CN104844822B - 一种石墨烯导电母粒及其制备方法和应用 - Google Patents

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本发明涉及塑料母粒制备技术领域，具体公开了一种石墨烯导电母粒及其制备方法和应用。所述的石墨烯导电母粒的制备方法，包含如下步骤：S1.将抗静电剂溶解在有机溶剂中得到溶液A；S2.将石墨烯放入有机溶剂中超声分散，在超声和机械搅拌下加入溶液A，浓缩除去有机溶剂得膏状物；S3.将膏状物加热熔融，然后将熔融的膏状物经自由落体滴落、冷却即得所述的石墨烯导电母粒。所述的石墨烯导电母粒具有优异的体积电阻率，在应用中能够形成旋节相分离结构的高效导电网络。

Description

一种石墨烯导电母粒及其制备方法和应用
技术领域
本发明涉及塑料母粒制备技术领域，具体涉及一种石墨烯导电母粒及其制备方法和应用。
背景技术
目前高分子材料在国防、军工、电子产品等众多领域得到大规模应用。但大多数高分子材料具有较高的体积电阻率，由于高分子材料自身电阻率高，静电不易除去而导致积累的电压很大，对塑料制品的生产和使用过程造成很大的负面影响。譬如静电会使空气中的尘埃吸附于制品上影响其外观、降低其商业价值，又如制品印刷时静电会使油墨或燃料附着不均容易脱落，再如静电会产生放电现象，进而引起点击着火、粉体***等事故。静电还可能损坏产品的使用性能，如电子芯片的封装和拆卸行为等。目前减少这类静电最有效的方法是在高分子材料中添加导电母粒。
现有制备导电母粒的方法为将石墨烯等碳材料与聚乙烯等抗静电剂经双螺杆挤出机或密炼机熔融共混制备得到。在现有的这种导电母粒的制备方法无法将石墨烯有效分散，石墨烯呈相互团聚状态（如图1所示），必须使各团聚体相互靠近才能形成导电网络导电。造成最终应用的结果是，要想到达一定的体积电阻率必须增加石墨烯用量。由于石墨烯材料比较贵，增加石墨烯用量从而会导致材料的成本增加。另一方面增加石墨烯用量会导致其所应用的材料性能下降。因此，开发一种具有优良的体积电阻率、在实际应用中能够形成高效导电网络的导电母粒具有很好的市场前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，为了克服现有技术中导电母粒不能形成高效导电网络、导电性能不佳的技术问题，提供一种石墨烯导电母粒。
本发明所要解决的上述技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种石墨烯导电母粒的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
S1. 将抗静电剂溶解在有机溶剂中得到溶液A；
S2.将石墨烯放入有机溶剂中超声分散，在超声和机械搅拌下加入溶液A，浓缩除去有机溶剂得膏状物；
S3. 将膏状物加热熔融，然后将熔融的膏状物经自由落体滴落、冷却即得所述的石墨烯导电母粒；
S1中所述的抗静电剂选自油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酰胺和季戊四醇硬脂酸脂中的一种或几种。
本发明精选油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酰胺和季戊四醇硬脂酸脂等非结晶的、具有分散、润滑且一定抗静电作用的有机材料，与石墨烯在溶液状态下混合制备导电母粒，此方法可以有效的将石墨烯分散开，在实际应用当中形成旋节相分离结构的高效导电网络（如图2所示）。有效避免了现有技术中石墨烯分散不开，形成团聚状态的情况发生。可以大大节约石墨烯使用量，大幅度降低工业化生产成本。
优选地，S1中所述的抗静电剂与S2中的石墨烯的重量用量比为1~2：1~2。
最优选地，S1中所述的抗静电剂与S2中的石墨烯的重量用量比为1:1。
优选地，S1和S2中所述的有机溶剂为乙醇。
优选地，S2中所述的超声分散，其分散时间为1~3h。
优选地，S2中所述的膏状物中含有30~70%重量的石墨烯。
最优选地，S2中所述的膏状物中含有50%重量的石墨烯。
优选地，S3中制备得到石墨烯导电母粒的粒径为2~4mm。
最优选地，S3中制备得到石墨烯导电母粒的粒径为3mm。
本发明提供一种由上述制备方法制备得到的石墨烯导电母粒。
所述石墨烯导电母粒在形成旋节相分离形态高效导电网络中的应用。
优选地，所述的应用，是将石墨烯导电母粒与高分子材料熔融共混，冷却后即形成旋节相分离形态高效导电网络。
优选地，所述的高分子材料为聚丙烯材料（PP）、聚乙烯材料（PE）、聚苯乙烯材料（PS）、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物材料（ABS）、耐冲击性聚苯乙烯材料（HIPS）、聚酰胺6材料（PA6）或聚对苯二甲酸丁二醇酯材料（PBT）。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明采用溶液共混的方式制备石墨烯导电母粒，颠覆了现有的熔体共混方式制备石墨烯导电母粒，使得在使用相同石墨烯材料的用量下，体积电阻率比现有技术制备导电母粒的体积电阻率小5~6个数量级；
（2）将石墨烯先在有机溶剂中分散，然后加入抗静电剂，去除溶剂后可有效防止石墨烯的再次团聚，通过熔融后滴珠，制成与塑料粒大小相近的颗粒，便于随后应用时的出现混合不均的情况，方便混合后使用；
（3）用酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酰胺或季戊四醇硬脂酸脂这些非结晶的、具有分散、润滑和一定抗静电作用的有机材料，可以在随后应用中，使石墨烯形成旋节相分离结构的高效导电网络；而不是像传统母粒那样，必须整个基体中导电粒子形成相互靠近搭接的导电网络后才导电（一般要达到106，需要8%以上的石墨烯），这样可以少用贵的石墨烯（只需4%左右的石墨烯即可达到102的导电效果），达到相同的导电效果，大大降低了成本。
附图说明
图1为传统的石墨烯导电母粒形成的团聚体相互靠近导电示意图。
图2为本发明石墨烯充分分散形成旋节相分离结构的高效导电网络导电示意图。
图3为实施例5所述抗静电材料PP中的碳纳米材料分散图。
具体实施方式
以下结合具体实施例来进一步解释本发明，但实施例对本发明不做任何形式的限定。
实施例1
S1. 将200g油酸酰胺溶解在1L乙醇中得到溶液A；
S2.将200g石墨烯放入4L乙醇中超声分散1h，在超声和机械搅拌下加入溶液A，减压浓缩除去乙醇得含有50%重量石墨烯的膏状物；
S3. 将膏状物加热熔融，然后将熔融的膏状物经自由落体滴落、滴在冷金属板上冷却得粒径约3mm的石墨烯导电母粒。
实施例2
S1. 将200g芥酸酰胺溶解在1L乙醇中得到溶液A；
S2.将200g石墨烯放入4L乙醇中超声分散1h，在超声和机械搅拌下加入溶液A，减压浓缩除去乙醇得含有50%重量石墨烯的膏状物；
S3. 将膏状物加热熔融，然后将熔融的膏状物经自由落体滴落、滴在冷金属板上冷却得粒径约3mm的石墨烯导电母粒。
实施例3
S1. 将200g硬脂酰胺溶解在1L乙醇中得到溶液A；
S2.将200g石墨烯放入4L乙醇中超声分散1h，在超声和机械搅拌下加入溶液A，减压浓缩除去乙醇得含有50%重量石墨烯的膏状物；
S3. 将膏状物加热熔融，然后将熔融的膏状物经自由落体滴落、滴在冷金属板上冷却得粒径约3mm的石墨烯导电母粒。
实施例4
S1. 将200g季戊四醇硬脂酸脂溶解在1L乙醇中得到溶液A；
S2.将200g石墨烯放入4L乙醇中超声分散1h，在超声和机械搅拌下加入溶液A，减压浓缩除去乙醇得含有50%重量石墨烯的膏状物；
S3. 将膏状物加热熔融，然后将熔融的膏状物经自由落体滴落、滴在冷金属板上冷却得粒径约3mm的石墨烯导电母粒。
实施例5 抗静电材料PP的制备
将实施例1制备得到的石墨烯导电母粒800g与聚丙烯材料（PP）材料9200g熔融共混，经双螺杆挤出机挤出冷却后形成具有旋节相分离形态高效导电网络的抗静电材料PP（石墨烯的含量为4%）。
实施例6
参照实施例5的制备方法，分别制备石墨烯的含量为4%的抗静电材料PE、抗静电材料PS、抗静电材料ABS、抗静电材料HIPS、抗静电材料PA6、抗静电材料PBT。
对比例1 传统石墨烯导电母粒的制备
以传统的熔融方式，将200g聚乙烯与200g石墨烯经密炼机熔融共混，再经单螺杆挤出机挤出造粒得粒径为3mm左右的含有50%重量石墨烯的传统石墨烯导电母粒。
对比例2
用对比例1制备得到的传统石墨烯导电母粒，与聚合物材料熔融共混，经双螺杆挤出机挤出冷却后分别制备得到石墨烯的含量为4%的抗静电材料PP、抗静电材料PE、抗静电材料PS、抗静电材料ABS、抗静电材料HIPS、抗静电材料PA6、抗静电材料PBT。
实施例7 体积电阻率及材料性能测试
体积电阻率的测试方法：采用EST121型数字超高电阻、微电流测量仪，依据GB/T1410-2006测试，样品直径82mm，厚2mm，每个试样测五组，取其平均值。
由表1可以看出，本发明制备得到的石墨烯导电母粒具有良好的体积电阻率。从表2和表3中的数据可以看出，将本发明制备得到的石墨烯导电母粒制备得到的抗静电材料，石墨烯导电母粒在其中能形成旋节相分离结构的高效导电网络，使得其体积电阻率比使用传统方法制备得到的石墨烯导电母粒的电阻率低了5~6个数量级，性能大大提高。

Claims (9)

1.一种石墨烯导电母粒的制备方法，其特征在于，包含如下步骤：
S1. 将抗静电剂溶解在有机溶剂中得到溶液A；
S2.将石墨烯放入有机溶剂中超声分散，在超声和机械搅拌下加入溶液A，浓缩除去有机溶剂得膏状物；所述的膏状物中含有30~70%重量的石墨烯；
S3. 将膏状物加热熔融，然后将熔融的膏状物经自由落体滴落、冷却即得所述的石墨烯导电母粒；
其中，S1中所述的抗静电剂选自油酸酰胺、芥酸酰胺、硬脂酰胺和季戊四醇硬脂酸酯中的一种或几种；
S1中所述的抗静电剂与S2中的石墨烯的重量用量比为1~2：1~2。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1中所述的抗静电剂与S2中的石墨烯的重量用量比为1:1。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S1和S2中所述的有机溶剂为乙醇。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，S2中所述的超声分散，其分散时间为1~3h。
5.由权利要求1~4任一项制备方法制备得到的石墨烯导电母粒。
6.权利要求5所述石墨烯导电母粒在形成旋节相分离形态高效导电网络中的应用。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，将石墨烯导电母粒与高分子材料熔融共混，冷却后即形成旋节相分离形态高效导电网络。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的高分子材料为聚丙烯材料、聚乙烯材料、聚苯乙烯材料、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物材料、聚酰胺6材料或聚对苯二甲酸丁二醇酯材料。
9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述聚苯乙烯材料为耐冲击性聚苯乙烯材料。
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