[发明专利]一种石墨烯改性感温变色塑料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种石墨烯改性感温变色塑料，包括以下质量份数的制备原料：塑料粒子60‑90份、表面处理的石墨烯2‑5份、感温变色颜料6‑13份、交联剂0.1‑3份、引发剂0.1‑2份、稳定剂0‑0.9份、增塑剂0‑2份；其中表面处理的石墨烯是通过喷射分散的方法将石墨烯和表面处理剂同时喷射到反应腔室制备得到。经过喷射分散技术制备的石墨烯分散性好，粒径均一度高，能提高感温变色塑料的热导率，从而提高感温灵敏度，同时有效改善感温变色塑料的抗冲击强度和耐候性。

技术领域

本发明属于高分子复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯改性感温变色塑料及其制备方法和应用。

背景技术

目前在中国塑料工业已与钢材、水泥、木材并驾齐驱成为四大基础材料产业。作为轻工行业支柱产业之一的塑料行业，近几年增长速度一直保持在10％以上，在保持较快发展速度的同时，经济效益也有新的提高。从之前单一的合成树脂到现在的各种改性的高分子塑料制品生产来看，塑料工业正顺应时代发展进行着日新月异的变化。现在销售市场中，除了单一的塑料制品外，随着人们生活水平的不断提高，科技不断进步，人们对塑料产品的要求也越来越高，感温变色塑料成为一种新型材料进入人们视野。感温变色塑料不仅给人们的生活带来诸多便利，而且增添了不少生活乐趣。例如，感温变色奶瓶，通过瓶中水的温度变化瓶体的颜色，使人们更容易掌握瓶中奶水温度，避免烫伤婴儿口腔的事故发生，同时也解决了人们经常自己试喝的方法去试温从而造成的不卫生、影响婴儿健康的问题。当然，感温变色塑料还有很多其他方面的用途。通常情况下，感温变色塑料当温度发生较大的变化时会产生明显的颜色变化，对于较小的温度变化不敏感，这主要是因为塑料的导热性不好，使得感温变色颜料感受温度变化比较滞后。为了改善塑料导热性差的问题，现有技术通常选择添加金属氧化物粉末、金属氮化物粉末、石墨粉末等导热材料填充剂赋予塑料较好的导热性能。但由于这些填充剂自身导热性不高，制备高热导率材料时需要十分高的填充量，不仅增加材料加工成型难度，同时还会损害其基本力学性能，往往会出现弊大于利的情况。

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，是一种只有一个原子层厚度的准二维材料，所以又叫做单原子层石墨。作为目前发现的最薄、强度最大、导电导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯的导热特性常常被用来改善塑料的导热性能。但是，由于石墨烯粒径很小，本身容易聚集，而且石墨烯由纯碳原子组成，在共混制备高分子塑料时，石墨烯与塑料之间界面结合力较差，石墨烯与塑料粒子两相分离，导致复合材料内部相态不一致，进而导致复合材料的诸如力学性能的下降等缺陷。所以，如何对石墨烯进行改性处理，增加石墨烯在塑料中的分散稳定性，以及增加石墨烯与塑料之间的复合作用力，是人们一直致力于解决的问题。

专利文献CN104387757A公开了一种石墨烯复合导热塑料，所述导热塑料由石墨烯、高分子基体、偶联剂和分散剂复合而成，其特征在于，所述石墨烯为单一同位素碳石墨烯，其质量百分比为1％-10％。此发明采用单一同位素碳石墨烯改进塑料的导热性能，所述单一同位素碳石墨烯为单一同位素碳的碳氢气体通过金属镍的催化裂解反应制备成的由单一同位素碳构成的石墨烯，制备方法复杂，而且石墨烯的分散性，石墨烯与塑料的复合程度均没有进行改善。

专利文献CN107523049A公开了一种石墨烯高分子复合导热塑料及制备方法，所述聚石墨烯高分子复合导热塑料包括高分子基体树脂100份、改性石墨烯2～10份、抗氧剂0.1～1份、助剂0.1～1份。为了提高石墨烯在树脂基体中的分散性，减少石墨烯团聚发生，对石墨烯进行改性，具体方法为通过活性自由基聚合方法在其表面接枝苯乙烯马来酸酐二元共聚物。但按照此发明所述在对石墨烯利用苯乙烯马来酸酐二元共聚物进行改性时，共聚物容易发生分子内聚合，自身分散性就不好，所以很难使石墨烯有很好的分散性。