CN116376167A - 一种改性塑料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种改性塑料及其制备方法，属于塑料技术领域。将膨润土经过碱预处理后，经过氧化石墨烯包覆后进行水合肼还原，制得石墨烯包覆膨润土，与熔融聚丙烯混合插层，制得改性塑料。该改性塑料的力学性能得到了明显提高，导电性能也明显提高，同时，具有密度低的特点，适合于高强抗静电工程塑料。
Description
技术领域
本发明涉及塑料技术领域，具体涉及一种改性塑料及其制备方法。
背景技术
聚丙烯具有质优价廉、原料来源丰富、力学性能好、密度小、化学稳定性好等优点，在化工、建筑、汽车、纺织、医疗、家电等领域有着广泛的应用。但聚丙烯属于高绝缘的易燃材料，其制品在使用中易积聚大量静电导致火花放电而引发燃爆灾害事故；同时聚丙烯遇到明火时，极易被点燃，并迅速燃烧造成火灾，这些问题都大大限制了聚丙烯在电子、医疗和化工等领域的应用。
随着安全生产的需要，聚丙烯材料同时具有阻燃和抗静电的需求越来越大。但对聚丙烯而言，阻燃和抗静电是两个相对独立的过程，传统的赋予塑料抗静电阻燃性能的方法是通过添加导电剂和阻燃剂来实现。阻燃剂一般是绝缘的，导电剂包括金属粉、炭黑，碳纤维等。金属粉的导电性好，但密度大，不符合塑料制品轻量化的要求。传统的碳系导电填料，导电性不好，往往需要较大的添加量才能使材料具有抗静电性能，然而填料使用量过高又容易造成材料力学性能下降明显。
发明内容
本发明的目的在于提出一种改性塑料及其制备方法，该改性塑料的力学性能得到了明显提高，导电性能也明显提高，同时，具有密度低的特点，适合于高强抗静电工程塑料。
本发明的技术方案是这样实现的：
本发明提供一种改性塑料的制备方法，将膨润土经过碱预处理后，经过氧化石墨烯包覆后进行水合肼还原，制得石墨烯包覆膨润土，与熔融聚丙烯混合插层，制得改性塑料。
作为本发明的进一步改进，包括以下步骤：
S1.膨润土的预处理：将膨润土加入碱液中，浸泡，过滤，洗涤，干燥，制得预处理的膨润土；
S2.石墨烯包覆：将氧化石墨烯溶于水中，加入步骤S1中制得的预处理的膨润土，搅拌混合均匀，过滤，加入水中，加入水合肼和氨水，加热搅拌反应，制得石墨烯包覆膨润土；
S3.聚丙烯插层：将聚丙烯加热至熔融，加入步骤S2制得的石墨烯包覆膨润土，搅拌混合均匀，挤出造粒，制得改性塑料。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述膨润土和碱液的固液比为1:5-10g/mL，所述碱液为5-10wt％的NaOH或KOH溶液。
作为本发明的进一步改进，步骤S1中所述浸泡的时间为0.5-1h。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中所述氧化石墨烯、预处理的膨润土、水合肼、氨水的质量比为10-12:7-10:1-2:1-2，所述氨水的浓度为15-20wt％。
作为本发明的进一步改进，步骤S2中所述加热搅拌反应的温度为70-80℃，时间为2-3h。
作为本发明的进一步改进，步骤S3中所述熔融温度为160-180℃，所述聚丙烯和石墨烯包覆膨润土的质量比为10-12:3-4。
作为本发明的进一步改进，具体包括以下步骤：
S1.膨润土的预处理：将膨润土加入5-10wt％的NaOH或KOH溶液中，所述膨润土和5-10wt％的NaOH或KOH溶液的固液比为1:5-10g/mL，浸泡0.5-1h，过滤，洗涤，干燥，制得预处理的膨润土；
S2.石墨烯包覆：将10-12重量份氧化石墨烯溶于100重量份水中，加入7-10重量份步骤S1中制得的预处理的膨润土，搅拌混合均匀，过滤，加入水中，加入1-2重量份水合肼和1-2重量份15-20wt％的氨水，加热至70-80℃，搅拌反应2-3h，制得石墨烯包覆膨润土；
S3.聚丙烯插层：将10-12重量份聚丙烯加热至160-180℃，加入3-4重量份步骤S2制得的石墨烯包覆膨润土，搅拌混合均匀，挤出造粒，制得改性塑料。
本发明进一步保护一种上述的制备方法制得的改性塑料。
本发明进一步保护一种上述的改性塑料在高强抗静电工程塑料中的应用。
本发明具有如下有益效果：膨润土为层状硅酸盐结构，通过预处理后，表面形成大量的羟基，能够与氧化石墨烯的羟基形成氢键从而使得氧化石墨烯稳定的包覆在预处理的膨润土表面，经过水合肼还原后，制得的石墨烯包覆膨润土，仍然为片层结构，与熔融聚丙烯混合，将聚丙烯聚合物加热至高于其软化温度，在静止条件或剪切力作用下直接插层进入了该石墨烯包覆膨润土无机片层间，从而形成纳米复合改性塑料，该塑料的力学性能得到了明显提高，导电性能也明显提高，同时，具有密度低的特点，适合于高强抗静电工程塑料。
具体实施方式
下面将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
本实施例提供一种改性塑料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1.膨润土的预处理：将膨润土加入5wt％的NaOH溶液中，所述膨润土和5wt％的NaOH溶液的固液比为1:5g/mL，浸泡0.5h，过滤，洗涤，干燥，制得预处理的膨润土；
S2.石墨烯包覆：将10重量份氧化石墨烯溶于100重量份水中，加入7重量份步骤S1中制得的预处理的膨润土，搅拌混合均匀，过滤，加入水中，加入1重量份水合肼和1重量份15wt％的氨水，加热至70℃，搅拌反应2h，制得石墨烯包覆膨润土；
S3.聚丙烯插层：将10重量份聚丙烯加热至160℃，加入3重量份步骤S2制得的石墨烯包覆膨润土，搅拌混合均匀，挤出造粒，制得改性塑料。
实施例2
本实施例提供一种改性塑料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1.膨润土的预处理：将膨润土加入10wt％的KOH溶液中，所述膨润土和10wt％的KOH溶液的固液比为1:10g/mL，浸泡1h，过滤，洗涤，干燥，制得预处理的膨润土；
S2.石墨烯包覆：将12重量份氧化石墨烯溶于100重量份水中，加入10重量份步骤S1中制得的预处理的膨润土，搅拌混合均匀，过滤，加入水中，加入2重量份水合肼和2重量份20wt％的氨水，加热至80℃，搅拌反应3h，制得石墨烯包覆膨润土；
S3.聚丙烯插层：将12重量份聚丙烯加热至180℃，加入4重量份步骤S2制得的石墨烯包覆膨润土，搅拌混合均匀，挤出造粒，制得改性塑料。
实施例3
本实施例提供一种改性塑料的制备方法，具体包括以下步骤：
S1.膨润土的预处理：将膨润土加入7wt％的NaOH溶液中，所述膨润土和7wt％的NaOH溶液的固液比为1:7g/mL，浸泡1h，过滤，洗涤，干燥，制得预处理的膨润土；
S2.石墨烯包覆：将11重量份氧化石墨烯溶于100重量份水中，加入8.5重量份步骤S1中制得的预处理的膨润土，搅拌混合均匀，过滤，加入水中，加入1.5重量份水合肼和1.5重量份17wt％的氨水，加热至75℃，搅拌反应2.5h，制得石墨烯包覆膨润土；
S3.聚丙烯插层：将11重量份聚丙烯加热至170℃，加入3.5重量份步骤S2制得的石墨烯包覆膨润土，搅拌混合均匀，挤出造粒，制得改性塑料。
对比例1
与实施例3相比，不同之处在于，未进行步骤S1。
具体包括以下步骤：
S1.石墨烯包覆：将11重量份氧化石墨烯溶于100重量份水中，加入8.5重量份膨润土，搅拌混合均匀，过滤，加入水中，加入1.5重量份水合肼和1.5重量份17wt％的氨水，加热至75℃，搅拌反应2.5h，制得石墨烯包覆膨润土；
S2.聚丙烯插层：将11重量份聚丙烯加热至170℃，加入3.5重量份步骤S1制得的石墨烯包覆膨润土，搅拌混合均匀，挤出造粒，制得改性塑料。
对比例2
与实施例3相比，不同之处在于，未进行步骤S2。
具体包括以下步骤：
S1.膨润土的预处理：将膨润土加入7wt％的NaOH溶液中，所述膨润土和7wt％的NaOH溶液的固液比为1:7g/mL，浸泡1h，过滤，洗涤，干燥，制得预处理的膨润土；
S2.聚丙烯插层：将11重量份聚丙烯加热至170℃，加入3.5重量份步骤S1制得的预处理的膨润土，搅拌混合均匀，挤出造粒，制得改性塑料。
测试例1
将本发明实施例1-3和对比例1-2制得的改性塑料加热至熔融，加入薄膜流延机，经挤出、流延、纵、横向双向拉伸、热定型、收卷，得到改性塑料薄膜，进行性能测试，结果见表1。
测试方法为：拉伸强度根据ISO527-2：2012测试，气体和水汽透过率分别根据GB/T1038-2000和GB/T 1037-1988标准测试，其中O2透过率条件为24h，0.1Mpa，H2O透过率条件为24h；表面电阻率根据ASTM D257标准测试。
表1
由上表可知，本发明实施例1-3制得的改性塑料具有良好的综合性能。
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 (10)
1.一种改性塑料的制备方法，其特征在于，将膨润土经过碱预处理后，经过氧化石墨烯包覆后进行水合肼还原，制得石墨烯包覆膨润土，与熔融聚丙烯混合插层，制得改性塑料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.膨润土的预处理：将膨润土加入碱液中，浸泡，过滤，洗涤，干燥，制得预处理的膨润土；
S2.石墨烯包覆：将氧化石墨烯溶于水中，加入步骤S1中制得的预处理的膨润土，搅拌混合均匀，过滤，加入水中，加入水合肼和氨水，加热搅拌反应，制得石墨烯包覆膨润土；
S3.聚丙烯插层：将聚丙烯加热至熔融，加入步骤S2制得的石墨烯包覆膨润土，搅拌混合均匀，挤出造粒，制得改性塑料。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述膨润土和碱液的固液比为1:5-10g/mL，所述碱液为5-10wt％的NaOH或KOH溶液。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中所述浸泡的时间为0.5-1h。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述氧化石墨烯、预处理的膨润土、水合肼、氨水的质量比为10-12:7-10:1-2:1-2，所述氨水的浓度为15-20wt％。
6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述加热搅拌反应的温度为70-80℃，时间为2-3h。
7.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述熔融温度为160-180℃，所述聚丙烯和石墨烯包覆膨润土的质量比为10-12:3-4。
8.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1.膨润土的预处理：将膨润土加入5-10wt％的NaOH或KOH溶液中，所述膨润土和5-10wt％的NaOH或KOH溶液的固液比为1:5-10g/mL，浸泡0.5-1h，过滤，洗涤，干燥，制得预处理的膨润土；
S2.石墨烯包覆：将10-12重量份氧化石墨烯溶于100重量份水中，加入7-10重量份步骤S1中制得的预处理的膨润土，搅拌混合均匀，过滤，加入水中，加入1-2重量份水合肼和1-2重量份15-20wt％的氨水，加热至70-80℃，搅拌反应2-3h，制得石墨烯包覆膨润土；
S3.聚丙烯插层：将10-12重量份聚丙烯加热至160-180℃，加入3-4重量份步骤S2制得的石墨烯包覆膨润土，搅拌混合均匀，挤出造粒，制得改性塑料。
9.一种如权利要求1-8任一项所述的制备方法制得的改性塑料。
10.一种如权利要求9所述的改性塑料在高强抗静电工程塑料中的应用。
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