一种石墨烯/聚烯烃弹性体母料、石墨烯抗静电复合材料及制备方法

摘要

本发明公开了一种石墨烯/聚烯烃弹性体母料、石墨烯抗静电复合材料及制备方法，该石墨烯/聚烯烃弹性体母料包括以下重量份数的原料：聚烯烃弹性体(POE)或接枝聚烯烃弹性体(m-POE)1～100份、石墨烯1～10重量份、硅烷偶联剂0.01～1重量份。本发明石墨烯/聚烯烃弹性体(POE)母料具有较好的电性能，添加1～10％该石墨烯母料制备的PE抗静电材料的表面电阻小于1011Ω，提高了工程塑料材料在电器产品中耐高压的部件的使用安全性，具有显著的工业应用价值。

说明书

技术领域

本发明属于石墨烯/聚烯烃导电复合材料技术领域，具体地，本发明涉 及一种石墨烯/聚烯烃弹性体母料、石墨烯抗静电复合材料及制备方法。

背景技术

自从2006年Ruoff等报道了石墨烯/聚苯乙烯导电复合材料以来，国 内外研究者对石墨烯/聚合物纳米复合材料做了大量的探索研究。石墨烯具 有超大的比表面积且本身的导电性能优异，在分散之后能在聚合物高分子 链段中形成导电网络，提升材料的导电性能；石墨烯是目前已知的最薄最 坚硬的材料，优秀的机械性能能够改善复合材料的韧性和强度。石墨烯还 具有极其优异的导热性能，这些都为提高复合材料的多功能性起到了重要 的推动作用，为复合材料提供了更为广阔的应用前景。而随着研究和表征 技术的进一步发展，石墨烯/聚合物纳米复合材料的各种优异性能将会得到 更充分的发挥和应用。

目前，制备石墨烯/聚合物纳米复合材料常用的聚合物有聚苯胺、聚氨 酯、聚乙烯醇、聚苯乙烯和聚丙烯酰胺等；常用的制备方法有熔融共混法、 聚合物插层法、原位聚合法等。

熔融共混法是研究者普遍使用的制备方法。在熔融共混的过程中，聚 合物熔体和填料会受到强烈的剪切作用，填料会均匀地分散到聚合物熔体 中。但是由于石墨烯密度极低，在混合时容易导致物料混合不均匀且挤出 过程中喂料困难，实验生产过程中也极易产生石墨烯粉末的飞扬。Sengupta 等人研究发现：在熔融共混前先进行溶液混合，在性能方面更能够在力学 性能与电性能之间获取平衡。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种石墨烯/聚烯烃弹性体母料。本 发明所要解决的技术问题是还在于提供一种石墨烯/聚烯烃弹性体母料的 制备方法。本发明采用溶液共混法制备一种石墨烯母料，然后再与高分子 材料进行熔融共混制备石墨烯高分子材料，这是一种解决石墨烯分散问题 最佳方法之一。本发明石墨烯/聚烯烃弹性体母料与其它导电填料抗静电剂 相比，具有添加量少的优点；与表面活性剂型抗静电剂相比，有稳定性好 的特点，并且其还在一定程度上改善了树脂材料的性能。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种石墨烯/聚烯烃弹性体母料，该材料包括以下重量份数的原料：聚 烯烃弹性体(POE)或接枝聚烯烃弹性体(m-POE)1～100份、石墨烯1～ 10重量份、硅烷偶联剂0.01～1重量份。

进一步的技术方案中，所述接枝聚烯烃弹性体(m-POE)为马来酸 酐接枝聚烯烃弹性体(POE)，接枝率≥1.2wt％；所述石墨烯为石墨烯微片， 碳含量≥95wt％，厚度在3～5nm，粒度在30～50μm。

进一步的技术方案中，所述一种石墨烯/聚烯烃弹性体母料，包括以下 重量份数的原料：

接枝聚烯烃弹性体(m-POE)4.95份；

石墨烯4.95份；

硅烷偶联剂KH-5500.1份。

本发明还提供了一种石墨烯/聚烯烃弹性体母料的制备方法，包括以下 步骤：

步骤一、石墨烯分散液的制备：将1～10重量份的石墨烯和0.01～1 重量份硅烷偶联剂加入到10～100重量份的液体石蜡中，在常温下采用超 声波分散10～30分钟，制得石墨烯分散液；

步骤二、聚合物溶液的制备：将1.0～10重量份的接枝聚烯烃弹性体 或聚烯烃弹性体加入到10～100重量份的甲苯或松节油中，加热到80℃， 恒温下搅拌2小时，形成聚合物溶液；

步骤三、石墨烯母料的制备：将上述步骤一中制备的石墨烯分散液加 入到上述步骤二中制备的的聚合物溶液中，石墨烯分散液与聚合物溶液的 混合比例为1:1～10，常温下搅拌10～30分钟，之后加热回流收集甲苯、 松节油以及液体石蜡，得到膏状产物；然后干燥、破碎得到石墨烯/聚烯烃 弹性体母料。

所述常温为20～25℃。

进一步的，所述制备方法中，所述接枝聚烯烃弹性体(m-POE)为马 来酸酐接枝聚烯烃弹性体，接枝率≥1.2wt％；所述石墨烯为石墨烯微片， 碳含量≥95wt％，厚度在3～5nm，粒度在30～50μm。

本发明还提供一种石墨烯抗静电复合材料，采用上述的石墨烯/聚烯烃 弹性体母料制备得到。

进一步的，所述的一种石墨烯抗静电复合材料的制备方法是，石墨烯 /聚烯烃弹性体母料按比例加入到树脂中混合；并且所述石墨烯/聚烯烃弹 性体母料的添加重量比例为1～10％。所述添加重量比例是指石墨烯/聚烯 烃弹性体母料占所述石墨烯/聚烯烃弹性体母料和所述树脂的总重量的比 例。

进一步的，所述的一种石墨烯抗静电复合材料的制备方法中，所述 树脂为PS、ABS、PE、POE或PC/ABS；所述石墨烯/聚烯烃弹性体母料 加入到所述树脂中，采用高速混合5～10分钟后，使用双螺杆挤出机挤出 造粒，得到石墨烯抗静电复合材料。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明一种新的石墨烯/聚烯烃弹性体母料的制备方法解决了因 石墨烯密度与物料混合不均匀、喂料困难而导致制品表面的抗静电性能不 均匀、电阻率不易控制、重现性较差、力学性能差等问题。

(2)本发明采用溶液共混法制备一种石墨烯母料，然后再与高分子 材料进行熔融共混制备石墨烯高分子材料，这是一种解决石墨烯分散问题 最佳方法之一。本发明石墨烯/聚烯烃弹性体母料与其它导电填料抗静电剂 相比，具有添加量少的优点；与表面活性剂型抗静电剂相比，有稳定性好 的特点，并且其还在一定程度上改善了树脂材料的性能。

(3)本发明制备得到的石墨烯/聚烯烃弹性体母料具有较好的电性能， 添加1～10％该石墨烯/聚烯烃弹性体母料制备的PE抗静电材料的表面电 阻小于10¹¹Ω，提高了工程塑料材料在电器产品中耐高压的部件的使用安 全性，具有显著的工业应用价值。

(4)本发明制备得到的石墨烯/聚烯烃弹性体母料加入到聚乙烯(PE) 材料、聚乙烯弹性体(POE)材料中的表面电阻变化相当明显，试验结果 证明：石墨烯的用量较直接添加方法制备的抗静电材料少，抗静电效果好。 采用母料法在PE材料中添加0.1％的石墨烯时，可以实现PE材料的永久 抗静电性能；在POE材料中添加0.1％的石墨烯时，可以实现POE材料的 永久抗静电性能，当石墨烯含量达到8％时POE材料具备了导电性能。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的内容，下面结合具体实施例作进一步说明。 应理解，这些实施例仅用于对本发明进一步说明，而不用于限制本发明的 范围。此外应理解，在阅读了本发明所述的内容后，该领域的技术人员对 本发明作出一些非本质的改动或调整，仍属于本发明的保护范围。

实施例1

石墨烯/POE(聚烯烃弹性体)母料的具体配比(质量百分比)如下：

接枝聚烯烃弹性体(m-POE)49.5％；

石墨烯49.5％；

硅烷偶联剂KH-5501％；

接枝聚烯烃弹性体(m-POE)为马来酸酐接枝聚烯烃弹性体(POE)， 接枝率≥1.2wt％。

石墨烯为石墨烯微片，碳含量≥95wt％，厚度在3～5nm,粒度在30～ 50μm。

实施例2

实施例1所述石墨烯/POE(聚烯烃弹性体)母料的制备方法是：

(1)石墨烯分散液的制备

将9.9g的石墨烯和0.2g份硅烷偶联剂加入到100g的液体石蜡中，在 常温下采用超声波分散30分钟，制得硅烷处理的石墨烯分散液。

(2)聚合物溶液的制备

将9.9g的接枝聚烯烃弹性体(m-POE)加入到100g的甲苯中，加热 到80℃恒温搅拌2小时，得到接枝聚烯烃弹性体(m-POE)溶液；

(3)石墨烯/POE(聚烯烃弹性体)母料的制备

将上述(1)中的石墨烯分散液加入到上述(2)中的接枝聚烯烃弹性体 (m-POE)溶液中，石墨烯分散液与聚合物溶液的混合重量比例为1:1； 常温下搅拌30分钟后加热回流、收集甲苯以及液体石蜡，然后干燥、破 碎得到实施例1所述石墨烯/POE(聚烯烃弹性体)母料。

石墨烯/POE(聚烯烃弹性体)母料制备的抗静电材料具体结果见表1

表1抗静电性能(表面电阻Ω)

从表1可以看出：该母料加入到聚乙烯(PE)材料、聚乙烯弹性体(POE) 材料中的表面电阻变化相当明显，试验结果证明：石墨烯的用量较直接添 加方法制备的抗静电材料少，抗静电效果好。采用母料法在PE材料中添 加0.1％的石墨烯时，可以实现PE材料的永久抗静电性能；在POE材料中 添加0.1％的石墨烯时，可以实现POE材料的永久抗静电性能，当石墨烯 含量达到8％时POE材料具备了导电性能。

如上所述，便可以较好地实现本发明。