一种新型导电型发泡聚丙烯珠粒及其制备方法与流程

本发明涉及一种新型导电型发泡聚丙烯珠粒及其制备方法及用于制备该珠粒的石墨烯母料。

背景技术：

发泡聚丙烯(EPP)是一种性能卓越的结晶型聚丙烯/二氧化碳复合材料，因高闭孔率而具有独特、优越的力学性能、耐化学性、隔热性、质轻成为目前增长最快的环保新型材料。石墨烯坚硬度高，是由单层碳原子堆积而成的二维结构，具有比表面积大、电学、力学性能优等特性。导电EPP因可控且稳定的表面电阻和优异的力学性能而在电子、军事、测频等方面具有特殊作用。目前导电聚丙烯的制作工艺主要是聚丙烯、导电炭黑、分散剂、润滑剂等共混加工而成，主要存在以下问题，1、产品密度大，不利于实际应用；2、导电炭黑分散不均匀，导电性能不稳定；3、降低表面电阻的同时，力学性能下降。此外，针对釜式发泡工艺制备导电EPP，导电炭黑分散不均匀的同时，严重影响EPP珠粒的泡孔尺寸和力学性能。

目前导电聚丙烯材料的制备工艺很多，但是利用超临界CO₂釜式发泡工艺结合特制石墨烯母料制备导电EPP还未见专利报道。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种新型导电型发泡聚丙烯珠粒的制备方法，其采用釜式发泡工艺，结合特制的石墨烯母料，有效解决了产品质量重、导电炭黑分散不均匀、导电性能不稳定、导电性能与优异的力学性能不可兼得等问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明的一个方面公开了一种新型导电型发泡聚丙烯珠粒的制备方法，其包括以下步骤：

S1、将聚乙烯粉、石墨烯微片、硅烷偶联剂、稀释剂，经超声分散、共混搅拌、加热回流后制得蜡状石墨烯母料；

S2、将聚丙烯树脂、成核剂、润滑剂、抗氧剂和步骤S1制得的石墨烯母料，经挤出机混炼、拉丝、切粒，制备成发泡聚丙烯母粒；

S3、将步骤S2制得的发泡聚丙烯母粒投入到反应釜中，以水为分散介质，进行加热加压，达到预定温度与压力时，发泡聚丙烯母粒产生向外膨胀的压力，通过泄压阀瞬间释放到大气压环境，得到新型导电型发泡聚丙烯珠粒。

进一步地，步骤S1中，各成分按重量比为：聚乙烯粉89-100份、石墨烯微片45-120份、硅烷偶联剂0.2-12份、稀释剂5-200份。

进一步地，步骤S2中，各成分按重量比为：聚丙烯树脂87.5-91.5份、成核剂0.5-1份、润滑剂1-3份、抗氧剂1-2份、石墨烯母料7-13份。

进一步地，步骤S1中，所述的石墨烯微片的厚度5-200nm。

进一步地，步骤S1中，所述的稀释剂为液体石蜡。

本发明的另一个方面公开了一种用于制备新型导电型发泡聚丙烯珠粒的石墨烯母料，其以质量份数计，包括以下成分：聚乙烯粉89-100份、石墨烯微片45-120份、硅烷偶联剂0.2-12份、稀释剂5-200份。

本发明的另一个方面公开了一种新型导电型发泡聚丙烯珠粒，其以质量份数计，包括以下成分：聚丙烯树脂87.5-91.5份、成核剂0.5-1份、润滑剂1-3份、抗氧剂1-2份、石墨烯母料7-13份；其中，所述的石墨烯母料以质量份数计，包括以下成分：聚乙烯粉89-100份、石墨烯微片45-120份、硅烷偶联剂0.2-12份、稀释剂5-200份。

本发明所达到的有益效果是：

本发明选用石墨烯，石墨烯结构非常特殊，为六角蜂巢状，具有优异的电学、力学性能且在室温下传导电子的速度比导体都快，只需少量添加即可大幅提高EPP的强度和导电性能，此外，本发明使用多层结构的石墨烯，进一步降低了生产成本；

本发明提供的蜡状石墨烯母料的制备方法和添加比例，一方面解决了石墨烯在聚丙烯中易团聚、分散不均的问题；另一方面确保了导电EPP的导电稳定性和优异的力学性能；

本发明结合超临界CO₂釜式发泡工艺可制备质轻、力学性能优、导电性能稳定且可控的EPP，满足了市场各应用领域对不同导电能力产品的需求，进一步拓宽了导电EPP的应用领域。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明制得的新型导电型发泡聚丙烯珠粒截面SEM图；

图2是石墨烯含量与表面电阻的关系。

具体实施方式

以下对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种新型导电型发泡聚丙烯珠粒的制备方法，其包括以下步骤：

S1、将以重量份计的聚乙烯粉89份、石墨烯微片120份、硅烷偶联剂0.2份、稀释剂200份，经超声分散、共混搅拌、加热回流后制得蜡状石墨烯母料；

S2、将以重量份计的聚丙烯树脂87.5份、成核剂1份、润滑剂1份、抗氧剂2份和步骤S1制得的石墨烯母料7份，经挤出机混炼、拉丝、切粒，制备成发泡聚丙烯母粒；

S3、将步骤S2制得的发泡聚丙烯母粒投入到反应釜中，以水为分散介质，进行加热加压，达到预定温度与压力时，发泡聚丙烯母粒产生向外膨胀的压力，通过泄压阀瞬间释放到大气压环境，得到导电型EPP珠粒。

实施例2

一种新型导电型发泡聚丙烯珠粒的制备方法，其包括以下步骤：

S1、将以重量份计的聚乙烯粉100份、石墨烯微片45份、硅烷偶联剂12份、稀释剂5份，经超声分散、共混搅拌、加热回流后制得蜡状石墨烯母料；

S2、将以重量份计的聚丙烯树脂91.5份、成核剂0.5份、润滑剂3份、抗氧剂1份和步骤S1制得的石墨烯母料13份，经挤出机混炼、拉丝、切粒，制备成发泡聚丙烯母粒；

S3、将步骤S2制得的发泡聚丙烯母粒投入到反应釜中，以水为分散介质，进行加热加压，达到预定温度与压力时，发泡聚丙烯母粒产生向外膨胀的压力，通过泄压阀瞬间释放到大气压环境，得到导电型EPP珠粒。

实施例3

一种新型导电型发泡聚丙烯珠粒的制备方法，其包括以下步骤：

S1、将以重量份计的聚乙烯粉95份、石墨烯微片80份、硅烷偶联剂7份、稀释剂125份，经超声分散、共混搅拌、加热回流后制得蜡状石墨烯母料；

S2、将以重量份计的聚丙烯树脂90份、成核剂0.8份、润滑剂2份、抗氧剂1.5份和步骤S1制得的石墨烯母料10份，经挤出机混炼、拉丝、切粒，制备成发泡聚丙烯母粒；

S3、将步骤S2制得的发泡聚丙烯母粒投入到反应釜中，以水为分散介质，进行加热加压，达到预定温度与压力时，发泡聚丙烯母粒产生向外膨胀的压力，通过泄压阀瞬间释放到大气压环境，得到导电 型EPP珠粒。

EPP珠粒的导电能力是利用表面电阻进行表征的，表面电阻越高，导电能力越差，现在市场客户对表面电阻的需求是在10³Ω-10¹²Ω之间，因此我司会根据客户对导电能力的需求进行石墨烯母料对应比例的添加，此外，石墨烯母料只需添加少量即可明显提高产品的导电能力，节约了生产成本；

图2为石墨烯含量与表面电阻的关系，实施例1、实施例2、实施例3中对应的石墨烯含量比例分别是2.1％、3.3％、2.5％，其对应表面电阻如图2所示，经专有仪器检测其表面电阻分别是10⁹Ω、10³Ω、10⁶Ω。

本发明选用石墨烯，石墨烯结构非常特殊，为六角蜂巢状，具有优异的电学、力学性能且在室温下传导电子的速度比导体都快，只需少量添加即可大幅提高导电EPP的强度和导电性能，此外，本发明使用多层结构的石墨烯，进一步降低了生产成本；

本发明提供的蜡状石墨烯母料的制备方法和添加比例，一方面解决了石墨烯在聚丙烯中易团聚、分散不均的问题；另一方面确保了导电EPP的导电稳定性和优异的力学性能；

本发明结合超临界CO₂釜式发泡工艺可制备质轻、力学性能优、导电性能稳定且可控的EPP，满足了市场各应用领域对不同导电能力产品的需求，进一步拓宽了导电EPP的应用领域。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明， 对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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。