一種硬質聚氯乙烯增韌改性的方法技術

本發明專利技術屬于聚合物復合材料增韌改性領域，具體為一種硬質聚氯乙烯復合材料的增韌改性方法，獲得石墨烯/聚氯乙烯復合材料，解決硬質聚氯乙烯材料韌性差的性能缺陷。將石墨烯納米碳材料均勻地分散于聚氯乙烯基體中，利用石墨烯柔軟的片層結構，在聚氯乙烯基體中卷曲彎折，充當“彈性粒子”相，進而對聚氯乙烯起到增韌改性的作用。將聚氯乙烯粉末、穩定劑、改性劑丙烯酸酯和石墨烯納米碳材料在高速攪拌機中預混，再通過轉矩流變儀和雙輥開煉機熔融共混、平板硫化機熱壓成型工藝獲得石墨烯/聚氯乙烯復合材料。本發明專利技術柔軟卷曲的石墨烯片層在聚氯乙烯中起到“彈性粒子”的作用，能夠顯著提高聚氯乙烯的斷裂伸長率以及缺口沖擊強度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于聚合物復合材料增韌改性領域，具體為一種硬質聚氯乙烯復合材料的增韌改性方法，獲得石墨烯納米碳材料/聚氯乙烯復合材料。
技術介紹
聚氯乙烯（PVC）是一種應用極其廣泛的通用型熱塑性樹脂，具有良好的耐化學腐蝕性、耐磨性、阻燃性等性能，并且價格低廉，在工業、農業、包裝以及建筑等領域得到了廣泛的應用。然而，硬質聚氯乙烯具有脆性大的顯著缺點，使其作為高性能結構材料受到了極大的限制。因此，對硬質聚氯乙烯增韌改性一直是聚氯乙烯材料研究的熱點。為了達到改進硬質聚氯乙烯韌性的目的，通常采用化學改性和物理改性兩種途徑，前者是通過化學接枝共聚功能基團在分子鏈中引入柔性基團從而達到增韌效果，但該途徑存在工藝復雜、成本高的顯著缺點；相比而言，物理改性是通過在PVC材料加工過程中加入改性劑而實現，該途徑具有工藝簡單、操作便捷、靈活性高等顯著優點，因此被工業界廣泛采用。物理改性通常采用加入彈性體（如氯化聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物、MBS、APR、丁腈橡膠、TPU等）的方法對聚氯乙烯進行增韌改性，已取得了顯著增韌效果，然而在改善PVC韌性的同時，卻一定程度上降低了材料的剛度、耐熱性、加工流動性等性能。近年來，加入納米粒子改善韌性的研究已引起廣泛的關注，納米粒子具有尺寸小、表面積大、易產生量子和表面效應等特點，可在提高韌性的同時，使尺寸穩定性、加工流動性等得以提高。通過添加剛性粒子（如納米CaCO3、蒙脫土、高嶺土等），可提高PVC的沖擊強度和韌性。
技術實現思路
為了解決硬質聚氯乙烯材料韌性差的性能缺陷，本專利技術的目的是提供一種硬質聚氯乙烯增韌改性的方法，采用石墨烯增韌硬質聚氯乙烯，石墨烯納米碳材料具有柔軟片層結構和比表面積大等優異性能，適合用作聚合物增韌劑。本專利技術采取如下技術方案：一種硬質聚氯乙烯增韌改性的方法，將石墨烯納米碳材料均勻地分散于聚氯乙烯基體中，利用石墨烯納米碳材料柔軟的片層結構，在聚氯乙烯基體中卷曲彎折，充當“彈性粒子”相，進而對聚氯乙烯起到增韌改性的作用；采用熔融共混的方法制備石墨烯/聚氯乙烯復合材料，其制備方法如下：1）將聚氯乙烯粉末、穩定劑、改性劑丙烯酸酯、石墨烯納米碳材料在高速攪拌機中預混，得到混合均勻的石墨烯納米碳材料/聚氯乙烯復合粉末；其中，按重量份數計，石墨烯納米碳材料/聚氯乙烯復合粉末的組成為：聚氯乙烯粉末100份，穩定劑5～10份，丙烯酸酯1～2份，石墨烯納米碳材料0.01～1；2）用轉矩流變儀在160～180℃，轉速40～80rpm的條件下熔融混合2～10min；3）將經步驟2）得到的復合材料用雙輥開煉機在160～180℃，前后輥轉動速率比為1:(1～1.2)的條件下，進行混煉2～10min延壓成片狀復合材料；4）經平板硫化機在180～200℃，壓力10～20MPa的條件下熱壓5～20分鐘，最后制成1～5mm厚的復合板材。所述的石墨烯納米碳材料是具備柔軟片層結構、可形成卷曲結構的納米碳材料。所述的石墨烯納米碳材料為石墨烯粉末、石墨烯納米片或石墨烯納米帶。按重量份數計，石墨烯納米碳材料/聚氯乙烯復合粉末的組成優選為：聚氯乙烯粉末100份，穩定劑6～8份，丙烯酸酯1.2～1.6份，石墨烯納米碳材料0.2～0.8。所述的石墨烯為增韌相，所述的石墨烯是插層剝離法、石墨氧化還原法、化學氣相沉積法或其他方法制備的石墨烯。所述的穩定劑是稀土穩定劑、鈣鋅穩定劑等一種或兩種以上復合。本專利技術的設計思想是：鑒于傳統改性方法的缺陷，本專利技術提出一種新的硬質聚氯乙烯改性方法，即利用石墨烯納米碳材料具備柔軟的片層結構，當其均勻分散于聚氯乙烯時形成彎折卷曲結構，充當“彈性粒子”相，從而對聚氯乙烯起到增韌改性的作用，具體表現為使硬質聚氯乙烯的斷裂伸長率及沖擊強度皆有大幅度地提高。與純聚氯乙烯相比，使用該增韌方法得到的復合材料的斷裂伸長率最高可提高47%，沖擊強度最高可提高12.1%。而且，本專利技術采用熔融混合法制備石墨烯/聚氯乙烯復合材料，可以有效地避免其他方法如溶液法、原位聚合法造成的環境污染、生產成本過高等不利因素，還可保證將石墨烯均勻地分散于PVC基體中，充分發揮石墨烯納米碳材料對聚氯乙烯的增韌。這種復合材料的制備工藝簡單，適合大規模工業化生產。本專利技術的優點和有益效果是：1、本專利技術利用石墨烯納米碳材料柔軟卷曲的片層結構充當“彈性粒子”對聚氯乙烯增韌改性，采用本專利技術方法增韌的硬質聚氯乙烯材料，可在保證硬質聚氯乙烯剛度、加工流動性等性能不劣化的前提下，大幅度地提高硬質聚氯乙烯的斷裂伸長率（較純聚氯乙烯增加47%）和沖擊強度（較純聚氯乙烯增加12.1%）。2、本專利技術采用熔融共混的方法制備石墨烯/聚氯乙烯復合材料，該方法可有效避免由溶液法所造成的環境污染問題及原位聚合法所帶來的高生產成本等問題。該生產工藝簡單、生產效率高，易于實現工業化規模生產。3、由于納米碳材料具有高的比表面積、低的密度及與樹脂良好的相容性，其優異的性能作為一種高效的填料已在聚合物改性方面取得顯著成效。本專利技術采用石墨烯、石墨納米片、石墨烯納米帶等具備柔軟片層結構的納米碳材料，在提高復合材料力學強度的同時，由于引入了更多的界面，因此還可以提高PVC復合材料的抗沖擊性能。特別是，石墨烯是由單層碳原子構成的平面結構，具有力學性能優異、分散性好、與樹脂相容性好等顯著優勢，將其與PVC復合將得到性能優異的復合材料。具體實施方式：本專利技術硬質聚氯乙烯的增韌方法，其特點是將石墨烯納米碳材料均勻地分散于PVC基體中，利用石墨烯納米碳材料柔軟的片層結構，在聚氯乙烯基體中卷曲彎折，充當“彈性粒子”相，進而對聚氯乙烯起到增韌改性的作用。本專利技術采用熔融共混的方法制備石墨烯/聚氯乙烯復合材料，其制備方法如下：1）將PVC粉末、穩定劑、改性劑丙烯酸酯（ACR）、石墨烯納米碳材料在高速攪拌機中預混，得到混合均勻的石墨烯納米碳材料/聚氯乙烯復合粉末。其中，按重量份數計，PVC粉末100份，穩定劑5～10份，丙烯酸酯1～2份，石墨烯納米碳材料0.01～1。石墨烯納米碳材料可以是具備柔軟片層結構的石墨烯粉末、石墨烯納米片、石墨烯納米帶等可形成卷曲結構的納米碳材料。PVC粉末的粒度為50～250μm，丙烯酸酯所起的作用為加快PVC的塑化過程，改進PVC流體的流變性并提高PVC制品的外觀質量等。2）用轉矩流變儀在160～180℃，轉速40～80rpm的條件下熔融本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種硬質聚氯乙烯增韌改性的方法，其特征在于，將石墨烯納米碳材料均勻地分散于聚氯乙烯基體中，利用石墨烯納米碳材料柔軟的片層結構，在聚氯乙烯基體中卷曲彎折，充當“彈性粒子”相，進而對聚氯乙烯起到增韌改性的作用；采用熔融共混的方法制備石墨烯/聚氯乙烯復合材料，其制備方法如下：1）將聚氯乙烯粉末、穩定劑、改性劑丙烯酸酯、石墨烯納米碳材料在高速攪拌機中預混，得到混合均勻的石墨烯納米碳材料/聚氯乙烯復合粉末；其中，按重量份數計，石墨烯納米碳材料/聚氯乙烯復合粉末的組成為：聚氯乙烯粉末100份，穩定劑5～10份，丙烯酸酯1～2份，石墨烯納米碳材料0.01～1；2）用轉矩流變儀在160～180℃，轉速40～80rpm的條件下熔融混合2～10min；3）將經步驟2）得到的復合材料用雙輥開煉機在160～180℃，前后輥轉動速率比為1:(1～1.2)的條件下，進行混煉2～10min延壓成片狀復合材料；4）經平板硫化機在180～200℃，壓力10～20MPa的條件下熱壓5～20分鐘，最后制成1～5mm厚的復合板材。

【技術特征摘要】
1.一種硬質聚氯乙烯增韌改性的方法，其特征在于，將石墨烯納米碳材料均
勻地分散于聚氯乙烯基體中，利用石墨烯納米碳材料柔軟的片層結構，在聚氯乙
烯基體中卷曲彎折，充當“彈性粒子”相，進而對聚氯乙烯起到增韌改性的作用；
采用熔融共混的方法制備石墨烯/聚氯乙烯復合材料，其制備方法如下：
1）將聚氯乙烯粉末、穩定劑、改性劑丙烯酸酯、石墨烯納米碳材料在高速
攪拌機中預混，得到混合均勻的石墨烯納米碳材料/聚氯乙烯復合粉末；
其中，按重量份數計，石墨烯納米碳材料/聚氯乙烯復合粉末的組成為：聚氯
乙烯粉末100份，穩定劑5～10份，丙烯酸酯1～2份，石墨烯納米碳材料0.01～
1；
2）用轉矩流變儀在160～180℃，轉速40～80rpm的條件下熔融混合2～
10min；
3）將經步驟2）得到的復合材料用雙輥開煉機在160～180℃，前后輥轉動
速率比為1:(1～1.2)的條件下，進行混煉2～10min延壓成片狀復合材料；
4）經平板硫化機在180～200℃，...

【專利技術屬性】
技術研發人員：曾尤，王函，謝桂媛，楊鋮，英哲，任文才，成會明，
申請(專利權)人：中國科學院金屬研究所，
類型：發明
國別省市：遼寧;21