CN112980083A - 一种石墨烯抑菌增强塑料的制备方法及其制备装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种石墨烯抑菌增强塑料的制备方法及其制备装置，其制备方法包括以下步骤：原料准备、原料预处理、混合料制备、塑料母粒制备和增强塑料成型；本发明通过加入聚乙烯颗粒和聚丙烯颗粒制成的混合树脂颗粒提高了塑料的耐腐蚀性和热塑性，从而提高了使用寿命，而树枝状聚酰胺胺具有大量的端基基团，可以进行不同的功能性改性修饰，很好的成为石墨烯的载体，通过加入抗静电剂和阻燃剂使塑料具备良好的抗静电和阻燃功能，通过加入石墨烯粉体提高了塑料的导热性、机械强度、抑菌和抗菌性，并使塑料在后续使用时不易滋生细菌，同时通过对石墨烯粉体进行预分散，使石墨烯粉体在制备过程中分散性更佳，进一步提高了塑料的综合性能。

Description

一种石墨烯抑菌增强塑料的制备方法及其制备装置
技术领域
本发明涉及塑料生产加工技术领域，尤其涉及一种石墨烯抑菌增强塑料的制备方法及其制备装置。
背景技术
塑料是以单体为原料，通过加聚或缩聚反应聚合而成的高分子化合物，其抗形变能力中等，介于纤维和橡胶之间，塑料的主要成分是树脂，由合成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成，树脂是指尚未和各种添加剂混合的高分子化合物，树脂这一名词最初是由动植物分泌出的脂质而得名，如松香、虫胶等，树脂约占塑料总重量的40%～100%，塑料的基本性能主要决定于树脂的本性，但添加剂也起着重要作用；
随着工业的发展，人们对塑料制品的要求也越来越高，传统的塑料已逐渐不能满足塑料制品的性能要求，而现有的一些增强塑料所使用的原料大都品种单一，对塑料的性能提升有限，且不具备很好的抑菌抗菌功能，同时还不能具备很好的导热性能，导致其应用范围有限，另外现有的增强塑料的制备方法大都成本较高，且操作不便，不具备推广前景，因此，本发明提出一种石墨烯抑菌增强塑料的制备方法及其制备装置以解决现有技术中存在的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提出一种石墨烯抑菌增强塑料的制备方法及其制备装置，其制备方法通过在制备过程中加入有聚乙烯颗粒和聚丙烯颗粒制成的混合树脂颗粒提高了塑料的耐腐蚀性和热塑性，通过加入抗静电剂和阻燃剂使塑料具备良好的抗静电和阻燃功能，通过加入石墨烯粉体提高了塑料的导热性、机械强度、抑菌和抗菌性，同时通过对石墨烯粉体进行预分散，使石墨烯粉体在制备过程中分散性更佳。
为了实现本发明的目的，本发明通过以下技术方案实现：一种石墨烯抑菌增强塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：原料准备
通过计量称按以下重量份原料称取：石墨烯粉体10～20份、混合树脂颗粒100～120份、树枝状聚酰胺胺5～10份、抗静电剂3～6份、偶联剂5～10份、阻燃剂5～9份、石蜡油7～12份、二甲苯5～10份和乙醇溶液50～60份，所述混合树脂颗粒由聚乙烯颗粒和聚丙烯颗粒按重量比1:1混合制备而成，所述偶联剂为铬络合物偶联剂；
步骤二：原料预处理
根据步骤一，先将规定重量份的偶联剂和乙醇溶液加入反应釜中进行水解，接着将规定重量份的石墨烯粉体和二甲苯加入反应釜中并混合搅拌，待搅拌完成后将混合液放入烘干箱中进行加热烘干，得到预分散石墨烯；
步骤三：混合料制备
根据步骤二，将规定重量份的石蜡油、树枝状聚酰胺胺、阻燃剂和混合树脂颗粒加入高速搅拌机中并进行混合搅拌，接着将规定重量份的抗静电剂和预分散石墨烯加入高速搅拌机中继续混合搅拌，搅拌完成后将混合料放入真空干燥箱中进行加热干燥，干燥完成后将混合料导入储料桶中临时存储；
步骤四：塑料母粒制备
根据步骤三，先通过双螺杆挤出机将混合料熔融挤出，再将挤出料放入冷却水箱中进行冷却，接着通过热风机将冷却后的挤出料烘干，然后通过造粒机将挤出料加工为塑料母粒并放入储料箱中临时存储；
步骤五：增强塑料成型
根据步骤四，先根据生产需要将对应的注塑模具安装到注塑机上，再通过注塑机将塑料母粒注塑成型，冷却后制得石墨烯抑菌增强塑料，接着通过性能检测设备对石墨烯抑菌增强塑料进行检验，检验合格后通过包装设备对石墨烯抑菌增强塑料进行装箱。
进一步改进在于：所述步骤一中，通过计量称按以下重量份原料称取：石墨烯粉体10份、混合树脂颗粒100份、抗静电剂3份、偶联剂5份、阻燃剂5份、石蜡油7份、二甲苯5份和乙醇溶液50份。
进一步改进在于：所述步骤一中，通过计量称按以下重量份原料称取：石墨烯粉体20份、混合树脂颗粒120份、抗静电剂6份、偶联剂10份、阻燃剂9份、石蜡油12份、二甲苯10份和乙醇溶液60份。
进一步改进在于：所述步骤二中，反应釜的混合搅拌时间为30分钟，反应釜的加热温度为30℃，混合完成后先进行减压蒸馏再放入烘干箱，烘干箱的加热温度设为90℃。
进一步改进在于：所述步骤三中，石蜡油和混合树脂颗粒加入高度搅拌机后搅拌10分钟，预分散石墨烯加入高速搅拌机后搅拌30分钟，真空干燥箱内的加热温度为90℃。
进一步改进在于：所述步骤四中，混合料在挤出时设置双螺杆挤出机的加热温度设置为180℃，双螺杆挤出机的螺杆转速设置为150r/min。
一种石墨烯抑菌增强塑料的制备装置，包括原料处理装置、混合料制备装置、母粒制备装置和塑料成型装置，所述原料处理装置包括反应釜和烘干箱，所述混合料制备装置包括高速搅拌机、真空干燥箱和储料桶，所述母粒制备装置包括双螺杆挤出机、冷却水箱、热风机、造粒机和储料箱，所述塑料成型装置包括注塑机、性能检测设备和包装设备。
本发明的有益效果为：本发明通过在制备过程中加入有聚乙烯颗粒和聚丙烯颗粒制成的混合树脂颗粒提高了塑料的耐腐蚀性和热塑性，从而提高了使用寿命，而树枝状聚酰胺胺具有大量的端基基团，可以进行不同的功能性改性修饰，很好的成为石墨烯的载体，通过加入抗静电剂和阻燃剂使塑料具备良好的抗静电和阻燃功能，通过加入石墨烯粉体提高了塑料的导热性、机械强度、抑菌和抗菌性，并使塑料在后续使用时不易滋生细菌，同时通过对石墨烯粉体进行预分散，使石墨烯粉体在制备过程中分散性更佳，进一步提高了塑料的综合性能，使其应用范围更广，且本发明制备方法简单易操作，工艺科学严谨，制备成本也不高，值得广泛推广使用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的制备方法流程图；
图2是本发明的制备装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对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作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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例一
参见图1，本实施例提供了一种石墨烯抑菌增强塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：原料准备
通过计量称按以下重量份原料称取：石墨烯粉体10份、混合树脂颗粒100份、树枝状聚酰胺胺5份、抗静电剂3份、偶联剂5份、阻燃剂5份、石蜡油7份、二甲苯5份和乙醇溶液50份，所述混合树脂颗粒由聚乙烯颗粒和聚丙烯颗粒按重量比1:1混合制备而成，所述偶联剂为铬络合物偶联剂；
步骤二：原料预处理
根据步骤一，先将规定重量份的偶联剂和乙醇溶液加入反应釜中进行水解，接着将规定重量份的石墨烯粉体和二甲苯加入反应釜中并混合搅拌，待搅拌完成后将混合液放入烘干箱中进行加热烘干，得到预分散石墨烯，反应釜的混合搅拌时间为30分钟，反应釜的加热温度为30℃，混合完成后先进行减压蒸馏再放入烘干箱，烘干箱的加热温度设为90℃；
步骤三：混合料制备
根据步骤二，将规定重量份的石蜡油、树枝状聚酰胺胺、阻燃剂和混合树脂颗粒加入高速搅拌机中并进行混合搅拌，接着将规定重量份的抗静电剂和预分散石墨烯加入高速搅拌机中继续混合搅拌，搅拌完成后将混合料放入真空干燥箱中进行加热干燥，干燥完成后将混合料导入储料桶中临时存储，石蜡油和混合树脂颗粒加入高度搅拌机后搅拌10分钟，预分散石墨烯加入高速搅拌机后搅拌30分钟，真空干燥箱内的加热温度为90℃；
步骤四：塑料母粒制备
根据步骤三，先通过双螺杆挤出机将混合料熔融挤出，再将挤出料放入冷却水箱中进行冷却，接着通过热风机将冷却后的挤出料烘干，然后通过造粒机将挤出料加工为塑料母粒并放入储料箱中临时存储，混合料在挤出时设置双螺杆挤出机的加热温度设置为180℃，双螺杆挤出机的螺杆转速设置为150r/min；
步骤五：增强塑料成型
根据步骤四，先根据生产需要将对应的注塑模具安装到注塑机上，再通过注塑机将塑料母粒注塑成型，冷却后制得石墨烯抑菌增强塑料，接着通过性能检测设备对石墨烯抑菌增强塑料进行检验，检验合格后通过包装设备对石墨烯抑菌增强塑料进行装箱。
参见图2，本实施例提供了一种石墨烯抑菌增强塑料的制备装置，包括原料处理装置、混合料制备装置、母粒制备装置和塑料成型装置，所述原料处理装置包括反应釜和烘干箱，所述混合料制备装置包括高速搅拌机、真空干燥箱和储料桶，所述母粒制备装置包括双螺杆挤出机、冷却水箱、热风机、造粒机和储料箱，所述塑料成型装置包括注塑机、性能检测设备和包装设备。
实施例二
参见图1，本实施例提供了一种石墨烯抑菌增强塑料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：原料准备
通过计量称按以下重量份原料称取：石墨烯粉体20份、混合树脂颗粒120份、树枝状聚酰胺胺10份、抗静电剂6份、偶联剂10份、阻燃剂9份、石蜡油12份、二甲苯10份和乙醇溶液60份，所述混合树脂颗粒由聚乙烯颗粒和聚丙烯颗粒按重量比1:1混合制备而成，所述偶联剂为铬络合物偶联剂；
步骤二：原料预处理
根据步骤一，先将规定重量份的偶联剂和乙醇溶液加入反应釜中进行水解，接着将规定重量份的石墨烯粉体和二甲苯加入反应釜中并混合搅拌，待搅拌完成后将混合液放入烘干箱中进行加热烘干，得到预分散石墨烯，反应釜的混合搅拌时间为30分钟，反应釜的加热温度为30℃，混合完成后先进行减压蒸馏再放入烘干箱，烘干箱的加热温度设为90℃；
步骤三：混合料制备
根据步骤二，将规定重量份的石蜡油、树枝状聚酰胺胺、阻燃剂和混合树脂颗粒加入高速搅拌机中并进行混合搅拌，接着将规定重量份的抗静电剂和预分散石墨烯加入高速搅拌机中继续混合搅拌，搅拌完成后将混合料放入真空干燥箱中进行加热干燥，干燥完成后将混合料导入储料桶中临时存储，石蜡油和混合树脂颗粒加入高度搅拌机后搅拌10分钟，预分散石墨烯加入高速搅拌机后搅拌30分钟，真空干燥箱内的加热温度为90℃；
步骤四：塑料母粒制备
根据步骤三，先通过双螺杆挤出机将混合料熔融挤出，再将挤出料放入冷却水箱中进行冷却，接着通过热风机将冷却后的挤出料烘干，然后通过造粒机将挤出料加工为塑料母粒并放入储料箱中临时存储，混合料在挤出时设置双螺杆挤出机的加热温度设置为180℃，双螺杆挤出机的螺杆转速设置为150r/min；
步骤五：增强塑料成型
根据步骤四，先根据生产需要将对应的注塑模具安装到注塑机上，再通过注塑机将塑料母粒注塑成型，冷却后制得石墨烯抑菌增强塑料，接着通过性能检测设备对石墨烯抑菌增强塑料进行检验，检验合格后通过包装设备对石墨烯抑菌增强塑料进行装箱。
参见图2，本实施例提供了一种石墨烯抑菌增强塑料的制备装置，包括原料处理装置、混合料制备装置、母粒制备装置和塑料成型装置，所述原料处理装置包括反应釜和烘干箱，所述混合料制备装置包括高速搅拌机、真空干燥箱和储料桶，所述母粒制备装置包括双螺杆挤出机、冷却水箱、热风机、造粒机和储料箱，所述塑料成型装置包括注塑机、性能检测设备和包装设备。
该石墨烯抑菌增强塑料中的树枝状聚酰胺胺的作用为增加分散性，增加溶解性，提高有效成分的溶解量，通过降低粘度来降低混合要求，提高流动性和润湿性，树枝分子外层反应基团能够提供聚离子，可以增加与多种材料表面的相互作用；
且树枝状聚酰胺胺具有大量的端基基团，并且可以进行不同的功能性改性修饰，可以很好的作为石墨烯的载体，并可以作为高度分散剂和稳定剂，用于纳米粒子的合成；
另外树枝状聚酰胺胺树形分子的分子链中含有大量的-NH2和-CONH-极性基团，使其具有很好的水溶性，其大量的端基基团容易进行功能化改性，如端基含双键基团的超支化聚合物黏度低、双键官能度高、反应速度快；
树枝状聚酰胺胺中高度分支的分子结构内存在空腔和大量的表面官能团，不易结晶且易成膜，具有低的熔体粘度和溶液粘度以及无可比拟的纳米特性，还具备优良的溶解和分散性能；
本发明在制备过程中加入的树枝状高分子结构特点和优异特性是中心有核，内部有空腔，大量支化单元，表面均匀分布可修饰的官能团，体积、形状、功能基团以及分子量都可以在分子水平精确控制，高度支化，具有规整，精致的完美结构，高代数呈球形，且原料为纳米级尺寸，有良好的溶解性和低的粘度。
对各实施例所得石墨烯抑菌增强塑料进行相关性能测试，测试结果见表1。
表1性能测试结果
Figure 752590DEST_PATH_IMAGE001
该石墨烯抑菌增强塑料的制备方法通过在制备过程中加入有聚乙烯颗粒和聚丙烯颗粒制成的混合树脂颗粒提高了塑料的耐腐蚀性和热塑性，从而提高了使用寿命，而树枝状聚酰胺胺具有大量的端基基团，可以进行不同的功能性改性修饰，很好的成为石墨烯的载体，通过加入抗静电剂和阻燃剂使塑料具备良好的抗静电和阻燃功能，通过加入石墨烯粉体提高了塑料的导热性、机械强度、抑菌和抗菌性，并使塑料在后续使用时不易滋生细菌，同时通过对石墨烯粉体进行预分散，使石墨烯粉体在制备过程中分散性更佳，进一步提高了塑料的综合性能，使其应用范围更广，且本发明制备方法简单易操作，工艺科学严谨，制备成本也不高，值得广泛推广使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种石墨烯抑菌增强塑料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：原料准备
通过计量称按以下重量份原料称取：石墨烯粉体10～20份、混合树脂颗粒100～120份、树枝状聚酰胺胺5～10份、抗静电剂3～6份、偶联剂5～10份、阻燃剂5～9份、石蜡油7～12份、二甲苯5～10份和乙醇溶液50～60份，所述混合树脂颗粒由聚乙烯颗粒和聚丙烯颗粒按重量比1:1混合制备而成，所述偶联剂为铬络合物偶联剂；
步骤二：原料预处理
根据步骤一，先将规定重量份的偶联剂和乙醇溶液加入反应釜中进行水解，接着将规定重量份的石墨烯粉体和二甲苯加入反应釜中并混合搅拌，待搅拌完成后将混合液放入烘干箱中进行加热烘干，得到预分散石墨烯；
步骤三：混合料制备
根据步骤二，将规定重量份的石蜡油、树枝状聚酰胺胺、阻燃剂和混合树脂颗粒加入高速搅拌机中并进行混合搅拌，接着将规定重量份的抗静电剂和预分散石墨烯加入高速搅拌机中继续混合搅拌，搅拌完成后将混合料放入真空干燥箱中进行加热干燥，干燥完成后将混合料导入储料桶中临时存储；
步骤四：塑料母粒制备
根据步骤三，先通过双螺杆挤出机将混合料熔融挤出，再将挤出料放入冷却水箱中进行冷却，接着通过热风机将冷却后的挤出料烘干，然后通过造粒机将挤出料加工为塑料母粒并放入储料箱中临时存储；
步骤五：增强塑料成型
根据步骤四，先根据生产需要将对应的注塑模具安装到注塑机上，再通过注塑机将塑料母粒注塑成型，冷却后制得石墨烯抑菌增强塑料，接着通过性能检测设备对石墨烯抑菌增强塑料进行检验，检验合格后通过包装设备对石墨烯抑菌增强塑料进行装箱。
2.根据权利要求1所述的一种石墨烯抑菌增强塑料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，通过计量称按以下重量份原料称取：石墨烯粉体10份、混合树脂颗粒100份、树枝状聚酰胺胺5份、抗静电剂3份、偶联剂5份、阻燃剂5份、石蜡油7份、二甲苯5份和乙醇溶液50份。
3.根据权利要求1所述的一种石墨烯抑菌增强塑料的制备方法，其特征在于：所述步骤一中，通过计量称按以下重量份原料称取：石墨烯粉体20份、混合树脂颗粒120份、树枝状聚酰胺胺10份、抗静电剂6份、偶联剂10份、阻燃剂9份、石蜡油12份、二甲苯10份和乙醇溶液60份。
4.根据权利要求1所述的一种石墨烯抑菌增强塑料的制备方法，其特征在于：所述步骤二中，反应釜的混合搅拌时间为30分钟，反应釜的加热温度为30℃，混合完成后先进行减压蒸馏再放入烘干箱，烘干箱的加热温度设为90℃。
5.根据权利要求1所述的一种石墨烯抑菌增强塑料的制备方法，其特征在于：所述步骤三中，石蜡油和混合树脂颗粒加入高度搅拌机后搅拌10分钟，预分散石墨烯加入高速搅拌机后搅拌30分钟，真空干燥箱内的加热温度为90℃。
6.根据权利要求1所述的一种石墨烯抑菌增强塑料的制备方法，其特征在于：所述步骤四中，混合料在挤出时设置双螺杆挤出机的加热温度设置为180℃，双螺杆挤出机的螺杆转速设置为150r/min。
7.一种石墨烯抑菌增强塑料的制备装置，包括原料处理装置、混合料制备装置、母粒制备装置和塑料成型装置，其特征在于：所述原料处理装置包括反应釜和烘干箱，所述混合料制备装置包括高速搅拌机、真空干燥箱和储料桶，所述母粒制备装置包括双螺杆挤出机、冷却水箱、热风机、造粒机和储料箱，所述塑料成型装置包括注塑机、性能检测设备和包装设备。
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