CN113637273A - 一种石墨烯增强pvc管材及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于高分子材料领域，具体涉及一种石墨烯增强PVC管材及其制备方法。一种石墨烯增强PVC管材，按照重量比，包括以下组分：PVC树脂100份，钙锌稳定剂3‑5份，石墨烯0.01‑0.5份，氯化聚乙烯0.5‑5份，润滑剂0.5‑2份，碳酸钙5‑25份，加工助剂0.5‑4份。一种石墨烯增强PVC管材的制备方法，包括以下步骤：石墨烯分散液的制备；物料混合；挤出成型。本发明预先将石墨烯通过超声分散的方法分散在水和酒精的混合溶液中，然后通过机械高速混合的方法混合石墨烯分散液与PVC等物料，并在混合过程中挥发掉水和酒精，实现石墨烯在PVC中的均匀分散，减少石墨烯的团聚作用，通过该方法，在很低的石墨烯含量下，石墨烯对PVC有明显的增强效果。
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增强PVC管材及其制备方法。
背景技术
石墨烯是一种二维的片层结构，具有优异的物理性能。石墨烯的强度是已测试材料中最高的，可达到130GPa，是钢的一百多倍，其添加到高分子材料中，可以大大提高材料的机械强度。但是石墨烯的二维片层结构，导致其在高分子材料中容易团聚，这样不仅起不到很好的增强作用，反而会导致材料变脆，韧性降低。为了提高石墨烯在高分子材料中的分散效果，对石墨烯表面进行改性处理，可以增强石墨烯与高分子之间的相互作用，但是仍然会有部分石墨烯片层自团聚成球状，影响石墨烯对高分子的增强作用，降低材料韧性。
基于上述原因，本发明希望提供一种石墨烯增强PVC管材及其制备方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种石墨烯增强PVC管材及其制备方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种石墨烯增强PVC管材，按照重量比，包括以下组分：PVC树脂100份，钙锌稳定剂3-5份，石墨烯0.01-0.5份，氯化聚乙烯0.5-5份，润滑剂0.5-2份，碳酸钙5-25份，加工助剂0.5-4份。
作为优选，所述润滑剂为硬脂酸、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡和酯类润滑剂中两种或三种。
作为优选，所述碳酸钙为纳米碳酸钙、轻质碳酸钙或活性碳酸钙的中一种或两种。
作为优选，所述加工助剂为丙烯酸类共聚物。
一种石墨烯增强PVC管材的制备方法，包括以下步骤：
(1)石墨烯分散液的制备：按质量比，将水和酒精按20:1的比例进行混合得到混合液一；按质量比，将石墨烯和表面活性剂添加到所述混合液一中，得到混合液二，所述石墨烯与混合液的质量比为1:10-30，所述表面活性剂与石墨烯的质量比为1:10-50；将混合液二放置到超声分散机中，一边搅拌一边进行超声分散，分散时间为10-20分钟，得到石墨烯分散液；
(2)物料混合：将PVC树脂、钙锌稳定剂、氯化聚乙烯、润滑剂、碳酸钙和加工助剂加入到高速混合机中，先在300-500转/min的搅拌速度下低速混合2-3min，在低速混合过程中加入石墨烯分散液，然后在1000-1500转/min的搅拌速度下进行混合，同时升温至110-120℃，最后物料投入冷混机进行搅拌冷却至50-55℃，出料，得到混合料；
(3)将混合料通过挤出机挤出口模，定径，冷却，切割，牵引，得到石墨烯增强PVC管材。
作为优选，所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的一种石墨烯增强PVC管材的制备方法，先利用超声分散的方法将石墨烯片层均匀分散在溶液中，然后利用PVC混料时升温的特点，在较低温度时(小于80℃)实现石墨烯分散液与PVC等物料的均匀混合，随着物料温度升高，水和酒精逐渐挥发，最终实现石墨烯片层对PVC物料的均匀包覆和混合；
(2)本发明提供的一种石墨烯增强PVC管材的制备方法，石墨烯与水和酒精混合溶液的比例为1:10-30，即可确保石墨烯在溶液中的均匀分散，又可在机械混料升温过程中挥发掉所有水和酒精；
(3)本发明提供的一种石墨烯增强PVC管材的制备方法，可以有效地降低石墨烯的团聚作用，在非常低的石墨烯含量下，对PVC起到明显的增强效果。
具体实施方式
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
(1)石墨烯分散液的制备
取以下原料：石墨烯0.05Kg、水0.952Kg、酒精0.048Kg和十二烷基苯磺酸钠0.0025Kg。
制备方法：将石墨烯和十二烷基苯磺酸钠加入到水和酒精的混合溶液中，然后放置到超声分散机中，一边搅拌一边进行超声分散，时间为10min，得到石墨烯分散液。
(2)物料混合：
取以下物料：PVC树脂100Kg、钙锌稳定剂3.5Kg、石墨烯分散液1.0525Kg(石墨烯0.05Kg)、氯化聚乙烯1Kg、润滑剂1.2Kg、碳酸钙15Kg和加工助剂1.5Kg。
将上述物料(除石墨烯分散液)投入到高速混合机中，在475转/min的低速条件下混合3min，混合过程中投入石墨烯分散液，后进行高速(1200转/min)混合，高速混合时温度升至110℃，然后将物料投入到冷混机中搅拌冷却至50℃，出料。
(3)将步骤2中混合好的物料进行挤出，得到石墨烯增强的PVC管材。
实施例2
(1)石墨烯分散液的制备
取以下原料：石墨烯0.1Kg、水2.86Kg、酒精0.14Kg和十二烷基苯磺酸钠0.005Kg。
制备方法：将石墨烯和十二烷基苯磺酸钠加入到水和酒精的混合溶液中，然后放置到超声分散机中，一边搅拌一边进行超声分散，时间为15min，得到石墨烯分散液。
(2)物料混合：
取以下物料：PVC树脂100Kg、钙锌稳定剂3.8Kg、石墨烯分散液3.105Kg(石墨烯0.1Kg)、氯化聚乙烯1.5Kg、润滑剂1.0Kg、碳酸钙15Kg和加工助剂0.3Kg。
将上述物料(除石墨烯分散液)投入到高速混合机中，在475转/min的低速条件下混合3min，混合过程中投入石墨烯分散液，然后进行高速(1200转/min)混合，高速混合时温度升至115℃，然后将物料投入到冷混机中搅拌冷却至55℃，出料。
(3)将步骤2中混合好的物料进行挤出，得到石墨烯增强的PVC管材。
实施例3
(1)石墨烯分散液的制备
取以下原料：石墨烯0.4Kg、水3.81Kg、酒0.19Kg和十二烷基苯磺酸钠0.02Kg。
制备方法：将石墨烯和十二烷基苯磺酸钠加入到水和酒精的混合溶液中，然后放置到超声分散机中，一边搅拌一边进行超声分散，时间为20min，得到石墨烯分散液。
(2)物料混合：
取以下物料：PVC树脂100Kg、钙锌稳定剂4.2Kg、石墨烯分散液4.42Kg(石墨烯0.4Kg)、氯化聚乙烯2.0Kg、润滑剂1.2Kg、碳酸钙18Kg和加工助剂4.0Kg。
将上述物料(除石墨烯分散液)投入到高速混合机中，在475转/min的低速条件下混合3min，混合过程中投入石墨烯分散液，然后进行高速(1200转/min)混合，高速混合时温度升至120℃，然后将物料投入到冷混机中搅拌冷却至50℃，出料。
(3)将步骤2中混合好的物料进行挤出，得到石墨烯增强的PVC管材。
对比例1
取以下物料：PVC树脂100Kg、钙锌稳定剂4.2Kg、氯化聚乙烯2.0Kg、润滑剂1.2Kg、碳酸钙18Kg和加工助剂4.0Kg。
将上述物料投入到高速混合机中，低速(475转/min)混合3min，然后进行高速(1200转/min)混合，高速混合时温度升至115℃，然后将物料投入到冷混机中搅拌冷却至55℃，出料。物料进行挤出，得到PVC管材。
表1实施例1-3和对比例1拉伸性能对比
| 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 对比例1 | |
| 拉伸强度(MPa) | 45.2 | 47.3 | 50.8 | 40.5 |
| 断裂伸长率(％) | 180.1 | 168.6 | 165.4 | 185.6 |
石墨烯通过溶液分散，机械混合挥发掉溶剂的方法，可以在很低的含量下实现对PVC良好的增强效果，拉伸强度明显提高。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (6)
1.一种石墨烯增强PVC管材，其特征在于，按照重量比，包括以下组分：PVC树脂100份，钙锌稳定剂3-5份，石墨烯0.01-0.5份，氯化聚乙烯0.5-5份，润滑剂0.5-2份，碳酸钙5-25份，加工助剂0.5-4份。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯增强PVC管材，其特征在于：所述润滑剂为硬脂酸、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡和酯类润滑剂中两种或三种。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯增强PVC管材，其特征在于：所述碳酸钙为纳米碳酸钙、轻质碳酸钙或活性碳酸钙的中一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯增强PVC管材，其特征在于：所述加工助剂为丙烯酸类共聚物。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯增强PVC管材的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)石墨烯分散液的制备：按质量比，将水和酒精按20:1的比例进行混合得到混合液一；按质量比，将石墨烯和表面活性剂添加到所述混合液一中，得到混合液二，所述石墨烯与混合液的质量比为1:10-30，所述表面活性剂与石墨烯的质量比为1:10-50；将混合液二放置到超声分散机中，一边搅拌一边进行超声分散，分散时间为10-20分钟，得到石墨烯分散液；
(2)物料混合：将PVC树脂、钙锌稳定剂、氯化聚乙烯、润滑剂、碳酸钙和加工助剂加入到高速混合机中，先在300-500转/min的搅拌速度下低速混合2-3min，在低速混合过程中加入石墨烯分散液，然后在1000-1500转/min的搅拌速度下进行混合，同时升温至110-120℃，最后物料投入冷混机进行搅拌冷却至50-55℃，出料，得到混合料；
(3)将混合料通过挤出机挤出口模，定径，冷却，切割，牵引，得到石墨烯增强PVC管材。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯增强PVC管材的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠。
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Legal Events
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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