CN104004294A - 一种用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法 - Google Patents
一种用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法，其步骤包括：(1)改性石墨烯粉体的制备；(2)改性石墨烯粉体/聚丙烯共混母粒的制备；(3)用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备。本发明充分利用硬质聚氯乙烯复合管材产业上现有的设备，只需在配方上利用少量改性的石墨烯粉体即可对管材在力学强度及抗老化性能方面明显提升，成本低，效果明显，具有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及塑料管道领域，具体是指一种用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法。
背景技术
硬质聚氯乙烯管材在众多塑料管材中占有重要地位。由于其具有强度好、耐酸碱腐蚀、绝缘性优良、流体输送性能好、管材连接方便、二次加工方便、原料来源充足和价格低廉等优点，被广泛应用于建筑给排水、化工生产、矿山通风及电缆穿线管等领域。然而硬质聚氯乙烯管材也存在诸如热稳定性差、抗冲击强度低特别是低温条件下的缺点，因此如何提高其抗冲击性能一直是业内关注的焦点。
石墨烯的出现给这个难题的破解带来了希望。石墨烯是目前世界上已知的力学强度最高(断裂强度130GPa，杨氏模量1.0TPa)、最薄(厚度0.3nm)、最导电(电阻率10-6Ω·cm，略低于最导电的金属银)、最导热(室温下热导率达到5000W/m·k，超过目前已知导热率最高的金刚石)等性能。石墨烯的这些优异性能，使得石墨烯极有可能成为提高塑料管道综合性能的材料。
石墨烯聚合物复合材料的报道或专利虽然已经出现(如申请号ZL201110313859.4，ZL201310034290.7，ZL201110337141.9等)，但是真正把石墨烯用于管道材料并能对相关性能有提升的还未见报道。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足提供一种用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法，用本方法制备的硬质聚氯乙烯复合管材具有良好的抗冲击性和热稳定性。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法，其步骤包括：(1)将1×10-3-1重量份数的表面处理剂，加入至1-1000重量份数溶剂中，将二者搅拌均匀后加入1-100重量份数的石墨烯粉体，将混合物高速搅拌后超声分散制得改性石墨烯分散液；再将该改性石墨烯分散液干燥并球墨后制得改性石墨烯粉体；(2)将步骤(1)中所述的0.1-10重量份数的改性石墨烯粉体，加入到100重量份数的聚氯乙烯树脂中，再加入1-10重量份数的热稳定剂，0.1-5重量份数的润滑剂，5-50重量份数的填料和1-20重量份数的助剂，混合分散后再挤出造粒制得改性石墨烯粉体/硬质聚氯乙烯共混料；(3)将步骤(2)中所述的改性石墨烯粉体/硬质聚氯乙烯共混料加入聚氯乙烯管材挤出机中挤出成型制得用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材。
所述表面处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、十八烷基胺、异氰酸中的一种或多种。
所述溶剂为乙醇/水溶液或乙醇/醋酸溶液。
所述聚氯乙烯为管材级聚氯乙烯树脂，包括SG-5、SG-6或SG-7型树脂。
所述热稳定剂为盐基性铅盐类、金属皂类、有机锡类、环氧化合物类、稀土化合物中的一种或多种。
所述润滑剂为脂肪酸脂、脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、金属皂、石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡分散剂中的一种或几种。
所述填料包括碳酸钙、滑石粉、钛白粉中的一种或几种。
所述助剂包括氯化聚乙烯(CPE)、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)、ACR、着色剂中的一种或几种。
所述步骤(2)中的混合是利用Z形捏合机、高速混合机、开炼机或密炼机混合的。
所述步骤(2)中的挤出造粒是利用平行双螺杆挤出机、锥形双螺杆挤出机或单螺杆挤出机进行的。
本发明所述的用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材可以应用于建筑给/排水管材、市政管材、工业管材、化工管材、护套管领域等。本发明充分利用硬质聚氯乙烯复合管材产业上现有的设备，只需在配方上利用少量改性的石墨烯粉体即可对管材在抗冲击性及热稳定性能方面明显提升，成本低，效果明显，具有很强的实用性。
附图说明
图1为本发明的制备方法流程示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施例来进一步说明本发明，本发明的制备方法流程如图1所示：
实施例1
(1)改性石墨烯粉体的制备：将1重量份数的硅烷偶联剂，加入100重量份数乙醇/水溶液(乙醇：水＝95:5，重量比)中，搅拌均匀后加入10重量份数的石墨烯粉体，高速搅拌后再超声分散制得改性石墨烯分散液；再将该分散液充分干燥后利用球磨机制得改性石墨烯粉体；
(2)改性石墨烯粉体/聚丙烯共混母粒的制备：将(1)中所述的1重量份数的改性石墨烯粉体，加入到100重量份数的聚丙烯树脂中，再加入1重量份数的热稳定剂盐基性铅盐，1重量份数的润滑剂脂肪酸脂、脂肪酸、脂肪醇混合物，10重量份数的填料碳酸钙，1重量份数的助剂氯化聚乙烯(CPE)，利用密炼机混合分散，再将共混物加入到双螺杆挤出机中挤出造粒制得改性石墨烯粉体/硬质聚氯乙烯共混料，所述聚氯乙烯树脂为SG-5型树脂；
(3)用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备：将步骤(2)中所述的改性石墨烯粉体/硬质聚氯乙烯共混料加入聚氯乙烯管材挤出机中挤出成型制得用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材1。
实施例2
(1)改性石墨烯粉体的制备：将0.001重量份数的钛酸酯偶联剂，加入1重量份数乙醇/醋酸溶液(乙醇：醋酸＝95:5，重量比)中，搅拌均匀后加入1重量份数的石墨烯粉体，高速搅拌后再超声分散制得改性石墨烯分散液；再将该分散液充分干燥后利用球磨机制得改性石墨烯粉体；
(2)改性石墨烯粉体/聚丙烯共混母粒的制备：将(1)中所述的0.1重量份数的改性石墨烯粉体，加入到100重量份数的聚丙烯树脂中，再加入5重量份数的热稳定剂金属皂，0.1重量份数的润滑剂脂肪酰胺和金属皂混合物，5重量份数的填料滑石粉，10重量份数的助剂甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物(MBS)和着色剂混合物，利用Z形捏合机混合分散，再将共混物加入到单螺杆挤出机中挤出造粒制得改性石墨烯粉体/硬质聚氯乙烯共混料，所述聚氯乙烯树脂为SG-6型树脂；
(3)用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备：将步骤(2)中所述的改性石墨烯粉体/硬质聚氯乙烯共混料加入聚氯乙烯管材挤出机中挤出成型制得用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材2。
实施例3
(1)改性石墨烯粉体的制备：将0.8重量份数的十八烷基胺和异氰酸偶联剂，加入1000重量份数乙醇/水溶液(乙醇：水＝95:5，重量比)中，搅拌均匀后加入100重量份数的石墨烯粉体，高速搅拌后再超声分散制得改性石墨烯分散液；再将该分散液充分干燥后利用球磨机制得改性石墨烯粉体；
(2)改性石墨烯粉体/聚丙烯共混母粒的制备：将(1)中所述的10重量份数的改性石墨烯粉体，加入到100重量份数的聚丙烯树脂中，再加入8重量份数的热稳定剂有机锡，5重量份数的润滑剂石蜡和聚乙烯蜡混合物，50重量份数的填料钛白粉，20重量份数的助剂ACR和着色剂混合物，利用开炼机混合分散，再将共混物加入到行星螺杆挤出机中挤出造粒制得改性石墨烯粉体/硬质聚氯乙烯共混料，所述聚氯乙烯树脂为SG-7型树脂；
(3)用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备：将步骤(2)中所述的改性石墨烯粉体/硬质聚氯乙烯共混料加入聚氯乙烯管材挤出机中挤出成型制得用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材3。
实施例4
(1)改性石墨烯粉体的制备：将0.1重量份数的十八烷基胺和异氰酸偶联剂，加入500重量份数乙醇/水溶液(乙醇：水＝95:5，重量比)中，搅拌均匀后加入50重量份数的石墨烯粉体，高速搅拌后再超声分散制得改性石墨烯分散液；再将该分散液充分干燥后利用球磨机制得改性石墨烯粉体；
(2)改性石墨烯粉体/聚丙烯共混母粒的制备：将(1)中所述的5重量份数的改性石墨烯粉体，加入到100重量份数的聚丙烯树脂中，再加入10重量份数的热稳定剂环氧化合物和稀土化合物，3重量份数的润滑剂氧化聚乙烯蜡，30重量份数的填料碳酸钙，5重量份数的助剂ACR，利用高速混合机混合分散，再将共混物加入到行星螺杆挤出机中挤出造粒制得改性石墨烯粉体/硬质聚氯乙烯共混料，所述聚氯乙烯树脂为SG-5型树脂；
(3)用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备：将步骤(2)中所述的改性石墨烯粉体/硬质聚氯乙烯共混料加入聚氯乙烯管材挤出机中挤出成型制得用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材4。
本发明制备所得的用改性石墨烯的硬质聚氯乙烯复合管材，相对于未添加石墨烯的硬质聚氯乙烯复合管材，拉伸强度提高了20％，冲击强度提高了60％，抗老化性能提高了20％，另外该管材还具备了抗静电、导热等功能。
其它未说明的部分均为现有技术。
Claims (10)
1.一种用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法，其步骤包括：(1)将1×10-3-1重量份数的表面处理剂，加入至1-1000重量份数溶剂中，将二者搅拌均匀后加入1-100重量份数的石墨烯粉体，将混合物高速搅拌后超声分散制得改性石墨烯分散液；再将该改性石墨烯分散液干燥并球墨后制得改性石墨烯粉体；(2)将步骤(1)中所述的0.1-10重量份数的改性石墨烯粉体，加入到100重量份数的聚氯乙烯树脂中，再加入1-10重量份数的热稳定剂，0.1-5重量份数的润滑剂，5-50重量份数的填料和1-20重量份数的助剂，混合分散后再挤出造粒制得改性石墨烯粉体/硬质聚氯乙烯共混料；(3)将步骤(2)中所述的改性石墨烯粉体/硬质聚氯乙烯共混料加入聚氯乙烯管材挤出机中挤出成型制得用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材。
2.根据权利要求1所述用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所述表面处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、十八烷基胺、异氰酸中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所述溶剂为乙醇/水溶液或乙醇/醋酸溶液。
4.根据权利要求1所述用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所述聚氯乙烯为管材级聚氯乙烯树脂，包括SG-5、SG-6或SG-7型树脂。
5.根据权利要求1所述用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所述热稳定剂为盐基性铅盐、金属皂、有机锡、环氧化合物、稀土化合物中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所述润滑剂为脂肪酸脂、脂肪酸、脂肪醇、脂肪酰胺、金属皂、石蜡、聚乙烯蜡、氧化聚乙烯蜡分散剂中的一种或几种。
7.根据权利要求1所述用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所述填料包括碳酸钙、滑石粉、钛白粉中的一种或几种。
8.根据权利要求1所述用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所述助剂包括氯化聚乙烯、甲基丙烯酸甲酯-丁二烯-苯乙烯共聚物、ACR、着色剂中的一种或几种。
9.根据权利要求1所述用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的混合是利用Z形捏合机、高速混合机、开炼机或密炼机混合的。
10.根据权利要求1所述用石墨烯改性的硬质聚氯乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所述步骤(2)中的挤出造粒是利用平行双螺杆挤出机、锥形双螺杆挤出机或单螺杆挤出机进行的。
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