一种高耐候性编织用聚丙烯复合材料及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于编织袋材料领域，涉及到一种石墨烯/聚丙烯复合材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002]塑料编织袋的成分主要是聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)，在成型加工、使用、贮存过程中，受热、光、氧、机械力、辐射、水等因素的作用，其结构和性能会发生非常明显的变化，这种化学过程即为降解，也就是老化。老化后的编织袋会丧失力学性能，使用性变差，甚至不能使用。塑料制品的老化主要是由一下几个原因造成的:热降解、氧化降解、光老化降解和力降解，为了解决塑料制品的老化问题，添加抗老化剂是最常用也最有效的手段之一。
[0003]石墨烯自从2004年首次被发现至今，其优异的力学、导热和导电等性能，使其成为许多高分子基复合材料研宄的对象，以提高复合材料的力学、电学和热学等性能。鉴于石墨烯本身的纳米效应，其在高分子基复合材料中的分散并不理想，存在比较严重的叠合现象，对石墨稀的修饰，包括无机纳米粒子修饰和化学接枝修饰也被广泛研宄，经此赋予石墨烯更多的功能性或借助于石墨烯增强粒子的性能、增加石墨烯与基体的相容性等。
【发明内容】
[0004]为了进一步提高编织袋复合材料的耐候性，本发明首先制备了一种化学改性的石墨烯(FGE)，然后将其作为添加剂与PP基体复合，提高PP复合材料的耐候性。主要考察FGE的添加对复合材料力学性能的影响。
[0005]化学改性的石墨烯(FGE)的制备过程如下:
首先，利用改进的Hmnmers法制备氧化石墨稀，具体过程如下:
称取5.0g石墨以及5.0g NaNO3在冰浴条件下，与230 mL浓H2SCV混合，搅拌过程中缓慢加入15g KMnO4，不得使混合物温度超过20度。将体系转移到35°C水浴中，剧烈搅拌0.5h，形成墨绿色的稠膏状，然后加入230 mL去离子水，温度升到98°C。15 min后，加入700mL去离子水和50 mL 30% H2O2，得到亮黄色悬浮液。体系沉淀数小时后，过滤，用去离子水冲洗至中性，然后65度真空烘箱干燥24 h，得到氧化石墨。
[0006]称取一定量的Fe (NO3) 3.9Η20，将其溶于无水乙醇中。在上述Fe (NO3) 3的乙醇溶液中加入适量的氧化石墨，搅拌后超声分散3h。向该分散液中加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，搅拌至其完全溶解。逐滴加入过量氨水，静置30min后过滤。使用大量蒸馏水洗涤产物后，将其置于60°C真空烘箱中干燥72h。将干燥后的产物置于管式马弗炉中，在氩气保护下600°C煅烧5h，随后退火至室温，便可得到FGE。
[0007]FGE的X射线衍射分析(XRD)如图1。图1中，出现了一系列较强的衍射峰，在
2Θ =22°处出现的衍射峰属于石墨烯的衍射峰，经布拉格公式可计算得到石墨烯片层间距为1.2nm，其余衍射峰均属于氧化铁的特征峰。
[0008]FGE的透射电子显微镜(TEM)分析如图2。在如图2中，我们可以发现石墨烯表面修饰了很多粒径均匀的纳米粒子。
[0009]高强度编织袋复合材料的制备流程如下:
将原料聚丙烯、填充母料、抗老化剂、颜料等其他助剂预混均匀，加入FGE混炼均匀；经过模头成型挤出成为薄膜，经过冷却，用刀片切割成胚丝，并经过烘箱被拉伸形成扁丝；扁丝经过热定型，在低牵引速度的情况下收缩，并在低温下进行处理，最后经收卷系统收卷成型；圆织机编织成布卷，最后裁剪成编织袋。
[0010]编织袋复合材料的的热失重(TG)曲线如图3。在图3中，未加FGE的编织袋复合材料在较低的温度下即开始失重，也就是降解，而FGE的加入能够明显的提升其热稳定性。
【附图说明】
[0011]图1是FGE的XRD谱图。
[0012]图2是FGE的TEM照片。
[0013]图3是编织袋复合材料的TG曲线。
【具体实施方式】
[0014]下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
[0015]实施例1
将原料聚丙烯、填充母料、抗老化剂、颜料等其他助剂预混均匀；经过模头成型挤出成为薄膜，经过冷却，用刀片切割成胚丝，并经过烘箱被拉伸形成扁丝；扁丝经过热定型，在低牵引速度的情况下收缩，并在低温下进行处理，最后经收卷系统收卷成型；圆织机编织成布卷，最后裁剪成编织袋。
[0016]该试样试生产扁丝，其单丝强度为0.32 N/tex，成品袋平均强度为809 N/tex，编织袋复合材料的初始降解温度为253°C，采用紫外光老化机在50°C条件下老化4h后，跌落实验通过率为60.3%。
[0017]实施例2
将原料聚丙烯、填充母料、抗老化剂、颜料等其他助剂预混均匀，加入FGE混炼均匀；经过模头成型挤出成为薄膜，经过冷却，用刀片切割成胚丝，并经过烘箱被拉伸形成扁丝；扁丝经过热定型，在低牵引速度的情况下收缩，并在低温下进行处理，最后经收卷系统收卷成型；圆织机编织成布卷，最后裁剪成编织袋。
[0018]该试样试生产扁丝，其单丝强度为0.78 N/tex，成品袋平均强度为1252.36 N/tex，编织袋复合材料的初始降解温度大大提升，达到了 304°C，采用紫外光老化机在50°C条件下老化4h后，跌落实验通过率提升到了 92.7%。
[0019]以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种高耐候性编织用聚丙烯复合材料，其特征是包括如下步骤: 化学改性的石墨烯(FGE)的制备过程如下: 称取5.0g石墨以及5.0g NaNO3在冰浴条件下，与230 mL浓H2SCV混合，搅拌过程中缓慢加入15g KMnO4,不得使混合物温度超过20度，将体系转移到35°C水浴中，剧烈搅拌0.5h，形成墨绿色的稠膏状，然后加入230 mL去离子水，温度升到98°C，15 min后，加入700 mL去离子水和50 mL 30% H2O2，得到亮黄色悬浮液，体系沉淀数小时后，过滤，用去离子水冲洗至中性，然后65度真空烘箱干燥24 h，得到氧化石墨， 称取一定量的Fe(NO3)3.9H20，将其溶于无水乙醇中，在上述Fe (NO3) 3的乙醇溶液中加入适量的氧化石墨，搅拌后超声分散3h，向该分散液中加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)，搅拌至其完全溶解，逐滴加入过量氨水，静置30min后过滤，使用大量蒸馏水洗涤产物后，将其置于60°C真空烘箱中干燥72h，将干燥后的产物置于管式马弗炉中，在氩气保护下600°C煅烧5h，随后退火至室温，便可得到FGE， 高耐候性编织袋的制备过程如下: 将原料聚丙烯、填充母料、抗老化剂、颜料等其他助剂预混均匀，加入FGE混炼均匀；经过模头成型挤出成为薄膜，经过冷却，用刀片切割成胚丝，并经过烘箱被拉伸形成扁丝；扁丝经过热定型，在低牵引速度的情况下收缩，并在低温下进行处理，最后经收卷系统收卷成型；圆织机编织成布卷，最后裁剪成编织袋。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是所述的氧化石墨烯制备方法为改进的Hummers 法。
【专利摘要】本发明涉及高耐候性编织袋材料领域，具体涉及到一种石墨烯/聚丙烯复合材料及其制备方法，包括石墨烯表面修饰，所述表面修饰是将耐热成分修饰到石墨烯表面，所述耐热成分是氧化铁，所述氧化铁是采用溶胶-凝胶法制备的，所述氧化铁修饰到石墨烯表面，会导致石墨烯片层间距变大，所述片层间距变大，会使得石墨烯与基体接触更充分，石墨烯高热导率和气体阻隔效应以及氧化铁的耐热和抗老化性能有机的结合到一起，从而达到高耐候性的效果。
【IPC分类】C08K9-04, C08L23-12, C08K3-04, C08K9-02
【公开号】CN104844937
【申请号】CN201510265439
【发明人】孙连军
【申请人】天津市久大塑料制品有限公司
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年5月23日