一种含石墨烯抗静电聚丙烯材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种石墨烯改性的抗静电聚丙烯材料及其制备方法，更具体的是通过 添加石墨烯提高聚丙烯复合材料的导电性能，可用于电子、石油化工、医疗等领域，属于聚 合物改性和加工技术领域。
【背景技术】
[0002] 聚丙烯因其具有良好的加工性能和物理、力学、化学性能和电绝缘性能，同时质 轻、价廉，是一种应用广泛的通用塑料。然而，其体积电阻率在1〇 16~102()Ω .cm的范围，在使 用过程中容易产生静电危害，从而限制了其在电子、石油化工、医疗等领域的应用。
[0003] 为了降低PP的体积电阻率，在PP基材中添加导电剂是最常用的导电措施。常用的 导电材料主要为导电炭黑、石墨等，碳黑价格低廉实用性强，并且导电性需求有较大的余 地，其表面电阻范围可在1〇 2~109Ω，但添加量较大，对塑料基体的力学性能有较大影响。中 国专利CN 1312321Α的共混物包括ΡΡ、乙烯一醋酸乙烯共聚物(EVA)和导电炭黑，具有良好 的导电性能。CN10759921通过在聚丙烯材料中加入导电纤维，有效地改善了聚丙烯复合材 料中的表面电阻，提高材料的导电性能。
[0004] 石墨烯作为一种新型的二维碳纳米材料，在室温下具有良好的导电性能，且结构 十分稳定，但是由于石墨烯与塑料体系的基材容易出现相容性、石墨烯难于分散等问题。己 经有很多研究者制备了石墨烯填充的复合材料，很多学者都采用溶液聚合法和原位聚合法 来制备石墨烯填充的复合材料，这些方法操作复杂，成本昂贵，因而只能应用于一些小规模 的制备。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种优异的抗静电性能、力学性能较好的一种含石墨烯抗静 电聚丙烯材料，本发明的另一个目的是为了提供这种聚丙烯材料的制备方法。
[0006] 为了提高聚丙烯复合材料的抗静电性能，本发明的技术方案是在聚丙烯材料的基 础配方中加入表面改性石墨烯，经过硅烷偶联剂表面改性的石墨烯在聚丙烯中充分分散， 从而有效地改善聚丙烯复合材料中的表面电阻，提高材料的导电性能。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的。
[0008] -种含石墨烯抗静电聚丙烯材料，由以下按重量配比计的原料组成： 聚丙烯 52~98%; 表面改性石墨烯 1~10 %; 增韧剂POE 0~10%;
[0009] 无机填料_ 0~25 % ; 抗氧剂 0.3~1 %; 其他助剂 0.5~2%。
[0010] 本发明所适用的聚丙烯复合材料体系中，所述的聚丙烯为熔体流动速率(230°C X 2.16kg)在5~50g/10min之间的高结晶均聚丙烯或嵌段共聚丙烯，其中嵌段共聚丙烯的共 聚单体常见为乙烯，其含量在4~lOmol%的范围内，高结晶聚丙烯的结晶度在70%以上，等 规度大于99 %。
[0011] 所述的增韧剂Ρ0Ε为线形乙烯-辛烯共聚物，密度为0.86~0.90g/cm3，熔融指数为 0 · 5~50g/10min(测试条件：190°C X 2 · 16kg)。
[0012] 所述的抗氧剂包括主抗氧剂和辅抗氧剂，主抗氧剂可以选用受阻酚或硫酯类抗氧 剂如3114、1010、DSTP的其中一种或几种;辅抗氧剂可以选用亚磷酸盐或酯类抗氧剂如618、 168 等；
[0013] 所述的表面改性石墨烯是由表面经过硅烷偶联剂处理的石墨烯，石墨烯单层厚度 为l-100nm。其添加量为重量百分比为1~10%，效果更好的添加量是3~8%。
[0014] 所述的其他添加剂包括各种颜色添加剂、各种酯类或脂肪酸类润滑剂等。
[0015] 上述这种含石墨烯抗静电聚丙烯材料的制备方法，其步骤如下：
[0016] (1)先将表面改性剂、溶剂按比例1:1000混合后，再加入100份石墨烯粉混合，高速 搅拌并超声分散制得改性石墨烯分散液，再将该改性石墨烯分散液干燥并球墨后，制得表 面改性石墨烯；
[0017] (2)将聚丙烯、表面改性石墨烯、增韧剂、无机填料、抗氧剂、其他助剂按重量比称 取，在高速混合器中干混5~15分钟；
[0018] (3)将混合的原料置于双螺杆机中，经熔融挤出，造粒，其工艺为：一区190~200 。(：，二区200~210°C，三区210~220°C，四区205~215°C ;整个挤出过程的停留时间为1~2 分钟，压力为12~18MPa。
[0019] 本发明通过在聚丙烯复合材料的基础配方中添加一种能够有效地提高导电性能 的表面改性石墨烯，从而制备出抗静电性能更好的聚丙烯复合材料。
[0020] 本发明的优点是：
[0021] 1、本发明通过添加石墨烯使所制得的聚丙烯复合材料具有更好的抗静电性能，同 时力学性能有一定幅度的提尚。
[0022] 2、本发明通过对石墨烯进行表面改性，使石墨烯在聚丙烯材料中的分散明显提 高，使用较小的添加量达到了很好的抗静电效果。
[0023] 3、本发明提出的改善聚丙烯材料抗静电性能的方法制备工艺简单、生产成本低。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合实施例，对本发明作进一步详细说明：
[0025] 在实施例及对比例复合材料配方中，聚丙烯为不同流动性的高结晶均聚丙烯和嵌 段共聚丙烯，用量为52~98%重量份，其中嵌段共聚丙烯的共聚单体常见为乙烯，其含量在 4~lOmol%的范围内。聚丙烯的熔体流动速率(230°CX2.16kg)为5~60g/10min。高结晶聚 丙稀的结晶度在70 %以上，等规度大于99%。所述的石墨稀单层厚度在l-100nm之间。所述 的增韧剂Ρ0Ε为杜邦公司产的线形乙烯-辛烯共聚物，商品名为8180,其密度为0.88~ 0.90g/cm 3，恪融指数为0.5g/10min(测试条件：190°C X 2.16kg)。所述的主抗氧剂为英国 ICE公司产的DSTP，商品牌号为Negonox DSTP，化学名称为硫代二丙酸十八酯，以及Ciba公 司的Irganoxl010(化学名称为四[β-(3,5-二叔丁基4 一羟基苯基)丙酸]季戊四醇酯。辅抗 氧剂为Ciba公司产的168,商品牌号为Irgafos 168,化学名称为三(2，4_二叔丁基苯基）亚 磷酸酯。此外还包括各种颜色添加剂、各种酯类或脂肪酸类润滑剂等。
[0026] 实施例1
[0027]按重量百分比称取聚丙烯77.6%、增韧剂为5%、滑石粉15%、表面改性石墨烯 1 %、IrganoxlOlO为0 · 1 %、Igrafosl68为0 · 2%、Negonox DSTP为0 · 1 %黑色母1 %，在高速 混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中螺筒内温度为：一区200 °C，二区210°C，三区220°C，四区210°C，机头220°C，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经 干燥后在注射成型机上注射成型制样。
[0028] 实施例2
[0029]按重量百分比称取聚丙烯73.6%、增韧剂为5%、滑石粉15%、表面改性石墨烯 5%、IrganoxlOlO为0 · 1 %、Igrafosl68为0 · 2%、Negonox DSTP为0 · 1 %黑色母1 %，在高速 混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中螺筒内温度为：一区200 °C，二区210°C，三区220°C，四区210°C，机头220°C，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经 干燥后在注射成型机上注射成型制样。
[0030] 实施例3
[0031]按重量百分比称取聚丙烯68.6%、增韧剂为5%、滑石粉15%、表面改性石墨烯 10%、Irganoxl010为0 · 1 %、Igrafosl68为0 · 2%、Negonox DSTP为0 · 1 % 黑色母1 %，在高速 混合器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中螺筒内温度为：一区200 °C，二区210°C，三区220°C，四区210°C，机头220°C，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经 干燥后在注射成型机上注射成型制样。
[0032] 实施例4
[0033] 按重量百分比称取聚丙烯8 7 . 6 %、增韧剂为5 %、表面改性石墨烯6 %、 IrganoxlOlO为0· 1%、Igrafosl68为0.2%、Negonox DSTP为0· 1%黑色母 1%，在高速混合 器中干混5分钟，再加入双螺杆挤出机中熔融挤出造粒，其中螺筒内温度为:一区200°C，二 区210°C，三区220°C，四区210°C，机头220°C，双螺杆挤出机转速为400转/分。粒子经干燥后 在注射成型机上注射成型制样。
[0034] 实施例5
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