CN113214591A - 一种磷掺杂石墨烯改性abs/pet合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料及其制备方法。本发明提供的合金材料按以下质量份数的原料组成：ABS 71～75份、PET 5～8份、磷掺杂石墨烯0.5～3份、增韧剂5～9份、相容剂1～1.5份、润滑剂0.6～0.8份、抗氧化剂0.6～0.8份。该合金材料通过磷掺杂石墨烯与ABS、PET以及其他添加剂共混挤出制备而成。本发明利用磷掺杂石墨烯既可作为抗静电剂、又可作为增韧剂，有效提高了ABS/PET的力学性能与抗静电性。本发明所述的磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料的原料易得、制备方法简单，综合性能优良。
Description
技术领域
本发明涉及一种磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料及其制备方法，属于高分子材料改性领域。
背景技术
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（ABS）是目前常见的热塑性高分子材料之一，易加工成型，应用范围广。聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）也是常见的的高分子材料之一，价格比ABS 低廉，而且容易回收再利用。在现阶段，将PET加入ABS中，共混制成的ABS/PET合金材料降低了ABS成本，已经广泛用于家电、机电设备、汽车配件、建筑建材等行业中。但是ABS与PET毕竟是两种不同的高分子材料，针对两者之间的增容增韧改性，提高两者的相容性有待继续研究。另一方面，ABS/PET合金材料的导热导电性能较差，不能满足塑料使用过程中的耐热性与抗静电性要求。金属氧化物、金属氮化物、石墨等无机材料的填充可以提高其性能，但需要较高的填充量，而且又带来了无机材料与高分子材料之间的相容性问题，增加合金材料的加工难度，有可能导致力学性能的降低。
中国专利CN101709126A在高分子材料中加入小分子型的抗静电剂，降低高分子材料的表面电阻，但是随着日常使用，小分子型抗静电剂的抗静电效果会逐渐降低，而且环境湿度对抗静电效果的影响很大，影响高分子材料的长期使用。中国专利CN102020825A通过加入聚醚酰胺或者聚醚脂的高分子抗静电剂达到抗静电效果，但是这些高分子抗静电剂的加入量较大，导致合金材料的成本升高，限制了其大规模使用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料及其制备方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：一种磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料，其特征在于：该材料由磷掺杂石墨烯与ABS、PET以及其他添加剂组成，组分按以下质量份数组成：ABS 71～75份、PET 5～8份、磷掺杂石墨烯0.5～3份、增韧剂5～9份、相容剂1～1.5份、润滑剂0.6～0.8份、抗氧化剂0.6～0.8份。
所述的磷掺杂石墨烯由以下步骤制得：将氧化石墨烯超声分散在磷酸溶液中，氧化石墨烯与磷酸溶液的质量比为1:100～1:200，在180-190oC水热处理5-6小时后，降温到室温后离心过滤洗涤得到磷掺杂石墨烯。
所述的PET为回收的PET包装瓶破碎造粒所得，ABS为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物。
所述的增韧剂可以为马来酸酐接枝热塑性聚氨酯聚合物（TPU-g-MAH）、马来酸酐接枝甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（MBS-g-MAH）或马来酸酐接枝丁苯橡胶（SBR-g-MAH）。
所述的相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸水甘油酯（SAG）。
所述的润滑剂可以为乙撑双硬脂酰胺、EVA 蜡或OPE蜡。
所述的抗氧化剂可以为抗氧剂1010﹑抗氧剂168或抗氧剂1076。
所述的一种磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）按质量配比称取干燥的各组分，在混合机中充分混合15～40分钟，出料；
（2）将混合料加入双螺杆挤出机中，转速200～300rpm，在200～230oC下熔融共混挤出、冷却造粒，即得磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料。
与现有技术相比，本发明具有如下突出效果：
1.磷掺杂石墨烯比氧化石墨烯的导电性能好，而且比石墨烯更易与高分子材料相容，减弱石墨烯自身的团聚，能较好地分散在高分子材料中，提升合金材料的力学性能。
2.在ABS/PET 合金体系中降低了增容剂及增韧剂的用量，磷掺杂石墨烯既能提高高分子材料的韧性和强度，又能改善高分子材料的耐热性与抗静电性等，增加合金材料使用寿命。
3.再生PET 的加入降低高分子材料的成本，有利于废弃PET 塑料的循环利用，降低合金材料的成本。
4.熔融共混的加工方法操作简单，没有有机溶剂污染，适合大规模工业生产。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
实施例1：
（1）将氧化石墨烯超声分散在磷酸溶液中，氧化石墨烯与磷酸溶液的质量比为1:100，在180oC水热处理6小时后，降温到室温后离心过滤洗涤得到磷掺杂石墨烯；
（2）取ABS72份、PET5份、磷掺杂石墨烯1份、马来酸酐接枝热塑性聚氨酯聚合物6份、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸水甘油酯1份、乙撑双硬脂酰胺0.6份、抗氧剂1010 0.6份，在混合机中充分混合20分钟，出料；
（3）将混合料加入双螺杆挤出机中，转速200rpm，在220oC下熔融共混挤出、冷却造粒，即得磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料。此合金材料的拉伸强度37.6MPa，冲击强度17.5MPa，表面电阻7.7×108Ω。
实施例2：
（1）将氧化石墨烯超声分散在磷酸溶液中，氧化石墨烯与磷酸溶液的质量比为1:150，在190oC水热处理5小时后，降温到室温后离心过滤洗涤得到磷掺杂石墨烯；
（2）取ABS75份、PET6份、磷掺杂石墨烯2份、马来酸酐接枝甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物7份、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸水甘油酯1.5份、EVA 蜡0.8份、抗氧化剂168 0.7份，在混合机中充分混合30分钟，出料；
（3）将混合料加入双螺杆挤出机中，转速300rpm，在230oC下熔融共混挤出、冷却造粒，即得磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料。此合金材料的拉伸强度39.3MPa，冲击强度17.8MPa，表面电阻3.2×107Ω。
实施例3：
（1）将氧化石墨烯超声分散在磷酸溶液中，氧化石墨烯与磷酸溶液的质量比为1:200，在180oC水热处理6小时后，降温到室温后离心过滤洗涤得到磷掺杂石墨烯；
（2）取ABS71份、PET8份、磷掺杂石墨烯2.5份、马来酸酐接枝丁苯橡胶7份、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸水甘油酯1份、EVA 蜡0.7份、抗氧剂1076 0.7份，在混合机中充分混合40分钟，出料；
（3）将混合料加入双螺杆挤出机中，转速300rpm，在220oC下熔融共混挤出、冷却造粒，即得磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料。此合金材料的拉伸强度40.3MPa，冲击强度18.3MPa，表面电阻1.6×107Ω。
对比例1：
（1）取ABS75份、PET6份、氧化石墨烯2份、马来酸酐接枝甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物7份、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸水甘油酯1.5份、EVA 蜡0.8份、抗氧化剂168 0.7份，在混合机中充分混合30分钟，出料；
（2）将混合料加入双螺杆挤出机中，转速300rpm，在230oC下熔融共混挤出、冷却造粒，即得氧化石墨烯改性ABS/PET合金材料。此合金材料的拉伸强度38.5MPa，冲击强度17.5MPa，表面电阻5.6×1010Ω。
对比例2：
（1）将氧化石墨烯超声分散在去离子水中，氧化石墨烯与去离子水水的质量比为1:100，在180oC水热处理6小时后，降温到室温后离心过滤洗涤得到石墨烯；
（2）取ABS75份、PET6份、石墨烯2份、马来酸酐接枝甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物7份、苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸水甘油酯1.5份、EVA 蜡0.8份、抗氧化剂1680.7份，在混合机中充分混合30分钟，出料；
（3）将混合料加入双螺杆挤出机中，转速300rpm，在230oC下熔融共混挤出、冷却造粒，即得石墨烯改性ABS/PET合金材料。此合金材料的拉伸强度36.7MPa，冲击强度16.5MPa，表面电阻2.9×107Ω。
从实施例与对比例的比较可知，所制备的磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料同时具有良好的韧性与抗静电性能。
本发明所列举的各原料都能实现本发明，以及各原料的上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。本发明的工艺参数（如温度、时间等）的上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。
Claims (8)
1. 一种磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料，其特征在于：该材料由磷掺杂石墨烯与ABS、PET以及其他添加剂组成，组分按以下质量份数组成：ABS 71～75份、PET 5～8份、磷掺杂石墨烯0.5～3份、增韧剂5～9份、相容剂1～1.5份、润滑剂0.6～0.8份、抗氧化剂0.6～0.8份。
2.根据权利要求1所述的一种磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料，其特征在于：所述的磷掺杂石墨烯由以下步骤制得：将氧化石墨烯超声分散在磷酸溶液中，氧化石墨烯与磷酸溶液的质量比为1:100～1:200，在180-190oC水热处理5-6小时后，降温到室温后离心过滤洗涤得到磷掺杂石墨烯。
3.根据权利要求1所述的一种磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料，其特征在于：所述的PET为回收的PET包装瓶破碎造粒所得，所述的ABS为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯三元共聚物。
4.根据权利要求1所述的一种磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料，其特征在于：所述的增韧剂可以为马来酸酐接枝热塑性聚氨酯聚合物（TPU-g-MAH）、马来酸酐接枝甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯三元共聚物（MBS-g-MAH）或马来酸酐接枝丁苯橡胶（SBR-g-MAH）。
5.根据权利要求1所述的一种磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料，其特征在于：所述的相容剂为苯乙烯-丙烯腈-甲基丙烯酸水甘油酯（SAG）。
6.根据权利要求1所述的一种磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料，其特征在于：所述的润滑剂可以为乙撑双硬脂酰胺、EVA 蜡或OPE蜡。
7.根据权利要求1所述的一种磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料，其特征在于：所述的抗氧化剂可以为抗氧剂1010﹑抗氧剂168或抗氧剂1076。
8.权利要求1-7任意之一所述的一种磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料的制备方法，其特征在于：
（1）按质量配比称取干燥的各组分，在混合机中充分混合15～40分钟，出料；
（2）将混合料加入双螺杆挤出机中，转速200～300rpm，在200～230oC下熔融共混挤出、冷却造粒，即得磷掺杂石墨烯改性ABS/PET合金材料。
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