[发明专利]一种基于膨胀单体插层制备的石墨烯橡塑母料及其方法

说明书

本发明提出一种基于膨胀单体插层制备的石墨烯橡塑母料及其方法，所述石墨烯橡塑母料是通过将膨胀单体插层至膨胀石墨层间，在阳离子引发剂下进行双开环聚合反应得到混合物，然后与载体树脂、分散剂、润滑剂混合加入螺杆挤出机中，挤出造粒制得。本发明通过将膨胀单体1,5,7,11‑四氧杂螺[5,5]十一烷插层至膨胀石墨层间，借助其开环聚合发生的体积膨胀，促进石墨层间距的显著扩大，利于后续造粒时剥离并分散石墨烯，显著改善了石墨烯在母料中的分散性，提高了材料的整体性能，拓宽了石墨烯的应用领域。

技术领域

本发明涉及橡塑增强母料技术领域，特别是涉及一种基于膨胀单体插层制备的石墨烯橡塑母料及其方法。

背景技术

橡塑是橡胶和塑料产业的统称，都是石油的附属产品，在来源上一致，不过，在制成产品的过程里，物性却不一样，用途更是不同，塑料与橡胶同属于高分子材料，主要由碳和氢两种原子组成，另有一些含有少量氧、氮、氯、硅、氟、硫等原子，其性能特殊，用途也特别。随着技术和市场的需求，用途液越来越广泛。随着橡塑行业的不断改进和进步以及人们对橡塑材料认识和利用水平提高，对橡塑材料强度、耐磨性等性能提出了更高的要求。

对于橡塑材料性能提升的重要手段时进行填料改性，填料作为添加剂，主要是通过它占据体积发挥作用，由于填料的存在，基体材料的分子链就不能再占据原来的全部空间，使得相连的链段在某种程度上被固定化，并可能引起基体聚合物的取向。由于填料的尺寸稳定性，在填充的聚合物中，聚合物界面区域内的分子链运动受到限制，而使玻璃化温度上升，热变形温度提高，收缩率降低，弹性模量、硬度、刚度、冲击强度提高。

目前可用于填料改性的填料种类繁多，石墨烯是一种近年来受到人们广泛关注的新材料。石墨烯是一种全共轭碳原子片层排列，这种特殊的原子结构为石墨烯提供了优异的力学强度、韧性和导电性能。被认为是一种未来在复合工程塑料领域具有极大发展潜力和应用前景的新材料。目前，制备石墨烯的技术主要有CVD法、氧化还原法等，但这些制备方法面临的一个共同难题就是石墨烯在使用过程中的分散问题。由于石墨烯平面之间π-π键强大的吸引力，制备得到的石墨烯粉末很容易发生层层堆叠，使得原本已剥离的片层重又发生团聚，直接表现在制备得到的石墨烯粉末在使用过程中难以分散，与其他复合物结合后活性差。因此，如何使石墨烯得以均匀分散在聚合物中是其中的关键性难题所在，是拓宽石墨烯应用领域的关键。

中国发明专利申请号201110203853.1公开了一种石墨烯/聚合物复合材料以及其制造方法，将天然石墨在氧化剂中氧化后，利用热还原得到热解石墨烯，通过溶液共混或者是机械共混的方法制备石墨烯/聚合物复合材料，所得的具有高导电性和高力学性能的复合材料，可以作为抗静电以及电磁屏蔽材料，制作成导电地毯、电子产品的包装、手机的部件、轮胎用抗静电胎面胶以及航空航天器材的电磁屏蔽涂料等，具有广泛的应用价值。中国发明专利申请号201710952952.7公开了一种高分散性石墨烯热塑性树脂母料，由石墨烯、炭黑、表面活性剂、助剂、抗氧化剂、磺酸盐、抗磨剂、极压剂、改性剂、硬质陶瓷颗粒及载体树脂；该发明原料成本低廉，生产合成简单易掌握，一方面可有效的实现石墨烯的带电性能，同时使得石墨烯具备通过静电自行组装成型，防止石墨烯团聚现象发生，从而极大的提高产品生产质量和产品使用性能的稳定性，同时另有效的降低了生产成本，并有助于克服生产过程中原料造成的环境污染。

为了提高石墨烯在橡塑材料添加改性技术时，与聚合物结合后活性差，在基体中难以分散，团聚严重，致使橡塑材料的性能不理想，有必要提出一种新型的石墨烯母料的制备方法，进而改善石墨烯在基体树脂中的分散性，提升橡塑材料的整体性能。

发明内容

针对目前石墨烯材料在橡塑母料载体分散不理想，导致性能降低的缺陷，本发明提出一种基于膨胀单体插层制备的石墨烯橡塑母料及其方法，从而提了石墨烯在橡塑母料中的分散性，提高了橡塑材料的整体性能。

为解决上述问题，本发明采用以下技术方案：