一種石墨烯增強pe或pp聚合物復合材料的制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種石墨烯增強PE或PP聚合物復合材料的制備方法，其包括以下步驟：1）取100重量份的低分子量PE或PP聚合物、2?5重量份的氧化石墨烯粉體、0.5?2重量份的碳黑、0.1?1重量份的硅烷偶聯劑，放入密閉的攪拌球磨機中攪拌球磨，攪拌球磨的溫度控制在60℃以下，攪拌速度為300?500r/min，攪拌球磨1?3小時，制備得氧化石墨烯均勻分散在碳黑中的混合粉體；2）取100重量份的高分子量PE或PP聚合物顆粒、0.5?1重量份的步驟1）所得的混合粉體、0.1?1重量份的茂金屬催化劑，在常壓和60?90℃的溫度下密封攪拌混合1?2小時后自然冷卻至40℃以下，攪拌速度為500?1000r/min，制備得石墨烯高分子量PE或PP聚合物混合料；3）將步驟2）所得的石墨烯高分子量PE或PP聚合物混合料進行造粒。
【專利說明】
一種石墨烯増強PE或PP聚合物復合材料的制備方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種PE或PP聚合物復合材料的制備方法，尤其是一種石墨烯增強PE或 PP聚合物復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 石墨烯(Graphene)是碳原子緊密堆積成單層二維蜂窩狀晶格結構的一種碳質新 材料，厚度只有0.335納米，僅為頭發的20萬分之一，是構建其它維數碳質材料(如零維富勒 烯、一維納米碳管、三維石墨）的基本單元，具有極好的結晶性、力學性能和電學質量，目前 該材料在PE或PP聚合物中的復合技術主要以化學共價改性聚合為主，該復合技術是通過對 石墨稀進行氧化處理，形成氧化石墨稀，氧化石墨稀表面所擁有的氧分子官能團與PE或PP 聚合物鏈段上的羥基發生的酯化反應，并與PE或PP聚合物鏈端的相應基團進行共價結合， 從而形成相應的復合材料，這類方法，由于涉及的化學過程繁瑣，技術相對復雜，復合材料 的性能穩定性較差，目前基本處于實驗室的研究階段，規模化生產成品的條件欠佳。
[0003] 石墨烯是一種新型二維碳元素材料，雖然具有非凡的材料性能，但未經改性處理 的原始石墨烯因為呈表面惰性，難以與大多數PE或PP聚合物基體進行有效分散復合，其分 散性和與PE或PP聚合物基體的相互作用是影響復合材料制備的兩個關鍵因素，而這就制約 了石墨烯優異的材料性能難以發揮，阻礙了石墨烯材料在產業化應用的進程。
【發明內容】
[0004] 為了解決現有技術中的不足，本發明的目的在于提供一種能有效分散石墨烯以及 將石墨烯和PE或PP聚合物有效共價結合的石墨烯增強PE或PP聚合物復合材料的制備方法。
[0005] 為實現上述目的，本發明采用以下技術方案： 一種石墨烯增強PE或PP聚合物復合材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟： 1) 取100重量份的低分子量PE或PP聚合物、2-5重量份的氧化石墨稀粉體、0.5-2重量份 的碳黑、0.1-1重量份的硅烷偶聯劑，放入密閉的攪拌球磨機中攪拌球磨，常溫下攪拌球磨 1-3小時，制備得氧化石墨烯均勻分散在碳黑中的混合粉體； 2) 取100重量份的高分子量PE或PP聚合物顆粒、0.5-1重量份的步驟1)所得的混合粉 體、0.1-1重量份的茂金屬催化劑，在常壓和60-90°C的溫度下密封攪拌混合1-2小時后自然 冷卻至40°C以下，攪拌速度為500-1000r/min，制備得石墨烯高分子量PE或PP聚合物混合 料； 3) 將步驟2)所得的石墨烯高分子量PE或PP聚合物混合料進行擠出剪切捏合的造粒過 程，形成石墨烯增強PE或PP聚合物復合材料。
[0006] 步驟1)中所述常溫為60°C以下。
[0007] 步驟1)中所述攪拌球磨的攪拌速度為300-500r/min。
[0008]所述低分子量PE或PP聚合物的分子量為4萬以下。
[0009]所述高分子量PE或PP聚合物的分子量為4萬-30萬。
[0010] 所述硅烷偶聯劑為乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的至少一種。 [0011]所述茂金屬催化劑為茂鈦、茂鐵、茂鉻中的至少一種。
[0012]本發明采用以上技術方案，具有如下的有益效果： (1)該方法中氧化石墨烯的分散性好;石墨烯粉體密度小易團聚，但石墨烯和碳黑是同 類的碳原子結構材料，氧化石墨烯表面有氧分子官能團，該官能團的分子親和力較強，在攪 拌球磨后，能與碳黑分子在硅烷偶聯劑的作用下使石墨烯分子在碳黑中得到很好的分散， 制備得氧化石墨烯均勻分散在碳黑中的混合粉體，從而形成穩定的界面，并能防止石墨烯 分子再團聚。同時添加的碳黑分子材料也可以提高PE或PP聚合物的導電性能。
[0013] (2)氧化石墨烯均勻分散在碳黑中的混合粉體和高分子量PE或PP聚合物顆粒在茂 金屬催化劑的作用下，經過步驟2)的處理，氧化石墨烯在高分子量PE或PP聚合物顆粒的表 面和高分子量PE或PP聚合物形成共價結合，PE或PP聚合物鏈條穩定地被接枝在石墨烯表 面，同時環繞在它周圍防止石墨烯之間的再次團聚，從而得到穩定的分散結構，制備得石墨 烯高分子量PE或PP聚合物混合料。
[0014] (3)最后將石墨烯高分子量PE或PP聚合物混合料進行進行擠出剪切捏合，通過茂 金屬催化劑的作用，氧化石墨烯和高分子量PE或PP聚合物進行充分熔融分散并進一步進行 共價結合，并把混合料中的少量低分子量PE或PP聚合物進一步聚合反應成高分子量的PE或 PP聚合物，最后，通過擠出造粒后形成具有高分子量高性能產品的石墨烯增強PE或PP聚合 物復合材料。
[0015] 本發明的制備方法簡單，復合材料性能提升顯著，便于工業化和產業化，設計合 理，實用性強。
【具體實施方式】
[0016] 一種石墨烯增強PE或PP聚合物復合材料的制備方法，所述制備方法包括以下步 驟： 1) 取100重量份的低分子量PE或PP聚合物、2-5重量份的氧化石墨稀粉體、0.5-2重量份 的碳黑、0.1-1重量份的硅烷偶聯劑，放入密閉的攪拌球磨機中攪拌球磨，常溫下攪拌球磨 1-3小時，制備得氧化石墨烯均勻分散在碳黑中的混合粉體； 2) 取100重量份的高分子量PE或PP聚合物顆粒、0.5-1重量份的步驟1)所得的混合粉 體、0.1-1重量份的茂金屬催化劑，在常壓和60-90°C的溫度下密封攪拌混合1-2小時后自然 冷卻至40°C以下，攪拌速度為500-1000r/min，制備得石墨烯高分子量PE或PP聚合物混合 料； 3) 將步驟2)所得的石墨烯高分子量PE或PP聚合物混合料進行擠出剪切捏合的造粒過 程，形成石墨烯增強PE或PP聚合物復合材料。
[0017] 步驟1)中的所述常溫為60°C以下。
[0018] 步驟1)中所述攪拌球磨的攪拌速度為300_500r/min。
[0019]所述低分子量PE或PP聚合物的分子量為4萬以下。
[0020]所述高分子量PE或PP聚合物的分子量為4萬-30萬。
[0021] 所述硅烷偶聯劑為乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的至少一種。
[0022] 所述茂金屬催化劑為茂鈦、茂鐵、茂鉻中的至少一種。
[0023] 實施例1 一種石墨烯增強PE聚合物復合材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟： 1) 取100重量份的分子量為4萬以下的低分子量PE聚合物、4重量份的氧化石墨烯粉體、 1重量份的碳黑、0.6重量份的乙烯基硅烷偶聯劑，放入密閉的攪拌球磨機中攪拌球磨，攪拌 球磨的溫度控制在60 °C以下，攪拌速度為300r/min，攪拌球磨2小時，制備得氧化石墨烯均 勻分散在碳黑中的混合粉體； 2) 取100重量份的分子量為17萬的高分子量PE聚合物顆粒、0.7重量份的步驟1)所得的 混合粉體、〇. 6重量份的茂鈦催化劑，在常壓和80°C的溫度下密封攪拌混合1.5小時后自然 冷卻至40 °C以下，攪拌速度為800r/min，制備得石墨烯高分子量PE聚合物混合料； 3) 將步驟2)所得的石墨烯高分子量PE聚合物混合料進行擠出剪切捏合的造粒過程，形 成石墨烯增強PE聚合物復合材料。
[0024] 實施例2 一種石墨烯增強的PP聚合物復合材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟： 1) 取100重量份的分子量為4萬以下的低分子量PP聚合物、5重量份的氧化石墨烯粉體、 2重量份的碳黑、0.1重量份的甲基丙烯酰氧基硅烷偶聯劑，放入密閉的攪拌球磨機中攪拌 球磨，攪拌球磨的溫度控制在60°C以下，攪拌速度為500r/min，攪拌球磨3小時，制備得氧化 石墨烯均勻分散在碳黑中的混合粉體； 2) 取100重量份的分子量為30萬的高分子量PP聚合物顆粒、1重量份的步驟1)所得的混 合粉體、1重量份的茂鉻催化劑，在常壓和90°C的溫度下密封攪拌混合2小時后自然冷卻至 40°C以下，攪拌速度為1000r/min，制備得石墨烯高分子量PP聚合物混合料； 3) 將步驟2)所得的石墨烯高分子量PP聚合物混合料進行擠出剪切捏合的造粒過程，形 成石墨烯增強的PP聚合物復合材料。
[0025] 實施例3 一種石墨烯增強的PP聚合物復合材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟： 1) 取100重量份的分子量為4萬以下的低分子量PP聚合物、2重量份的氧化石墨烯粉體、 〇. 5重量份的碳黑、1重量份的氨基硅烷偶聯劑，放入密閉的攪拌球磨機中攪拌球磨，攪拌球 磨的溫度控制在60 °C以下，攪拌速度為400r/min，攪拌球磨1小時，制備得氧化石墨烯均勻 分散在碳黑中的混合粉體； 2) 取100重量份的分子量為4萬的高分子量PP聚合物顆粒、0.5重量份的步驟1)所得的 混合粉體、0.1重量份的茂鐵催化劑，在常壓和60°C的溫度下密封攪拌混合1小時后自然冷 卻至40 °C以下，攪拌速度為500r/min，制備得石墨烯高分子量PP聚合物混合料； 3) 將步驟2)所得的石墨烯高分子量PP聚合物混合料進行擠出剪切捏合的造粒過程，形 成石墨烯增強的PP聚合物復合材料。
[0026]表1石墨烯增強前后的PE或PP聚合物的各指標對照表
[0027]從表1可以看出，實施例1中石墨烯增強PE聚合物拉伸強度可提高126%，彈性模量 提高118%，負荷變形溫度、導熱和導電性能都有不同程度的提高;實施例2和3中石墨烯增 強PP聚合物拉伸強度可提高約100%，彈性模量提高約90%，負荷變形溫度、導熱和導電性 能都有不同程度的提高。
【主權項】
1. 一種石墨烯增強PE或PP聚合物復合材料的制備方法，其特征在于：所述制備方法包 括以下步驟： 1) 取100重量份的低分子量PE或PP聚合物、2-5重量份的氧化石墨稀粉體、0.5-2重量份 的碳黑、0.1-1重量份的硅烷偶聯劑，放入密閉的攪拌球磨機中攪拌球磨，常溫下攪拌球磨 1-3小時，制備得氧化石墨烯均勻分散在碳黑中的混合粉體； 2) 取100重量份的高分子量PE或PP聚合物顆粒、0.5-1重量份的步驟1)所得的混合粉 體、0.1-1重量份的茂金屬催化劑，在常壓和60-90°C的溫度下密封攪拌混合1-2小時后自然 冷卻至40°C以下，攪拌速度為500-1000r/min，制備得石墨烯高分子量PE或PP聚合物混合 料； 3) 將步驟2)所得的石墨烯高分子量PE或PP聚合物混合料進行擠出剪切捏合的造粒過 程，形成石墨烯增強PE或PP聚合物復合材料。2. 根據權利要求1所述的一種石墨烯增強PE或PP聚合物復合材料的制備方法，其特征 在于:步驟1)中所述常溫為60°C以下。3. 根據權利要求1所述的一種石墨烯增強PE或PP聚合物復合材料的制備方法，其特征 在于:步驟1)中所述攪拌球磨的攪拌速度為300_500r/min。4. 根據權利要求1所述的一種石墨烯增強PE或PP聚合物復合材料的制備方法，其特征 在于:所述低分子量PE或PP聚合物的分子量為4萬以下。5. 根據權利要求1所述的一種石墨烯增強PE或PP聚合物復合材料的制備方法，其特征 在于:所述高分子量PE或PP聚合物的分子量為4萬-30萬。6. 根據權利要求1所述的一種石墨烯增強PE或PP聚合物復合材料的制備方法，其特征 在于:所述硅烷偶聯劑為乙烯基硅烷、氨基硅烷、甲基丙烯酰氧基硅烷中的至少一種。7. 根據權利要求1所述的一種石墨烯增強PE或PP聚合物復合材料的制備方法，其特征 在于:所述茂金屬催化劑為茂鈦、茂鐵、茂鉻中的至少一種。
【文檔編號】C08K9/06GK105860195SQ201610241287
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月19日
【發明人】葉先敏
【申請人】福建博大塑業新材料有限公司