[发明专利]一种EVA/石墨烯复合母料的制备方法

说明书

本发明公开一种EVA/石墨烯复合母料的制备方法，其制备步骤主要包括分拣、破碎、密炼和挤出造粒，具体是将交联发泡EVA废弃料与石墨烯材料通过长时间密炼混合，最后经过挤出造粒获得成品。该制备方法简单、绿色环保、投资成本小，有望实现EVA边角料的广泛应用和促进石墨烯相关产业的发展。

技术领域

本发明涉及复合材料技术领域，具体涉及的是一种EVA/石墨烯复合母料的制备方法。

背景技术

石墨烯是具有单层原子厚度的二维碳结构材料，其独特的结构赋予其优异的导电、导热和力学等性能。其中石墨烯复合材料是石墨烯应用领域中的重要研究方向，在能量储存、液晶器件、电子器件、生物材料、传感材料和催化剂载体等领域展现出了优良性能，具有广阔的应用前景。然而，石墨烯在聚合物基体中易发生团聚，一定程度上限制了其性能的发挥。因此在石墨烯复合材料中，如何提高石墨烯在聚合物中的分散性和相容性一直是研究的重点。

目前，石墨烯在聚合物中的分散方法主要有溶液混合法、原位聚合法和熔融共混法等。

溶液混合法是将石墨烯材料分散在聚合物的良溶剂中，使其最大程度地分散在聚合物中。该方法中石墨烯的分散性较好，得到的复合材料具有较高的力学性能。然而该方法一般需要使用有机溶剂，对环境造成污染，同时成本较高，难以产业化。

原位聚合法是将石墨烯与聚合物单体混合，然后引发聚合制得石墨烯复合材料。研究发现原位聚合法不会破坏复合材料的热稳定性，可以显著提高复合材料的力学性能。中国专利(专利号201610049953.6)公开了一种原位聚合制备EVA/石墨烯复合材料的方法：首先将石墨烯分散于醋酸乙烯酯溶液中，加入引发剂，再通入乙烯从而实现石墨烯在EVA中的良好分散，增加材料的导电导热性等性能。但该法不适用于EVA废弃料回收。

熔融共混法是利用剪切力克服界面作用力将填料分散在聚合物熔体中。熔融共混法是工业上制备聚合物复合材料比较实用的方法，其工艺较为简单，可实现复合材料的大规模低成本制备。一般而言，为了解决石墨烯在聚合物中难以分散的问题，可以通过增加熔融共混时间和温度，加大剪切力克服界面作用力、降低聚合物粘度来使得石墨烯均匀分散。然而，过长时间的挤出、过高的温度、过大的剪切力都将使聚合物发生断链，将促使材料老化、变色，引起性能的大幅度下降，得不偿失。

发泡EVA交联产品在生产过程中产生的废弃料尤其多，如何回收利用这些已经交联发泡的EVA成为了一项难题。目前，我国常用的回收方法为：通过物理粉碎EVA废弃料，将其以填料的形式添加到未交联的EVA或其他塑料中再加工，来制备中低品质的复合塑料。中国专利(专利号200610111498.4)公开了一种将EVA边角料粉碎加工成粉末的方法和系统，即将EVA边角料采用一系列工序来制备出小粒径的EVA粉末。此外，中国专利(专利号201380046489.X)公开了EVA回收方法，其涉及原生EVA泡沫和废弃EVA泡沫在交联剂和增溶剂的作用下来制备EVA泡沫混合物，然而制备工艺较为复杂，难以推广。

此外，可通过对EVA废弃料进行长时间的密炼，通过机械力化学作用使EVA交联键断裂，打破交联网络结构，从而提高EVA废弃料的流动性、可加工性。通过这种方法不仅能得到具有一定力学性能的解交联EVA材料，而且操作工艺简单，对环境几乎没有负面影响。主要作用机理在于：在剪切、挤压和摩擦等机械力的作用下，当冲击应力集中作用在某些链段时，达到其临界应力后会使得聚合物链段发生断裂；同时在机械力的作用下，聚合物内部的机械能不断累积，一部分转化为热能，聚合物内部温度升高，导致键能较低的化学键吸收能量后产生化学断裂，分子链的断裂导致交联网络结构被破坏，交联密度降低。中国专利(专利号201510156575.7)公开了一种EVA废弃料的再生造布工艺装置，该装置包括密炼机、开炼机、压延造布机等，该方法应用范围窄，并且EVA的加入无法提高材料的综合性能。因此，至今为止，大部分EVA废弃料仍未得到良好的利用。

关于利用石墨烯促使EVA废弃料“变废为宝”的相关专利和文献较为罕见。

发明内容