一種用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備方法，其步驟包括：(1)改性石墨烯粉體的制備；(2)改性石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒的制備；(3)用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備。本發(fā)明充分利用聚乙烯復(fù)合管材產(chǎn)業(yè)上現(xiàn)有的設(shè)備，只需在配方上利用少量改性的石墨烯粉體即可對(duì)管材在力學(xué)強(qiáng)度及抗老化性能方面明顯提升，成本低，效果明顯，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。
【專利說明】一種用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及塑料管道領(lǐng)域，具體是指一種用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 聚乙烯是塑料的一種，是結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單的高分子，也是應(yīng)用最廣泛的高分子材料。它 以無臭，無毒，具有優(yōu)良的耐低溫性能（最低使用溫度可達(dá)-70?-KKTC )，化學(xué)穩(wěn)定性好， 能耐大多數(shù)酸堿的侵蝕（不耐具有氧化性質(zhì)的酸），常溫下不溶于一般溶劑，吸水性小，且 不發(fā)生溶脹等性質(zhì)，被廣泛用于管材系統(tǒng)。但是隨著社會(huì)的進(jìn)步及國(guó)民生活水平的提高，對(duì) 管材的性能特別是綜合性能的要求日益提高，聚乙烯對(duì)于環(huán)境應(yīng)力（尤其是化學(xué)和機(jī)械作 用）敏感，耐熱老化性差的缺點(diǎn)也限制了其的應(yīng)用。因此，如何在保持其原有性能的基礎(chǔ)上 對(duì)特定性能進(jìn)行提升，是擺在塑料管材加工行業(yè)面前的一道難題。
[0003] 石墨烯的出現(xiàn)給這個(gè)難題的破解帶來了希望。石墨烯是目前世界上已知的力 學(xué)強(qiáng)度最高（斷裂強(qiáng)度130GPa，楊氏模量l.OTPa)、最?。ê穸?.3nm)、最導(dǎo)電（電阻率 10-6Ω · cm，略低于最導(dǎo)電的金屬銀）、最導(dǎo)熱（室溫下熱導(dǎo)率達(dá)到5000W/m· k，超過目前 已知導(dǎo)熱率最高的金剛石）等性能。石墨烯的這些優(yōu)異性能，使得石墨烯極有可能成為提 高塑料管道綜合性能的材料。
[0004] 石墨烯聚合物復(fù)合材料的報(bào)道或?qū)＠m然已經(jīng)出現(xiàn)（如申請(qǐng)?zhí)?ZL201110313859. 4, ZL201310034290. 7, ZL201110337141. 9 等），但是真正把石墨烯用于管 道材料并能對(duì)相關(guān)性能有提升的還未見報(bào)道。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足提供一種用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材 的制備方法，用本方法制備的聚乙烯復(fù)合管材具有良好的環(huán)境應(yīng)力、力學(xué)性能和抗老化性 能。
[0006] 本發(fā)明是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制 備方法，其步驟包括：（1)將1X 1〇_3-1重量份數(shù)的表面處理劑，加入至1-1000重量份數(shù)溶 劑中，將二者攪拌均勻后加入1-100重量份數(shù)的石墨烯粉體，將混合物高速攪拌后超聲分 散制得改性石墨烯分散液；再將該改性石墨烯分散液干燥并球墨后制得改性石墨烯粉體； (2)將步驟（1)中所述的0. 1-30重量份數(shù)的改性石墨烯粉體，加入到100重量份數(shù)的聚乙 烯樹脂中，再加入〇. 1-5重量份數(shù)的抗氧劑和0. 1-5重量份數(shù)的分散劑，混合分散后再擠出 造粒制得改性石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒；(3)將步驟（2)中所述的1-100重量份數(shù)的 改性石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒同100重量份數(shù)的聚乙烯樹脂攪拌均勻后，擠出成型制 得用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材。
[0007] 所述表面處理劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、十八烷基胺、異氰酸中的一種或多 種。
[0008] 所述溶劑為乙醇/水溶液或乙醇/醋酸溶液。
[0009] 所述聚乙烯樹脂為管材級(jí)聚乙烯樹脂，包括本色顆粒料、有色顆粒料、粉料。
[0010] 所述抗氧劑為受阻酚或亞磷酸脂抗氧劑中的一種或多種。
[0011] 所述分散劑為石蠟、聚乙烯蠟或脂肪酸分散劑。
[0012] 所述步驟（2)中的混合是利用Z形捏合機(jī)、高速混合機(jī)、開煉機(jī)或密煉機(jī)混合的。
[0013] 所述步驟（2)中的擠出造粒是利用單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)或行星螺桿擠出 機(jī)進(jìn)行的。
[0014] 本發(fā)明所述的用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材可以應(yīng)用于建筑給/排水管材、市 政管材、工業(yè)管材、化工管材、護(hù)套管領(lǐng)域等。本發(fā)明充分利用聚乙烯復(fù)合管材產(chǎn)業(yè)上現(xiàn)有 的設(shè)備，只需在配方上利用少量改性的石墨烯粉體即可對(duì)管材在力學(xué)強(qiáng)度及抗老化性能方 面明顯提升，成本低，效果明顯，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015] 圖1為本發(fā)明的制備方法流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0016] 以下通過具體實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，本發(fā)明的制備方法流程如圖1所示：
[0017] 實(shí)施例1
[0018] (1)改性石墨烯粉體的制備：將1重量份數(shù)的硅烷偶聯(lián)劑，加入100重量份數(shù)乙醇 /水溶液（乙醇：水=95:5,重量比）中，攪拌均勻后加入10重量份數(shù)的石墨烯粉體，高速 攪拌后再超聲分散制得改性石墨烯分散液；再將該分散液充分干燥后利用球磨機(jī)制得改性 石墨烯粉體；
[0019] (2)改性石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒的制備：將（1)中所述的30重量份數(shù)的改 性石墨烯粉體，加入到100重量份數(shù)的聚乙烯樹脂中，再加入〇. 5重量份數(shù)的抗氧劑168和 1010按質(zhì)量比2 :1混合的混合物，0. 5重量份數(shù)的聚乙烯蠟，利用密煉機(jī)混合分散，再將共 混物加入到雙螺桿擠出機(jī)中擠出造粒制得改性石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒，所述聚乙烯 樹脂為管材級(jí)聚乙烯樹脂，包括本色顆粒料、有色顆粒料、粉料；
[0020] (3)用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備：將（2)中所述的5重量份數(shù)的改性 石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒同100重量份數(shù)的聚乙烯復(fù)合管材料攪拌均勻后，加入到塑 料管材擠出機(jī)中制得用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材1。
[0021] 實(shí)施例2
[0022] (1)改性石墨烯粉體的制備：將0. 001重量份數(shù)的鈦酸酯偶聯(lián)劑，加入1重量份數(shù) 乙醇/醋酸溶液（乙醇：醋酸=95:5,重量比）中，攪拌均勻后加入1重量份數(shù)的石墨烯粉 體，高速攪拌后再超聲分散制得改性石墨烯分散液；再將該分散液充分干燥后利用球磨機(jī) 制得改性石墨烯粉體；
[0023] (2)改性石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒的制備：將（1)中所述的0. 1重量份數(shù)的 改性石墨烯粉體，加入到100重量份數(shù)的聚乙烯樹脂中，再加入0. 1重量份數(shù)的抗氧劑168， 〇. 1重量份數(shù)的石蠟，利用Z形捏合機(jī)混合分散，再將共混物加入到單螺桿擠出機(jī)中擠出造 粒制得改性石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒，所述聚乙烯樹脂為管材級(jí)聚乙烯樹脂，包括本 色顆粒料、有色顆粒料、粉料；
[0024] (3)用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備：將（2)中所述的1重量份數(shù)的改性 石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒同1〇〇重量份數(shù)的聚乙烯復(fù)合管材料攪拌均勻后，加入到塑 料管材擠出機(jī)中制得用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材2。
[0025] 實(shí)施例3
[0026] (1)改性石墨烯粉體的制備：將0. 8重量份數(shù)的十八烷基胺和異氰酸偶聯(lián)劑，加入 1000重量份數(shù)乙醇/水溶液（乙醇：水=95:5,重量比）中，攪拌均勻后加入100重量份數(shù) 的石墨烯粉體，高速攪拌后再超聲分散制得改性石墨烯分散液；再將該分散液充分干燥后 利用球磨機(jī)制得改性石墨烯粉體；
[0027] (2)改性石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒的制備：將⑴中所述的10重量份數(shù)的 改性石墨烯粉體，加入到100重量份數(shù)的聚乙烯樹脂中，再加入5重量份數(shù)的抗氧劑1010， 5重量份數(shù)的脂肪酸，利用開煉機(jī)混合分散，再將共混物加入到行星螺桿擠出機(jī)中擠出造粒 制得改性石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒，所述聚乙烯樹脂為管材級(jí)聚乙烯樹脂，包括本色 顆粒料、有色顆粒料、粉料；
[0028] (3)用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備：將⑵中所述的100重量份數(shù)的改 性石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒同1〇〇重量份數(shù)的聚乙烯復(fù)合管材料攪拌均勻后，加入到 塑料管材擠出機(jī)中制得用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材3。
[0029] 實(shí)施例4
[0030] (1)改性石墨烯粉體的制備：將〇. 1重量份數(shù)的十八烷基胺和異氰酸偶聯(lián)劑，加入 500重量份數(shù)乙醇/水溶液（乙醇：水=95:5,重量比）中，攪拌均勻后加入50重量份數(shù)的 石墨烯粉體，高速攪拌后再超聲分散制得改性石墨烯分散液；再將該分散液充分干燥后利 用球磨機(jī)制得改性石墨烯粉體；
[0031] (2)改性石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒的制備：將（1)中所述的20重量份數(shù)的改 性石墨烯粉體，加入到100重量份數(shù)的聚乙烯樹脂中，再加入〇. 3重量份數(shù)的抗氧劑1010， 〇. 6重量份數(shù)的脂肪酸，利用高速混合機(jī)混合分散，再將共混物加入到行星螺桿擠出機(jī)中擠 出造粒制得改性石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒，所述聚乙烯樹脂為管材級(jí)聚乙烯樹脂，包 括本色顆粒料、有色顆粒料、粉料；
[0032] (3)用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備：將⑵中所述的50重量份數(shù)的改性 石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒同1〇〇重量份數(shù)的聚乙烯復(fù)合管材料攪拌均勻后，加入到塑 料管材擠出機(jī)中制得用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材4。
[0033] 本發(fā)明制備所得的用改性石墨烯的聚乙烯復(fù)合管材，相對(duì)于未添加石墨烯的聚乙 烯復(fù)合管材，耐環(huán)境應(yīng)力開裂性能提高了 35%，拉伸強(qiáng)度提高了 28%，抗老化性能提高了 22%，導(dǎo)熱系數(shù)提高了 50%，另外該復(fù)合管材還具備了抗靜電、電磁屏蔽，耐磨損等功能。 [0034] 其它未說明的部分均為現(xiàn)有技術(shù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備方法，其步驟包括：（1)將1Χ1〇_3-1重 量份數(shù)的表面處理劑，加入至1-1000重量份數(shù)溶劑中，將二者攪拌均勻后加入1-100重量 份數(shù)的石墨烯粉體，將混合物高速攪拌后超聲分散制得改性石墨烯分散液；再將該改性石 墨烯分散液干燥并球墨后制得改性石墨烯粉體；（2)將步驟（1)中所述的0. 1-30重量份數(shù) 的改性石墨烯粉體，加入到100重量份數(shù)的聚乙烯樹脂中，再加入0. 1-5重量份數(shù)的抗氧劑 和0. 1-5重量份數(shù)的分散劑，混合分散后再擠出造粒制得改性石墨烯粉體/聚乙烯共混母 粒；（3)將步驟（2)中所述的1-100重量份數(shù)的改性石墨烯粉體/聚乙烯共混母粒同100重 量份數(shù)的聚乙烯樹脂攪拌均勻后，擠出成型制得用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備方法，其特征在于：所 述表面處理劑為硅烷偶聯(lián)劑、鈦酸酯偶聯(lián)劑、十八烷基胺、異氰酸中的一種或多種。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備方法，其特征在于：所 述溶劑為乙醇/水溶液或乙醇/醋酸溶液。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備方法，其特征在于：所 述聚乙烯樹脂為管材級(jí)聚乙烯樹脂，包括本色顆粒料、有色顆粒料、粉料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備方法，其特征在于：所 述抗氧劑為受阻酚或亞磷酸脂抗氧劑中的一種或多種。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備方法，其特征在于：所 述分散劑為石蠟、聚乙烯蠟或脂肪酸分散劑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備方法，其特征在于：所 述步驟（2)中的混合是利用Z形捏合機(jī)、高速混合機(jī)、開煉機(jī)或密煉機(jī)混合的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述用石墨烯改性的聚乙烯復(fù)合管材的制備方法，其特征在于：所 述步驟（2)中的擠出造粒是利用單螺桿擠出機(jī)、雙螺桿擠出機(jī)或行星螺桿擠出機(jī)進(jìn)行的。
【文檔編號(hào)】C08J3/22GK104151664SQ201410191856
【公開日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年5月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月7日
【發(fā)明者】陳厚忠 申請(qǐng)人:武漢金牛經(jīng)濟(jì)發(fā)展有限公司