一种用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备方法，其步骤包括：(1)改性石墨烯粉体的制备；(2)改性石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒的制备；(3)用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备。本发明充分利用聚乙烯复合管材产业上现有的设备，只需在配方上利用少量改性的石墨烯粉体即可对管材在力学强度及抗老化性能方面明显提升，成本低，效果明显，具有很强的实用性。
【专利说明】一种用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及塑料管道领域，具体是指一种用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备 方法。
【背景技术】
[0002] 聚乙烯是塑料的一种，是结构最简单的高分子，也是应用最广泛的高分子材料。它 以无臭，无毒，具有优良的耐低温性能（最低使用温度可达-70?-KKTC )，化学稳定性好， 能耐大多数酸碱的侵蚀（不耐具有氧化性质的酸），常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，且 不发生溶胀等性质，被广泛用于管材系统。但是随着社会的进步及国民生活水平的提高，对 管材的性能特别是综合性能的要求日益提高，聚乙烯对于环境应力（尤其是化学和机械作 用）敏感，耐热老化性差的缺点也限制了其的应用。因此，如何在保持其原有性能的基础上 对特定性能进行提升，是摆在塑料管材加工行业面前的一道难题。
[0003] 石墨烯的出现给这个难题的破解带来了希望。石墨烯是目前世界上已知的力 学强度最高（断裂强度130GPa，杨氏模量l.OTPa)、最薄（厚度0.3nm)、最导电（电阻率 10-6Ω · cm，略低于最导电的金属银）、最导热（室温下热导率达到5000W/m· k，超过目前 已知导热率最高的金刚石）等性能。石墨烯的这些优异性能，使得石墨烯极有可能成为提 高塑料管道综合性能的材料。
[0004] 石墨烯聚合物复合材料的报道或专利虽然已经出现（如申请号 ZL201110313859. 4, ZL201310034290. 7, ZL201110337141. 9 等），但是真正把石墨烯用于管 道材料并能对相关性能有提升的还未见报道。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有技术的不足提供一种用石墨烯改性的聚乙烯复合管材 的制备方法，用本方法制备的聚乙烯复合管材具有良好的环境应力、力学性能和抗老化性 能。
[0006] 本发明是通过如下技术方案实现的：一种用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制 备方法，其步骤包括：（1)将1X 1〇_3-1重量份数的表面处理剂，加入至1-1000重量份数溶 剂中，将二者搅拌均匀后加入1-100重量份数的石墨烯粉体，将混合物高速搅拌后超声分 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改性石墨烯粉体； (2)将步骤（1)中所述的0. 1-30重量份数的改性石墨烯粉体，加入到100重量份数的聚乙 烯树脂中，再加入〇. 1-5重量份数的抗氧剂和0. 1-5重量份数的分散剂，混合分散后再挤出 造粒制得改性石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒；(3)将步骤（2)中所述的1-100重量份数的 改性石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒同100重量份数的聚乙烯树脂搅拌均匀后，挤出成型制 得用石墨烯改性的聚乙烯复合管材。
[0007] 所述表面处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、十八烷基胺、异氰酸中的一种或多 种。
[0008] 所述溶剂为乙醇/水溶液或乙醇/醋酸溶液。
[0009] 所述聚乙烯树脂为管材级聚乙烯树脂，包括本色颗粒料、有色颗粒料、粉料。
[0010] 所述抗氧剂为受阻酚或亚磷酸脂抗氧剂中的一种或多种。
[0011] 所述分散剂为石蜡、聚乙烯蜡或脂肪酸分散剂。
[0012] 所述步骤（2)中的混合是利用Z形捏合机、高速混合机、开炼机或密炼机混合的。
[0013] 所述步骤（2)中的挤出造粒是利用单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或行星螺杆挤出 机进行的。
[0014] 本发明所述的用石墨烯改性的聚乙烯复合管材可以应用于建筑给/排水管材、市 政管材、工业管材、化工管材、护套管领域等。本发明充分利用聚乙烯复合管材产业上现有 的设备，只需在配方上利用少量改性的石墨烯粉体即可对管材在力学强度及抗老化性能方 面明显提升，成本低，效果明显，具有很强的实用性。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1为本发明的制备方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0016] 以下通过具体实施例来进一步说明本发明，本发明的制备方法流程如图1所示：
[0017] 实施例1
[0018] (1)改性石墨烯粉体的制备：将1重量份数的硅烷偶联剂，加入100重量份数乙醇 /水溶液（乙醇：水=95:5,重量比）中，搅拌均匀后加入10重量份数的石墨烯粉体，高速 搅拌后再超声分散制得改性石墨烯分散液；再将该分散液充分干燥后利用球磨机制得改性 石墨烯粉体；
[0019] (2)改性石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒的制备：将（1)中所述的30重量份数的改 性石墨烯粉体，加入到100重量份数的聚乙烯树脂中，再加入〇. 5重量份数的抗氧剂168和 1010按质量比2 :1混合的混合物，0. 5重量份数的聚乙烯蜡，利用密炼机混合分散，再将共 混物加入到双螺杆挤出机中挤出造粒制得改性石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒，所述聚乙烯 树脂为管材级聚乙烯树脂，包括本色颗粒料、有色颗粒料、粉料；
[0020] (3)用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备：将（2)中所述的5重量份数的改性 石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒同100重量份数的聚乙烯复合管材料搅拌均匀后，加入到塑 料管材挤出机中制得用石墨烯改性的聚乙烯复合管材1。
[0021] 实施例2
[0022] (1)改性石墨烯粉体的制备：将0. 001重量份数的钛酸酯偶联剂，加入1重量份数 乙醇/醋酸溶液（乙醇：醋酸=95:5,重量比）中，搅拌均匀后加入1重量份数的石墨烯粉 体，高速搅拌后再超声分散制得改性石墨烯分散液；再将该分散液充分干燥后利用球磨机 制得改性石墨烯粉体；
[0023] (2)改性石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒的制备：将（1)中所述的0. 1重量份数的 改性石墨烯粉体，加入到100重量份数的聚乙烯树脂中，再加入0. 1重量份数的抗氧剂168， 〇. 1重量份数的石蜡，利用Z形捏合机混合分散，再将共混物加入到单螺杆挤出机中挤出造 粒制得改性石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒，所述聚乙烯树脂为管材级聚乙烯树脂，包括本 色颗粒料、有色颗粒料、粉料；
[0024] (3)用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备：将（2)中所述的1重量份数的改性 石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒同1〇〇重量份数的聚乙烯复合管材料搅拌均匀后，加入到塑 料管材挤出机中制得用石墨烯改性的聚乙烯复合管材2。
[0025] 实施例3
[0026] (1)改性石墨烯粉体的制备：将0. 8重量份数的十八烷基胺和异氰酸偶联剂，加入 1000重量份数乙醇/水溶液（乙醇：水=95:5,重量比）中，搅拌均匀后加入100重量份数 的石墨烯粉体，高速搅拌后再超声分散制得改性石墨烯分散液；再将该分散液充分干燥后 利用球磨机制得改性石墨烯粉体；
[0027] (2)改性石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒的制备：将⑴中所述的10重量份数的 改性石墨烯粉体，加入到100重量份数的聚乙烯树脂中，再加入5重量份数的抗氧剂1010， 5重量份数的脂肪酸，利用开炼机混合分散，再将共混物加入到行星螺杆挤出机中挤出造粒 制得改性石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒，所述聚乙烯树脂为管材级聚乙烯树脂，包括本色 颗粒料、有色颗粒料、粉料；
[0028] (3)用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备：将⑵中所述的100重量份数的改 性石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒同1〇〇重量份数的聚乙烯复合管材料搅拌均匀后，加入到 塑料管材挤出机中制得用石墨烯改性的聚乙烯复合管材3。
[0029] 实施例4
[0030] (1)改性石墨烯粉体的制备：将〇. 1重量份数的十八烷基胺和异氰酸偶联剂，加入 500重量份数乙醇/水溶液（乙醇：水=95:5,重量比）中，搅拌均匀后加入50重量份数的 石墨烯粉体，高速搅拌后再超声分散制得改性石墨烯分散液；再将该分散液充分干燥后利 用球磨机制得改性石墨烯粉体；
[0031] (2)改性石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒的制备：将（1)中所述的20重量份数的改 性石墨烯粉体，加入到100重量份数的聚乙烯树脂中，再加入〇. 3重量份数的抗氧剂1010， 〇. 6重量份数的脂肪酸，利用高速混合机混合分散，再将共混物加入到行星螺杆挤出机中挤 出造粒制得改性石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒，所述聚乙烯树脂为管材级聚乙烯树脂，包 括本色颗粒料、有色颗粒料、粉料；
[0032] (3)用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备：将⑵中所述的50重量份数的改性 石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒同1〇〇重量份数的聚乙烯复合管材料搅拌均匀后，加入到塑 料管材挤出机中制得用石墨烯改性的聚乙烯复合管材4。
[0033] 本发明制备所得的用改性石墨烯的聚乙烯复合管材，相对于未添加石墨烯的聚乙 烯复合管材，耐环境应力开裂性能提高了 35%，拉伸强度提高了 28%，抗老化性能提高了 22%，导热系数提高了 50%，另外该复合管材还具备了抗静电、电磁屏蔽，耐磨损等功能。 [0034] 其它未说明的部分均为现有技术。
【权利要求】
1. 一种用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备方法，其步骤包括：（1)将1Χ1〇_3-1重 量份数的表面处理剂，加入至1-1000重量份数溶剂中，将二者搅拌均匀后加入1-100重量 份数的石墨烯粉体，将混合物高速搅拌后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改性石墨烯粉体；（2)将步骤（1)中所述的0. 1-30重量份数 的改性石墨烯粉体，加入到100重量份数的聚乙烯树脂中，再加入0. 1-5重量份数的抗氧剂 和0. 1-5重量份数的分散剂，混合分散后再挤出造粒制得改性石墨烯粉体/聚乙烯共混母 粒；（3)将步骤（2)中所述的1-100重量份数的改性石墨烯粉体/聚乙烯共混母粒同100重 量份数的聚乙烯树脂搅拌均匀后，挤出成型制得用石墨烯改性的聚乙烯复合管材。
2. 根据权利要求1所述用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所 述表面处理剂为硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂、十八烷基胺、异氰酸中的一种或多种。
3. 根据权利要求1所述用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所 述溶剂为乙醇/水溶液或乙醇/醋酸溶液。
4. 根据权利要求1所述用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所 述聚乙烯树脂为管材级聚乙烯树脂，包括本色颗粒料、有色颗粒料、粉料。
5. 根据权利要求1所述用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所 述抗氧剂为受阻酚或亚磷酸脂抗氧剂中的一种或多种。
6. 根据权利要求1所述用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所 述分散剂为石蜡、聚乙烯蜡或脂肪酸分散剂。
7. 根据权利要求1所述用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所 述步骤（2)中的混合是利用Z形捏合机、高速混合机、开炼机或密炼机混合的。
8. 根据权利要求1所述用石墨烯改性的聚乙烯复合管材的制备方法，其特征在于：所 述步骤（2)中的挤出造粒是利用单螺杆挤出机、双螺杆挤出机或行星螺杆挤出机进行的。
【文档编号】C08J3/22GK104151664SQ201410191856
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年5月7日 优先权日:2014年5月7日
【发明者】陈厚忠 申请人:武汉金牛经济发展有限公司