本发明公开了一种耐磨易着色彩色笔芯改性材料，属于高分子材料
技术领域：
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背景技术：
笔芯是书写工具的附属品，可以多次替换。笔芯作为一种书写工具，广泛地应用于日常生活、学习、办公中，一般笔芯包括笔芯管和笔芯头，笔芯管和笔芯头通过螺纹连接，笔芯管中装有书写用的液体，笔芯头部装有钢珠，在书写时，笔芯管中的液体通过笔芯头前端的钢珠缓缓流出，以达到的书写的目的。然而，现有的笔芯头中，用于钢珠的承座通常设置有三个或四个，在实际使用过程中，由于承座太少，导致钢珠与笔芯头之间的缝隙过大，因而油墨流出量大，在书写时容易出现积墨的情况；而且随着使用的次数增加，积墨会越来越多，影响书写的美观程度，同时浪费油墨，减少笔芯的寿命。并且目前传统的笔芯还存在耐磨性能不佳的问题，因此还需对其进行研究。技术实现要素：本发明主要解决的技术问题是：针对传统笔芯耐磨性能不佳的问题，提供了一种耐磨易着色彩色笔芯改性材料。为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种耐磨易着色彩色笔芯改性材料，是由以下重量份数的原料组成：40～70份聚苯乙烯，27～45份改性填料，5～10份硅烷偶联剂，1～3份邻苯二甲酸酐和2～8份增韧剂；所述改性填料的制备方法为：将纳米二氧化硅与柠檬酸三铵按质量比8：1～10：1混合，并加入纳米二氧化硅质量0.1～0.2倍的氧化铝和纳米二氧化硅质量5～15倍的乙酸混合物，搅拌混合，得纳米二氧化硅混合物，将纳米二氧化硅混合物与氧化铝磨球按质量比5：1～8：1混合球磨，得二氧化硅浆料；将二氧化硅浆料与壳聚糖按质量比10：1～10：2混合，得壳聚糖二氧化硅复合浆料；将壳聚糖二氧化硅复合浆料与氢氧化钠溶液按质量比1：8～1：10混合浸泡，过滤，得滤饼，将滤饼与蒸馏水按质量比1：8～1：10混合浸泡，过滤，重复两次浸泡，过滤步骤3～4次后，得预改性二氧化硅壳聚糖混合物，将预改性二氧化硅壳聚糖混合物与氧化石墨烯溶液按质量比1：15～1：30混合，水热反应20～24h后，过滤，洗涤，干燥，得坯料，将坯料煅烧，得预处理改性填料，将预处理改性填料与壳聚糖乙酸溶液按质量比1：8～1：10混合，过滤，洗涤，干燥，得改性填料。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550，硅烷偶联剂kh-560或硅烷偶联剂kh-570中任意一种。所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。所述乙酸混合物将乙酸与水按质量比1：50～1：52混合，并加入乙酸质量2～3倍的硼酸，搅拌混合后，得乙酸混合物。所述壳聚糖的脱乙酰度为90～95%。所述氧化石墨烯溶液将氧化石墨烯与水按质量比1：200～1：300混合，超声分散，得氧化石墨烯溶液。所述煅烧方式为先于温度为500～550℃，煅烧1～2h后，再于温度为1000～1050℃的条件下煅烧1～2h。本发明的有益效果是：本发明在制备耐磨易着色彩色笔芯改性材料时加入改性填料，首先，改性填料中含有的二氧化硅为层状结构，在加入产品中后，一方面，层状结构可与机体树脂间形成穿插缠绕结构，从而使产品间的内聚力提高，进而赋予产品较好的力学性能，使产品的耐磨性提高，另一方面，层状结构在产品中较易进入摩擦接触面，减少两粗糙表面的直接接触，从而保护基体树脂，进而使产品的耐磨性提高；其次，改性填料所含二氧化硅的层状结构中含有石墨烯和壳聚糖，由于石墨烯中含有未被还原的含氧官能团，可与壳聚糖中的氨基和羟基配合，对染料分子进行吸附，并且由于层状结构中含有丰富的孔隙结构，可对染料分子进行进一步吸附，从而在改性填料加入产品中后，改性填料可吸附染料分子均匀分布于产品中，进而使产品的易着色性提高，再者，由于改性填料进行烧结处理，从而可使加入的氧化铝与二氧化硅结合，提高层状结构间的作用力，进而使产品的耐磨性提高。具体实施方式将氧化石墨烯与水按质量比1：200～1：300混合，于频率为45～55khz的条件下超声分散30～40min后，得氧化石墨烯溶液；将纳米二氧化硅与柠檬酸三铵按质量比8：1～10：1混合于烧杯中，并向烧杯中加入纳米二氧化硅质量0.1～0.2倍的氧化铝和纳米二氧化硅质量5～15倍的乙酸混合物，于温度为30～45℃，转速为300～400r/min的条件下，搅拌混合30～50min后，得纳米二氧化硅混合物，将纳米二氧化硅混合物与氧化铝磨球按质量比5：1～8：1混合于球磨机中，球磨混合1～2h后，得二氧化硅浆料；将二氧化硅浆料与壳聚糖按质量比10：1～10：2混合，于温度为45～55℃，转速为300～400r/min的条件下，搅拌混合4～5h后，得壳聚糖二氧化硅复合浆料；将壳聚糖二氧化硅复合浆料与质量分数为10～12%的氢氧化钠溶液按质量比1：8～1：10混合，于室温条件下浸泡1～2h后，过滤，得滤饼，将滤饼与蒸馏水按质量比1：8～1：10混合，于室温条件下浸泡1～2h后，过滤，重复两次浸泡，过滤步骤3～4次后，得预改性二氧化硅壳聚糖混合物，将预改性二氧化硅壳聚糖混合物与氧化石墨烯溶液按质量比1：15～1：30混合，于温度为45～65℃，转速为300～400r/min的条件下，搅拌混合30～60min后，得氧化石墨烯混合物，将氧化石墨烯混合物加入水热反应釜，于温度为150～180℃的条件下水热反应20～24h后，过滤，得预处理坯料，将预处理坯料用水洗涤8～10次后，于温度为60～65℃的条件下干燥1～2h后，得坯料，将坯料煅烧，得预处理改性填料，将预处理改性填料与质量分数为10～15%的壳聚糖乙酸溶液按质量比1：8～1：10混合，于温度为30～45℃，转速为300～400r/min的条件下，搅拌混合2～3h后，过滤，得改性填料坯料，将改性填料坯料用水洗涤8～12次后，于温度为50～65℃的条件下干燥2～3h后，得改性填料；按重量份数计，依次称取：40～70份聚苯乙烯，27～45份改性填料，5～10份硅烷偶联剂，1～3份邻苯二甲酸酐和2～8份增韧剂，将聚苯乙烯与硅烷偶联剂混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入改性填料，邻苯二甲酸酐和增韧剂，于温度为90～120℃，转速为250～350r/min的条件下搅拌混合30～40min后，得混合料，将混合料挤出造粒，得耐磨易着色彩色笔芯改性材料。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550，硅烷偶联剂kh-560或硅烷偶联剂kh-570中任意一种。所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。所述乙酸混合物将乙酸与水按质量比1：50～1：52混合，并加入乙酸质量2～3倍的硼酸，搅拌混合后，得乙酸混合物。所述壳聚糖的脱乙酰度为90～95%。所述煅烧方式为先于温度为500～550℃，煅烧1～2h后，再于温度为1000～1050℃的条件下煅烧1～2h。实例1将氧化石墨烯与水按质量比1：300混合，于频率为55khz的条件下超声分散40min后，得氧化石墨烯溶液；将纳米二氧化硅与柠檬酸三铵按质量比10：1混合于烧杯中，并向烧杯中加入纳米二氧化硅质量0.2倍的氧化铝和纳米二氧化硅质量15倍的乙酸混合物，于温度为45℃，转速为400r/min的条件下，搅拌混合50min后，得纳米二氧化硅混合物，将纳米二氧化硅混合物与氧化铝磨球按质量比8：1混合于球磨机中，球磨混合2h后，得二氧化硅浆料；将二氧化硅浆料与壳聚糖按质量比10：2混合，于温度为55℃，转速为400r/min的条件下，搅拌混合5h后，得壳聚糖二氧化硅复合浆料；将壳聚糖二氧化硅复合浆料与质量分数为12%的氢氧化钠溶液按质量比1：10混合，于室温条件下浸泡2h后，过滤，得滤饼，将滤饼与蒸馏水按质量比1：10混合，于室温条件下浸泡2h后，过滤，重复两次浸泡，过滤步骤4次后，得预改性二氧化硅壳聚糖混合物，将预改性二氧化硅壳聚糖混合物与氧化石墨烯溶液按质量比1：30混合，于温度为65℃，转速为400r/min的条件下，搅拌混合60min后，得氧化石墨烯混合物，将氧化石墨烯混合物加入水热反应釜，于温度为180℃的条件下水热反应24h后，过滤，得预处理坯料，将预处理坯料用水洗涤10次后，于温度为65℃的条件下干燥2h后，得坯料，将坯料煅烧，得预处理改性填料，将预处理改性填料与质量分数为15%的壳聚糖乙酸溶液按质量比1：10混合，于温度为45℃，转速为400r/min的条件下，搅拌混合3h后，过滤，得改性填料坯料，将改性填料坯料用水洗涤12次后，于温度为65℃的条件下干燥3h后，得改性填料；按重量份数计，依次称取：70份聚苯乙烯，45份改性填料，10份硅烷偶联剂，3份邻苯二甲酸酐和8份增韧剂，将聚苯乙烯与硅烷偶联剂混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入改性填料，邻苯二甲酸酐和增韧剂，于温度为120℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合40min后，得混合料，将混合料挤出造粒，得耐磨易着色彩色笔芯改性材料。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。所述乙酸混合物将乙酸与水按质量比1：52混合，并加入乙酸质量3倍的硼酸，搅拌混合后，得乙酸混合物。所述壳聚糖的脱乙酰度为95%。所述煅烧方式为先于温度为550℃，煅烧2h后，再于温度为1050℃的条件下煅烧2h。实例2将氧化石墨烯与水按质量比1：300混合，于频率为55khz的条件下超声分散40min后，得氧化石墨烯溶液；将纳米二氧化硅与柠檬酸三铵按质量比10：1混合于烧杯中，并向烧杯中加入纳米二氧化硅质量0.2倍的氧化铝和纳米二氧化硅质量15倍的乙酸混合物，于温度为45℃，转速为400r/min的条件下，搅拌混合50min后，得纳米二氧化硅混合物，将纳米二氧化硅混合物与氧化铝磨球按质量比8：1混合于球磨机中，球磨混合2h后，得二氧化硅浆料；将二氧化硅浆料与壳聚糖按质量比10：2混合，于温度为55℃，转速为400r/min的条件下，搅拌混合5h后，得壳聚糖二氧化硅复合浆料；将壳聚糖二氧化硅复合浆料与质量分数为12%的氢氧化钠溶液按质量比1：10混合，于室温条件下浸泡2h后，过滤，得滤饼，将滤饼与蒸馏水按质量比1：10混合，于室温条件下浸泡2h后，过滤，重复两次浸泡，过滤步骤4次后，得预改性二氧化硅壳聚糖混合物，将预改性二氧化硅壳聚糖混合物与质量分数为15%的壳聚糖乙酸溶液按质量比1：10混合，于温度为45℃，转速为400r/min的条件下，搅拌混合3h后，过滤，得改性填料坯料，将改性填料坯料用水洗涤12次后，于温度为65℃的条件下干燥3h后，得改性填料；按重量份数计，依次称取：70份聚苯乙烯，45份改性填料，10份硅烷偶联剂，3份邻苯二甲酸酐和8份增韧剂，将聚苯乙烯与硅烷偶联剂混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入改性填料，邻苯二甲酸酐和增韧剂，于温度为120℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合40min后，得混合料，将混合料挤出造粒，得耐磨易着色彩色笔芯改性材料。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。所述乙酸混合物将乙酸与水按质量比1：52混合，并加入乙酸质量3倍的硼酸，搅拌混合后，得乙酸混合物。所述壳聚糖的脱乙酰度为95%。所述煅烧方式为先于温度为550℃，煅烧2h后，再于温度为1050℃的条件下煅烧2h。实例3将氧化石墨烯与水按质量比1：300混合，于频率为55khz的条件下超声分散40min后，得氧化石墨烯溶液；将纳米二氧化硅与柠檬酸三铵按质量比10：1混合于烧杯中，并向烧杯中加入纳米二氧化硅质量0.2倍的氧化铝和纳米二氧化硅质量15倍的乙酸混合物，于温度为45℃，转速为400r/min的条件下，搅拌混合50min后，得纳米二氧化硅混合物，将纳米二氧化硅混合物与氧化铝磨球按质量比8：1混合于球磨机中，球磨混合2h后，得二氧化硅浆料；将二氧化硅浆料与壳聚糖按质量比10：2混合，于温度为55℃，转速为400r/min的条件下，搅拌混合5h后，得壳聚糖二氧化硅复合浆料；将壳聚糖二氧化硅复合浆料与质量分数为12%的氢氧化钠溶液按质量比1：10混合，于室温条件下浸泡2h后，过滤，得滤饼，将滤饼与蒸馏水按质量比1：10混合，于室温条件下浸泡2h后，过滤，重复两次浸泡，过滤步骤4次后，得预改性二氧化硅壳聚糖混合物，将预改性二氧化硅壳聚糖混合物与氧化石墨烯溶液按质量比1：30混合，于温度为65℃，转速为400r/min的条件下，搅拌混合60min后，得氧化石墨烯混合物，将氧化石墨烯混合物加入水热反应釜，于温度为180℃的条件下水热反应24h后，过滤，得预处理坯料，将预处理坯料用水洗涤10次后，于温度为65℃的条件下干燥2h后，得坯料，将坯料煅烧，得改性填料；按重量份数计，依次称取：70份聚苯乙烯，45份改性填料，10份硅烷偶联剂，3份邻苯二甲酸酐和8份增韧剂，将聚苯乙烯与硅烷偶联剂混合于搅拌机中，并向搅拌机中加入改性填料，邻苯二甲酸酐和增韧剂，于温度为120℃，转速为350r/min的条件下搅拌混合40min后，得混合料，将混合料挤出造粒，得耐磨易着色彩色笔芯改性材料。所述硅烷偶联剂为硅烷偶联剂kh-550。所述增韧剂为苯乙烯-丁二烯-苯乙烯嵌段共聚物。所述乙酸混合物将乙酸与水按质量比1：52混合，并加入乙酸质量3倍的硼酸，搅拌混合后，得乙酸混合物。所述壳聚糖的脱乙酰度为95%。所述煅烧方式为先于温度为550℃，煅烧2h后，再于温度为1050℃的条件下煅烧2h。对比例：市售某品牌笔芯。将实例1至3所得笔芯材料和对比例产品进行性能检测，具体检测方法如下：采用2206型表面粗糙度测量仪对上述笔芯试样进行磨损体积测试。具体检测结果如表1所示：表1：性能检测表检测内容实例1实例2实例3对比例磨损量/mm30.004550.006010.5960.00784由表1检测结果可知，本发明所得耐磨易着色彩色笔芯改性材料具有优异的耐磨性能。当前第1页12