[发明专利]一种石墨烯增韧的PPR复合材料及其制备方法

说明书

本发明了一种石墨烯增韧的PPR复合材料及其制备方法，属于高分子增韧改性领域。该石墨烯增韧的PPR复合材料是由纸团状石墨烯微球作为增韧剂与PPR熔融共混挤出得到；所述纸团状石墨烯微球的表面为多褶皱片层结构，具有良好的柔性，同时形成的微球结构能更好的分散在PPR基体中，类似于弹性粒子能吸收应力，进而提高PPR材料的韧性。本发明利用纸团状石墨烯微球作为增韧改性剂大大提高了PPR材料的断裂伸长率和冲击强度，特别是改善了PPR材料低温冷脆性，扩展了PPR材料的应用范围。

技术领域

本发明属于高分子增韧改性领域，具体涉及一种石墨烯增韧的PPR复合材料及其制备方法。

背景技术

无规共聚聚丙烯(PPR)可广泛用于管材、片材、日用品、包装材料、家用电器部件及各种薄膜的生产，其本身韧性相对较好，但在一些使用场合对其韧性有更高的要求，尤其是气温低于5℃的环境中，PPR材料具有冷脆性，低温韧性变差，在外力冲击或载荷下，材料容易出现开裂或损坏等问题。

通常情况下，PPR的增韧改性主要有弹性体增韧、β成核剂增韧、刚性粒子增韧三种方法，弹性体能显著提高PPR材料的韧性，但同时会大幅度降低材料的刚性和强度；β成核剂通过促进PPR的β结晶形成，进而提高材料的韧性和强度，但其对低温韧性的提高不太明显；刚性粒子增韧一般为无机纳米粒子，但纳米粒子不易在基体中均匀分散，一般都要进行表面处理，对于其他微米级刚性粒子增韧，通过研究发现，刚性粒子的形态会影响基体的增韧效果，在片状、球状、针状结构中的刚性粒子中，球状结构的刚性粒子对材料的增韧效果最好。

石墨烯是一种具有二维晶体结构的纳米材料，具有很多优异的性能。石墨烯既是最薄的材料，也是最强韧的材料，同时它又有很好的弹性，拉伸幅度能达到自身尺寸的20％，由此，结合高分子增韧机理，若能将片层石墨烯构建成球状结构，石墨烯势必将成为一种理想的增韧改性材料。

发明内容

针对现有PPR增韧技术的不足之处，本发明提供了一种石墨烯增韧的PPR材料及制备方法。

本发明的目的，是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯增韧PPR复合材料及制备方法，所述石墨烯增韧的PPR复合材料是由纸团状石墨烯微球与PPR材料组成的，所述纸团状石墨烯微球由单层石墨烯片皱褶而成，微球直径为500nm～5μm，密度为0.2～0.4g/cm³，碳氧比为20～60，比表面积低于200m²/g。

进一步地，所述纸团状石墨烯微球由以下步骤制备得到：

(1)通过雾化干燥法将单层氧化石墨烯分散液干燥，得到氧化石墨烯微球；

(2)将步骤(1)得到的氧化石墨烯微球，置于还原性气体氛围中进行还原，得到还原氧化石墨烯微球；

(3)将步骤(2)得到的还原氧化石墨烯微球进行高温处理，温度高于1000℃，得到纸团状石墨烯微球。

进一步地，所述步骤(1)的单层氧化石墨烯分散液中，还可以含有还原剂。在雾化过程中，氧化石墨烯片发生褶皱，同时，还原剂以分子形态附着在片层表面。所述还原剂为碘化氢、溴化氢、水合肼、维生素C、硼氢化钠等。还原剂与单层氧化石墨烯质量比为0.1～10。所述步骤(1)中的雾化干燥温度为100～200℃，使得包裹在褶皱结构中的还原剂对氧化石墨烯进行初步还原。

进一步地，步骤(2)中所述的还原性气氛为水合肼蒸汽、氢碘酸蒸汽、氢气、氢溴酸蒸汽中的一种或多种。还原条件为：在60～200℃下还原30min～48h左右。

进一步地，步骤(3)中所述的高温处理温度为2500～3000℃，处理时间为30min～48h，气氛为氮气、氦气、氢气氩气混合气、氩气中的一种。

进一步地，石墨烯增韧的PPR复合材料通过以下方法制备得到：