚乙烯，密度在0.910-0.925g/cm3。
具体地，所述色母粒为PE色母粒。
具体地，所述石墨烯改性防水透气膜的制备方法，按照以下步骤制备：
(1)按照配方量，将改性石墨烯、聚乙烯、色母混合均匀后，流延成膜；
(2)对步骤(1)得到的流延膜进行热拉伸形成纳米微孔膜，最后将膜进行热定型、冷却、电晕、切边、收卷后，即得到石墨烯改性聚乙烯防水透气膜。
本发明的有益效果是：
(1)本发明利用分散、静电吸附自组装、再分散的方式，将石墨烯均匀的添加到聚乙烯材料中，通过多次分散技术，有效避免石墨烯的团聚与分散不均；
(2)本发明所制备的石墨烯改性聚乙烯防水透气膜具有良好的力学性能、耐水性和透气性。
具体实施方式
现在结合实施例对本发明作进一步详细的说明。
本发明以下实施例和对比例所采用的改性石墨烯，以重量份数计，按照以下步骤制备：
(1)将0.2-0.4份石墨烯加入到40份的溶剂中，超声分散30min，超声频率为50％，超声结束后得到石墨烯分散液；
(2)将3-10份的纳米碳酸钙与10份的聚乙烯混合均匀，经双螺杆挤出机熔融挤出后，切割成型，得到聚乙烯颗粒，双螺杆挤出机熔融挤出温度160-245℃；
(3)将步骤(2)得到的聚乙烯颗粒完全浸入到步骤(1)得到的石墨烯分散液中，静置1h，然后通过减压蒸馏去除溶剂，即得到改性石墨烯。
本发明以下实施例和对比例所采用的石墨烯为多层石墨烯，层数小于10层，平均粒径为4.8μm
本发明以下实施例和对比例所采用的分散石墨烯的溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、乙醇或二甲苯。
本发明以下实施例和对比例所采用的纳米碳酸钙的粒径为300-500目。
本发明以下实施例和对比例所采用的聚乙烯为低密度聚乙烯，密度为0.910-0.925g/cm3。
本发明以下实施例和对比例所采用的色母粒为PE色母粒。
本发明石墨烯改性防水透气膜的制备方法，按照以下步骤制备：
(1)按照配方量，将改性石墨烯、聚乙烯、色母粒混合均匀后，流延成膜；
(2)对步骤(1)得到的流延膜进行纵向热拉伸形成纳米微孔膜，热拉伸温度为70-105℃，拉伸倍率为1.65-3.0，然后在温度为70-90℃的温度下对膜进行热定型，冷却至室温后，再采用中频对膜进行单面电晕处理，最后经切边、收卷后，即得到厚度为8-24μm的石墨烯改性聚乙烯防水透气膜。
实施例1
石墨烯改性防水透气膜，以重量份数计，包括以下成分：
改性石墨烯 10份
聚乙烯 50份
色母粒 2份；
所述改性石墨烯以重量份数计，包括以下成分：
纳米碳酸钙 3.5份
聚乙烯 10份
石墨烯 0.2份。
实施例2
石墨烯改性防水透气膜，以重量份数计，包括以下成分：
改性石墨烯 20份
聚乙烯 80份
色母粒 4份；
所述改性石墨烯以重量份数计，包括以下成分：
纳米碳酸钙 4份
聚乙烯 10份
石墨烯 0.4份。
实施例3
石墨烯改性防水透气膜，以重量份数计，包括以下成分：
改性石墨烯 14.8份
聚乙烯 70份
色母粒 3份；
所述改性石墨烯以重量份数计，包括以下成分：
纳米碳酸钙 4.5份
聚乙烯 10份
石墨烯 0.3份。
实施例4
石墨烯改性防水透气膜，以重量份数计，包括以下成分：
改性石墨烯 20份
聚乙烯 50份
色母粒 2份；
所述改性石墨烯以重量份数计，包括以下成分：
纳米碳酸钙 10份
聚乙烯 10份
石墨烯 0.4份。
实施例5
石墨烯改性防水透气膜，以重量份数计，包括以下成分：
改性石墨烯 13.2份
聚乙烯 50份
色母粒 2份；
所述改性石墨烯以重量份数计，包括以下成分：
纳米碳酸钙 3份
聚乙烯 10份
石墨烯 0.2份。
对比例1同实施例3，不同之处在于：
石墨烯改性防水透气膜，以重量份数计，包括以下成分：
改性石墨烯 10.3份
聚乙烯 70份
色母粒 3份；
所述改性石墨烯以重量份数计，包括以下成分：
聚乙烯 10份
石墨烯 0.3份。
对比例2同实施例3，不同之处在于：
石墨烯改性防水透气膜，以重量份数计，包括以下成分：
Figure BDA0003021287720000061
所述改性石墨烯以重量份数计，包括以下成分：
聚乙烯 10份
石墨烯 0.3份。
对比例3同实施例3，不同之处在于：
石墨烯改性防水透气膜，以重量份数计，包括以下成分：
Figure BDA0003021287720000062
性能测试：
石墨烯改性聚乙烯防水透气膜的耐水性按照标准GB/T4744-1997进行测试；
石墨烯改性聚乙烯防水透气膜的水蒸气透过率WVTR按照标准GB/1037-98进行测试。
石墨烯改性聚乙烯防水透气膜的力学性能按照GB/1040-2006标准进行测试。
实施例1-3以及对比例1-4所制备石墨烯改性聚乙烯防水透气膜的性能测试结果如表1所示：
表1
Figure BDA0003021287720000071
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (9)

1.一种石墨烯改性聚乙烯防水透气膜，其特征在于，以重量份数计，包括以下成分：
改性石墨烯 10-20份
聚乙烯 50-80份
色母粒 1-4份；
所述改性石墨烯以重量份数计，包括以下成分：
纳米碳酸钙 3-10份
聚乙烯 10份
石墨烯 0.2-0.4份。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性聚乙烯防水透气膜，其特征在于，所述改性石墨烯按照以下步骤制备：
（1）将0.2-0.4份石墨烯加入到溶剂中，超声分散30min，超声频率为50%，超声结束后得到石墨烯分散液；
（2）将3-10份的纳米碳酸钙与10份的聚乙烯混合均匀，经双螺杆挤出机熔融挤出后，切割成型，即得到聚乙烯颗粒；
（3）将步骤（2）得到的聚乙烯颗粒完全浸入到步骤（1）得到的石墨烯分散液中，静置1h，除去溶剂后，即得到改性石墨烯。
3.根据权利要求2所述的一种石墨烯改性聚乙烯防水透气膜，其特征在于：所述石墨烯为多层石墨烯，层数小于10层，平均粒径为4.8μm。
4.根据权利要求2所述的一种石墨烯改性聚乙烯防水透气膜，其特征在于：所述双螺杆挤出机熔融挤出温度为160-245℃。
5.根据权利要求2所述的一种石墨烯改性聚乙烯防水透气膜，其特征在于：所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、乙醇或二甲苯。
6.根据权利要求2所述的一种石墨烯改性聚乙烯防水透气膜，其特征在于：所述纳米碳酸钙的粒径为300-500目。
7.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性聚乙烯防水透气膜，其特征在于：所述聚乙烯为低密度聚乙烯，密度在0.910-0.925g/cm3。
8.根据权利要求1所述的一种石墨烯改性聚乙烯防水透气膜，其特征在于：所述色母粒为PE色母粒。
9.根据权利要求1所述一种石墨烯改性防水透气膜的制备方法，其特征在于，按照以下步骤制备：
（1）按照配方量，将改性石墨烯、聚乙烯、色母混合均匀后，流延成膜；
（2）对步骤（1）得到的流延膜进行热拉伸形成纳米微孔膜，最后将膜进行热定型、冷却、电晕、切边、收卷后，即得到石墨烯改性聚乙烯防水透气膜。
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