专利快讯｜广东聚石科技：一种石墨烯改性塑料及其制备方法和应用

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一种石墨烯改性塑料及其制备方法和应用

申请人：广东聚石科技研究有限公司

公开(公告)日,授权日：2022-12-13

 

专利摘要

本发明公开了一种石墨烯改性塑料及其制备方法和应用，所述石墨烯改性塑料的制备原料包括石墨烯包覆塑料、填料和助剂，所述石墨烯包覆塑料是由石墨烯粉包覆在塑料粉表面而成的粉末材料。本发明的石墨烯包覆在塑料表面，有效解决了石墨烯在塑料中存在的分散难的问题，赋予塑料抗静电性能，并提高塑料的阻燃性能。而且石墨烯的引入还可以减少阻燃剂的使用量，使用更少的阻燃剂就可以达到高阻燃的要求；同时引入石墨烯还能提升改性塑料的力学性能和耐摩擦性能。同时，本发明的工艺操作简单，制备好石墨烯包覆的聚丙烯母粒即可直接挤出造粒，解决了石墨烯分散难题，易于规模化生产。

 

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。

石墨烯是一种由碳原子以sp2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，具有独特的二维纳米结构，具有电子传输速率高、导电性好、热导率高等优点，是目前已知的最薄却最坚硬、导电导热性能最好的纳米材料，在物理学、材料学、电子信息、计算机、航空航天等领域都有很好的应用前景。

将石墨烯引入到聚丙烯塑料中后，极少的添加量就可以赋予聚丙烯优异的抗静电性能，且石墨烯本身稳定性好，不燃烧，具有一定的阻燃性能。但石墨烯比表面积大，密度小，直接使用无法良好的分散在塑料体系中，导致其性能不佳。专利CN103232637A在有机溶剂中通过马来酸酐接枝聚丙烯和聚丙烯形成均相共容体系来促进石墨烯的分散，最终制得石墨烯/聚丙烯导电纳米复合材料，但反应过程耗时长，且需要大量有机溶剂，效率低，也不环保。

 

发明内容

本发明的目的在于解决石墨烯在塑料中分散难的问题，提供一种石墨烯改性塑料，能够有效在塑料中分散石墨烯，提高塑料的阻燃性能和抗静电性能。

本发明还提供一种石墨烯改性塑料的制备方法和应用。

本发明基于如下原理：石墨烯不亲水，在水相中不加分散剂均质处理后，低浓度的石墨烯会在水相中形成一种相对稳定的“假性分散”膏状物浆料，这种状态下的石墨烯膏状物浆料既不易团聚，也不易沉降。将其和塑料粉混合时，由于塑料粉不亲水，且塑料粉粒径小，和石墨烯有一定的吸附性，会使得石墨烯“假性分散”膏状物的浆料平衡性被破坏。由于石墨烯不亲水，在水相中只能包覆在塑料粉表面；搅拌使石墨烯尽可能的包覆在塑料粉表面，脱除水分后，形成了石墨烯包覆的塑料粉，使石墨烯均匀分散在塑料中。再加入其它助剂和填料可制得石墨烯改性塑料。

由于石墨烯具有超强的导电性，很少量的石墨烯添加量均匀分散在塑料中，即可在体系中形成导电通路，从而赋予聚丙烯材料优异的抗静电性能。同时由于石墨烯具有特殊的二维结构，在材料中形成“迷宫效应”，一方面可以有效阻隔阻燃物质的迁移，提高塑料的阻燃性能，延长塑料的寿命；另一方面，石墨烯本身具有非常高的比表面积，可以吸附易燃有机挥发物，防止其在燃烧过程中释放和扩散，延长热量传播路径和燃烧气体的燃烧路径。而且石墨烯在高温下氧化燃烧生成二氧化碳，进一步阻碍塑料的燃烧。

本发明具有如下有益效果：

本发明的石墨烯包覆在塑料表面，有效解决了石墨烯在塑料中存在的分散难的问题，赋予塑料抗静电性能，并提高塑料的阻燃性能。而且石墨烯的引入还可以减少阻燃剂的使用量，使用更少的阻燃剂就可以达到高阻燃的要求；同时引入石墨烯还能提升改性塑料的力学性能和耐摩擦性能。同时，本发明的工艺操作简单，制备好石墨烯包覆的聚丙烯母粒即可直接挤出造粒，解决了石墨烯分散难题，易于规模化生产。

（数据来源：智慧芽）