CN107446243A - 一种改性白石墨烯复合聚丙烯管材及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及塑料管道技术领域，具体公开了一种改性白石墨烯复合聚丙烯管材，该管材其原料组成按重量份配比为100份聚丙烯树脂、0.1～10份改性白石墨烯、0.05～1份抗氧剂、0.05‑1份分散剂。还公开了该管材的制备方法，具体包括改性白石墨烯的制备、改性白石墨烯与聚丙烯树脂的共混、改性白石墨烯聚丙烯母粒的制备、挤出成型。本发明制备的改性白石墨烯复合聚丙烯管材与现有的聚丙烯管材相比，0℃低温抗冲击性能提高达350％以上，拉伸断裂强度提高达30％，维卡耐热温度提高达5℃，透氧率降低达40％，同时导热性与耐腐蚀性良好，且易于加工、成本较低，具有很强的实用性。

Description

一种改性白石墨烯复合聚丙烯管材及其制备方法
技术领域
本发明涉及塑料管道技术领域，具体涉及一种改性白石墨烯复合聚丙烯管材及其制备方法。
背景技术
聚丙烯是由丙烯聚合制得的一种热塑性树脂，是五大通用塑料之一，被广泛应用于各种高性能管材中。聚丙烯具有密度小、耐疲劳、耐化学腐蚀、耐应力开裂及易于成型加工等优点，缺点是耐低温冲击性差，较易老化。
随着聚丙烯管材越来越多的应用于建筑物的冷热水***、采暖***、输送或排放化学介质等工业用管道***，对管材的抗压及低温抗冲击性能、阻氧性、热稳定性、耐腐蚀性等特定性能的要求也日益提高，因此如何对聚丙烯进行改性，使其在保持原有性能的基础上对特定性能进行改善，成为一个重要的研究课题。
在现有的研究和专利中，通常采用其他塑料、橡胶或弹性体与聚丙烯共混进行改性，可提高其耐冲击性，但拉伸强度和弯曲强度会大幅降低。还有通过添加特定晶型的成核剂控制聚丙烯的晶型来实现聚丙烯的高性能化。如专利CN104086887A采用新型微纳米尺度的成核剂对聚丙烯进行耐候、耐冲击改性，但由于成核剂具有很高的表面能，极易团聚，同时与基体材料相容性差，从而影响聚丙烯的性能。
发明内容
有鉴于此，有必要针对上述问题，提供一种改性白石墨烯复合聚丙烯管材及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
本发明的改性白石墨烯复合聚丙烯管材，其原料按重量份组成为100份聚丙烯树脂、0.1～10份改性白石墨烯、0.05～1份抗氧剂、0.05-1份分散剂。
作为优选的，所述改性白石墨烯复合聚丙烯管材，其原料按重量份组成为100份聚丙烯树脂、1～7份改性白石墨烯、0.1～0.5份抗氧剂、0.1-0.5份分散剂。
进一步的，所述聚丙烯树脂为管材级无规共聚聚丙烯树脂、均聚聚丙烯树脂、嵌段共聚聚丙烯树脂中的一种或多种。
进一步的，所述抗氧剂为亚磷酸酯抗氧剂、受阻酚抗氧剂中的一种或多种。
进一步的，所述分散剂为硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或多种。
进一步的，所述改性白石墨烯为选用5-10层的白石墨烯用0.1-0.5％表面活性剂水溶液浸泡22-26小时，经离心、真空干燥后得到。
作为优选的，所述改性白石墨烯为选用10层的白石墨烯用0.1％表面活性剂水溶液浸泡24小时，经离心、真空干燥后得到。
进一步的，所述表面活性剂包括长链路易斯碱、长链路易斯酸、季铵化物、磺酸化物、非离子型表面活性剂中的一种或多种。
作为优选的，所述长链路易斯碱为胺类；所述长链路易斯酸为硼烷类；所述季铵化物包括烷基三甲基季铵盐、烷基二甲基苄基季铵盐、二烷基二甲基季铵盐；所述磺酸化物包括十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、木质素磺酸钠；所述非离子型表面活性剂包括聚醚、聚酯、聚乙烯醇、纤维素衍生物。
一种改性白石墨烯复合聚丙烯管材的制备方法，包括：
步骤1)改性白石墨烯的制备：选用5-10层的白石墨烯制备改性白石墨烯；
步骤2)共混：按重量份配比称取聚丙烯树脂、改性白石墨烯、抗氧剂及分散剂，经高速混合机混合均匀；
步骤3)母粒的制备：将步骤2)混合后的原料经双螺杆挤出机熔融挤出，水冷拉条切粒后得到改性白石墨烯聚丙烯母粒；
步骤4)挤出成型：将步骤3)得到的改性白石墨烯聚丙烯母粒，再经管材挤出机挤出成型，得到改性白石墨烯复合聚丙烯管材成品。
进一步的，步骤2)所述共混，为于高速混合机高速分散5-30min。
进一步的，步骤3)所述的母粒的制备过程，双螺杆挤出机各区温度为140-160℃、机头温度为150-170℃。
进一步的，步骤4)中所述管材挤出机挤出成型温度为140-170℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)经过改性的白石墨烯具有良好的阻气性、强度和耐热性，耐高温可达2000℃，且具有优异的导热性能和化学惰性。本发明的改性白石墨烯复合聚丙烯管材与现有的聚丙烯管材相比，0℃低温抗冲击性能提高200％以上，拉伸断裂强度提高30％，维卡耐热温度提高5℃，透氧率降低40％，同时导热性与耐腐蚀性良好。
2)本发明的改性白石墨烯复合聚丙烯管材可充分利用塑料改性、成型加工产业上的现有设备，易于加工、成本较低，可广泛应用于建筑物的冷热水***、采暖***、输送或排放化学介质等工业用管道***，具有很大的实用价值。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，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
步骤1)改性白石墨烯的制备：选用5-10层的白石墨烯用0.1％聚乙烯醇水溶液浸泡24小时，经离心、真空干燥后得改性白石墨烯；
步骤2)共混：按重量份数分别称取100份管材级无规共聚聚丙烯树脂、0.1份改性白石墨烯、0.1份受阻酚抗氧剂1010以及0.1份硬脂酸经高速混合机均匀混合10min；
步骤3)母粒的制备：将步骤2)均匀混合后的原料经双螺杆挤出机熔融挤出，挤出机各区温度145℃、机头温度150℃，再经水冷拉条切粒后得到改性白石墨烯聚丙烯母粒；
步骤4)挤出成型：将步骤3)得到的改性白石墨烯聚丙烯母粒再经管材挤出机挤出成型，挤出温度为150℃，得到改性白石墨烯复合聚丙烯管材成品。
实施例2
步骤1)改性白石墨烯的制备：选用5-10层的白石墨烯用0.1％油胺水溶液浸泡24小时，经离心、真空干燥后得改性白石墨烯；
步骤2)共混：按重量份数分别称取100份管材级无规共聚聚丙烯树脂、1份改性白石墨烯、0.3份受阻酚抗氧剂1010以及0.3份聚乙烯蜡经高速混合机均匀混合10min；
步骤3)母粒的制备：将步骤2)均匀混合后的原料经双螺杆挤出机熔融挤出，挤出机各区温度150℃、机头温度170℃，再经水冷拉条切粒后得到改性白石墨烯聚丙烯母粒；
步骤4)挤出成型：将步骤3)得到的改性白石墨烯聚丙烯母粒再经管材挤出机挤出成型，挤出温度为155℃，得到改性白石墨烯复合聚丙烯管材成品。
实施例3
步骤1)改性白石墨烯的制备：选用5-10层的白石墨烯用0.4％油胺水溶液浸泡24小时，经离心、真空干燥后得改性白石墨烯；
步骤2)共混：按重量份数分别称取100份管材级均聚聚丙烯树脂、3份改性白石墨烯、0.5份亚磷酸酯抗氧剂168以及0.5份硬脂酸经高速混合机均匀混合15min；
步骤3)母粒的制备：将步骤2)均匀混合后的原料经双螺杆挤出机熔融挤出，挤出机各区温度155℃、机头温度170℃，再经水冷拉条切粒后得到改性白石墨烯聚丙烯母粒；
步骤4)挤出成型：将步骤3)得到的改性白石墨烯聚丙烯母粒再经管材挤出机挤出成型，挤出温度为160℃，得到改性白石墨烯复合聚丙烯管材成品。
实施例4
步骤1)改性白石墨烯的制备：选用5-10层的白石墨烯用0.5％十二烷基磺酸钠水溶液浸泡24小时，经离心、真空干燥后得改性白石墨烯；
步骤2)共混：按重量份数分别称取100份管材级嵌段共聚聚丙烯、6份改性白石墨烯、0.2份亚磷酸酯抗氧剂168、0.1份受阻酚抗氧剂1010以及0.3份石蜡经高速混合机均匀混合25min；
步骤3)母粒的制备：将步骤2)均匀混合后的原料经双螺杆挤出机熔融挤出，挤出机各区温度160℃、机头温度170℃，再经水冷拉条切粒后得到改性白石墨烯聚丙烯母粒；
步骤4)挤出成型：将步骤3)得到的改性白石墨烯聚丙烯母粒再经管材挤出机挤出成型，挤出温度为170℃，得到改性白石墨烯复合聚丙烯管材成品。
对比实施例1
对比实施例1为市售的无规共聚聚丙烯管材。
表1中为市售的无规共聚聚丙烯管材和实施例1-4中所制备的改性白石墨烯复合聚丙烯管材的性能参数：
表1对比例和实施例1-4的聚丙烯管材性能测试结果
与市售的普通聚丙烯管材性能相比，本发明制备的改性白石墨烯复合聚丙烯管材，0℃低温抗冲击性能提高达350％以上，拉伸断裂强度提高达30％，维卡耐热温度提高达5℃，透氧率降低达40％，同时导热性与耐腐蚀性良好，且易于加工、成本较低，具有很强的实用性。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种改性白石墨烯复合聚丙烯管材，其特征在于，其原料按重量份组成为100份聚丙烯树脂、0.1～10份改性白石墨烯、0.05～1份抗氧剂、0.05-1份分散剂。
2.根据权利要求1所述的改性白石墨烯复合聚丙烯管材，其特征在于，所述聚丙烯树脂为管材级无规共聚聚丙烯树脂、均聚聚丙烯树脂、嵌段共聚聚丙烯树脂中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的改性白石墨烯复合聚丙烯管材，其特征在于，所述抗氧剂为亚磷酸抗氧剂、受阻酚抗氧剂中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的改性白石墨烯复合聚丙烯管材，其特征在于，所述分散剂为硬脂酸、石蜡、聚乙烯蜡中的一种或多种。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的改性白石墨烯复合聚丙烯管材，其特征在于，所述改性白石墨烯为选用5-10层的白石墨烯用0.1-0.5％表面活性剂水溶液浸泡22-26小时，经离心、真空干燥后得到。
6.根据权利要求5所述的改性白石墨烯复合聚丙烯管材，其特征在于，所述表面活性剂包括长链路易斯碱、长链路易斯酸、季铵化物、磺酸化物、非离子型表面活性剂中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的改性白石墨烯复合聚丙烯管材，其特征在于，所述长链路易斯碱为胺类；所述长链路易斯酸为硼烷类；所述季铵化物包括烷基三甲基季铵盐、烷基二甲基苄基季铵盐、二烷基二甲基季铵盐；所述磺酸化物为十二烷基苯磺酸钠、十二烷基磺酸钠、木质素磺酸钠；所述非离子型表面活性剂为聚醚、聚酯、聚乙烯醇、纤维素衍生物。
8.一种改性白石墨烯复合聚丙烯管材的制备方法，包括：
步骤1)改性白石墨烯的制备：选用5-10层的白石墨烯制备改性白石墨烯；
步骤2)共混：按重量份配比称取聚丙烯树脂、改性白石墨烯、抗氧剂及分散剂，经高速混合机混合均匀；
步骤3)母粒的制备：将步骤2)混合后的原料经双螺杆挤出机熔融挤出，水冷拉条切粒后得到改性白石墨烯聚丙烯母粒；
步骤4)挤出成型：将步骤3)得到的改性白石墨烯聚丙烯母粒，再经管材挤出机挤出成型，得到改性白石墨烯复合聚丙烯管材成品。
9.根据权利要求8所述的改性白石墨烯复合聚丙烯管材的制备方法，其特征在于，步骤2)所述共混，为于高速混合机高速分散5-30min。
10.根据权利要求8所述的改性白石墨烯复合聚丙烯管材的制备方法，其特征在于，步骤3)所述的母粒的制备过程，双螺杆挤出机各区温度为140-160℃，机头温度为150-170℃；步骤4)中所述管材挤出机挤出成型温度为140-170℃。
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