[发明专利]一种石墨烯基抗氧剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种石墨烯基抗氧剂及其制备方法和应用。本发明提供一种石墨烯基抗氧剂的制备方法，所述制备方法为：先将氧化石墨烯在溶剂和羧基活化剂的作用下得到羧基活化的氧化石墨烯，然后将抗氧剂接枝到所得羧基活化的氧化石墨烯上，最后经过滤、洗涤和干燥处理得石墨烯基抗氧剂。将本发明所得石墨烯基抗氧剂添加到聚烯烃基体中得到的聚烯烃基复合材料具有氧化诱导期长、起始降解温度高、耐溶剂抽提的特点。

技术领域

本发明涉及高分子复合材料领域，具体涉及一种石墨烯基抗氧剂及其制备方法和应用。

背景技术

聚烯烃材料在加工成型和使用过程中常常会受到光、氧、热的影响，发生老化和降解，影响使用效果和使用寿命。因此，在聚烯烃材料加工生产时常加入稳定化助剂，延缓其老化，增加其热氧、光氧稳定性。稳定化助剂主要分为光稳定剂、热稳定剂和抗氧剂三大类，其中最有效、工业上应用最广的方法是在聚烯烃材料中加入抗氧剂。其中，主抗氧剂可以终止氧化过程中自由基链的传递与增长，辅抗氧剂可以延缓高分子材料氧化降解过程中自由基的产生，二者一般均为小分子助剂。小分子抗氧剂虽然简单有效、种类众多、成本较低，但是也有效果单一、热稳定性低、易迁移、易挥发、不耐溶剂抽提的缺点。

针对小分子抗氧剂存在的这些问题，目前主要有以下几种解决途径：一、增大小分子抗氧剂的分子量：主要是增大抗氧剂本身分子量；二、借助物理吸附或者化学接枝在基体和抗氧剂之间建立强相互作用；

增大分子量只能在一定程度上解决小分子抗氧剂的挥发迁移问题；而现有物理吸附和化学接枝抗氧剂的发明大多只能起到锚定抗氧剂、限制其迁移挥发的单一作用，抗氧剂和固定它的纳米材料之间不具有协同效应；且目前的吸附和接枝方法基本都需要借助桥接物质作媒介将抗氧剂与纳米材料联系起来，步骤繁琐复杂，反应试剂种类多、成本高；或者缺乏系统的对比实验，难以直观比较接枝前后得到的抗氧化效果、接枝后达到的抗迁移、抽提效果。例如文献《Gao,X.,et al.,Polymer Degradation&Stability,2008.93(8):p.1467-1471》利用硅烷偶联剂将改性的抗氧剂接枝到纳米二氧化硅粒子上，提升了聚丙烯(PP)的热氧稳定性，但是纳米二氧化硅粒子本身没有抗老化的性能，接枝效果单一；且该方法需要同时改性纳米二氧化硅和抗氧剂，过程复杂繁琐。又如专利CN105504453A中将抗氧剂用乙二胺进行活化，再接枝到氧化石墨烯上，之后用聚多巴胺包覆得到的接枝产物作为填料保证聚烯烃复合材料的热氧稳定性和绝缘性能，但是发明先后使用乙二胺、二环己基碳二亚胺、4-二甲基氨基吡啶、多巴胺等多种试剂，反应周期漫长、操作要求高、难度大；且没有进行改性填料抗迁移能力的表征。又如专利CN106867031A中采用巯基偶联剂改性氧化石墨烯，再在催化剂作用下与抗氧剂反应进行接枝，缺点是过程中需要用到大量巯基偶联剂进行桥接、还需要调节氧化石墨烯分散液的pH。石墨烯基材料在提升聚合物抗老化方面有突出的优势，如文献《Yang,J.,et al.,Carbon,2015.89(5)：p.340-349.》将PP、抗氧剂AO、热还原氧化石墨烯TrGO通过物理共混的方式制备复合材料，得到了较好的热氧稳定效果；但是缺点在于抗热氧降解能力提升幅度不够大、没有表征抗氧剂的迁移和抽提。

发明内容

针对上述缺陷，本发明提供一种石墨烯基抗氧剂及其制备方法，利用所得石墨烯基抗氧剂能够制得具有较高的热氧稳定性的复合材料。

本发明的技术方案：

本发明要解决的第一个技术问题是提供一种石墨烯基抗氧剂的制备方法，所述制备方法为：先将氧化石墨烯在溶剂和羧基活化剂的作用下得到羧基活化的氧化石墨烯，然后将抗氧剂接枝到所得羧基活化的氧化石墨烯上，最后经过滤、洗涤和干燥处理得石墨烯基抗氧剂。