一种石墨烯增韧剂的制备方法及其尼龙材料中的应用与流程

本发明涉及尼龙材料，具体为一种石墨烯增韧剂的制备方法及其尼龙材料中的应用。

背景技术：

1、聚酰胺俗称尼龙材料，是分子主链上含有重复酰胺集团的热塑性树脂的总称。尼龙具有良好的力学性能、电器绝缘性、耐热性、耐磨性、耐腐蚀性、以及良好的加工性能。因此在汽车、家电、服装、包装等行业有着广泛的应用。但是尼龙作为假韧性塑料，本身的韧性好，却有着较低的缺口冲击韧性。如授权公告号为cn110093679b的专利《一种石墨烯改性尼龙66/尼龙6纤维及其制备和应用》公开了一种石墨烯改性尼龙66/尼龙6纤维及其制备和应用，采用原位还原聚合，制备高浓度的尼龙6/石墨烯低分子量的复合材料，然后加入到pa66的聚合体系中，原位聚合加共聚制备石墨烯改性的尼龙66和尼龙6切片，进行熔融纺丝，制备分散均匀，力学性能好的pa66/pa6纤维。

2、聚烯烃热塑性弹性体(poe)是一种高性能聚烯烃产品，具有弯曲程度大、低温抗冲击性能高、易加工、可重复使用等优良性能，常用在汽车工业领域，电线电缆领域、胶管等，用以制作耐环境性、耐热性高、抗冲击性能好的制品。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、能源、生物医学和药物传递等领域具有重要的应用前景，如文献《石墨烯的分散性对石墨烯/尼龙6性能的影响》中公开了采用水辅熔融双螺杆挤出法制备了不同分散程度的石墨烯/pa6复合材料。结果表明石墨烯在基体中良好的分散性使复合材料具有更高的热稳定性和力学性能。本发明制备的一种新型的石墨烯增韧剂，提高尼龙材料断裂伸长率、拉伸强度、弯曲强度等性能。

技术实现思路

1、(一)解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了一种石墨烯增韧剂的制备方法及其尼龙材料中的应用，提出了一种新型增韧剂的制备方法，增强了尼龙的韧性、拉伸强度、弯曲强度等性能。

3、(二)技术方案

4、一种石墨烯增韧剂的制备方法：

5、(1)环氧化聚烯烃热塑性弹性体的制备

6、在130-180℃下，将聚烯烃热塑性弹性体(poe)、甲基丙烯酸缩水甘油酯、过氧化二异丙苯依次加入至转矩流变仪中进行熔融接枝反应，反应6-10min，再将得到的产物放置于装有二甲苯溶液的烧瓶中，在130-140℃下冷凝回流2-4h，过滤、丙酮洗涤，真空干燥，得到环氧化聚烯烃热塑性弹性体；

7、(2)多羟基聚烯烃热塑性弹性体的制备

8、在20-35℃下，向烧瓶中加入环氧化聚烯烃热塑性弹性体、四氢呋喃、浓度为60-80％的硫酸反应2-4h，去离子水洗涤分离，得到多羟基聚烯烃热塑性弹性体；

9、(3)聚烯烃热塑性弹性体接枝氧化石墨烯增韧剂的制备

10、在50-60℃下，将多羟基聚烯烃热塑性弹性体放入装有二甲亚砜的烧瓶中，再向其中加入氧化石墨烯、二环己基碳二亚胺、二甲氨基吡啶，搅拌反应3-5h，去离子水洗涤，分离，得到聚烯烃热塑性弹性体接枝石墨烯增韧剂；

11、优选的，所述步骤(1)中聚烯烃热塑性弹性体、甲基丙烯酸缩水甘油酯、过氧化二异丙苯的质量比为1:0.04-0.06:0.07-0.09。

12、优选的，所述步骤(3)中氧化石墨烯、多羟基聚烯烃热塑性弹性体、二环己基碳二亚胺、二甲氨基吡啶的质量比为5-20:1:2-10:0.3-1.5。

13、优选的，在100-110℃下，将尼龙材料置于烘干箱，干燥8-12h，再向其中加入聚烯烃热塑性弹性体接枝石墨烯增韧剂、抗氧化剂，搅拌混合，通过双螺杆挤出机熔融共混、造粒，得到一种新型增韧剂的尼龙材料。

14、优选的，所述步骤中尼龙材料、聚烯烃热塑性弹性体接枝石墨烯增韧剂、抗氧化剂的质量比例为1:0.05-0.3:0.002-0.005。

15、优选的，所述步骤中挤出工艺参数：加工温度为200-260℃，螺杆转速为100-150r/min，料温为250-260℃，主喂料转速为10-20r/min。

16、(三)有益的技术效果

17、利用甲基丙烯酸缩水甘油酯对聚烯烃热塑性弹性体进行熔融接枝反应得到环氧化聚烯烃热塑性弹性体，再经过硫酸氧化开环反应，得到多羟基聚烯烃热塑性弹性体，从而在聚烯烃热塑性弹性体的侧链引入了丰富的羟基，再与氧化石墨烯的羧基发生酯化反应，得到一种新型的聚烯烃热塑性弹性体接枝石墨烯增韧剂。将聚烯烃热塑性弹性体接枝石墨烯增韧剂与尼龙材料熔融共混、造粒，石墨烯经过聚烯烃热塑性弹性体接枝后，与尼龙界面间的相容性和相互作用更强，均匀的分散在尼龙材料中，当材料发生应变或受到冲击时，在尼龙材料内部会产生很多细微的裂缝，聚烯烃热塑性弹性体接枝石墨烯增韧剂吸收大量的能量，避免应力发生集中而引发裂纹，阻止裂纹进一步扩大，从而增强尼龙材料的韧性，拉伸强度，弯曲强度等性能。

技术特征：

1.一种石墨烯增韧剂，其特征在于：所述制备方法为：

2.根据权利要求1所述的石墨烯增韧剂，其特征在于：所述步骤(1)中聚烯烃热塑性弹性体、甲基丙烯酸缩水甘油酯、过氧化二异丙苯的质量比为1:0.04-0.06:0.07-0.09。

3.根据权利要求1所述的石墨烯增韧剂，其特征在于：所述步骤(3)中氧化石墨烯、多羟基聚烯烃热塑性弹性体、二环己基碳二亚胺、二甲氨基吡啶的质量比为5-20:1:2-10:0.3-1.5。

4.一种如权利要求1-3所述的石墨烯增韧剂在尼龙材料中的应用，其特征在于：在100-110℃下，将尼龙材料置于烘干箱，干燥8-12h，再向其中加入聚烯烃热塑性弹性体接枝石墨烯增韧剂、抗氧化剂，搅拌混合，通过双螺杆挤出机熔融共混、造粒，得到一种新型增韧剂的尼龙材料。

5.根据权利要求4所述的石墨烯增韧剂在尼龙材料中的应用，其特征在于：所述步骤中尼龙材料、聚烯烃热塑性弹性体接枝石墨烯增韧剂、抗氧化剂的质量比例为1:0.05-0.3:0.002-0.005。

6.根据权利要求4所述的石墨烯增韧剂在尼龙材料中的应用，其特征在于：所述步骤中挤出工艺参数：加工温度为200-260℃，螺杆转速为100-150r/min，料温为250-260℃，主喂料转速为10-20r/min。

技术总结
本发明涉及尼龙材料技术领域，且公开了一种石墨烯增韧剂的制备方法及其尼龙材料中的应用，多羟基聚烯烃热塑性弹性体，与氧化石墨烯的羧基发生酯化反应，得到一种新型的聚烯烃热塑性弹性体接枝石墨烯增韧剂。将聚烯烃热塑性弹性体接枝石墨烯增韧剂与尼龙材料熔融共混、造粒，石墨烯经过聚烯烃热塑性弹性体接枝后，与尼龙界面间的相容性和相互作用更强，当材料发生应变或受到冲击时，在尼龙材料内部会产生裂缝，聚烯烃热塑性弹性体接枝石墨烯增韧剂吸收大量的能量，阻止裂纹进一步扩大，从而增强尼龙材料的韧性，拉伸强度，弯曲强度等性能。

技术研发人员：陈耀庭
受保护的技术使用者：绍兴君合新材料科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13