[发明专利]一种聚乙烯/石墨烯纳米复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种聚乙烯/石墨烯纳米复合材料及其制备方法，聚乙烯/石墨烯纳米复合材料的增强相为氧化石墨烯还原反应生成的石墨烯，石墨烯占所述聚乙烯/石墨烯纳米复合材料的质量百分比为0.01‑40％。制备方法包含以下步骤：将氧化石墨烯与聚乙烯蜡乳液在水中充分混合，加入破乳剂破乳后；将中加入水合肼进行氧化石墨烯还原，然后过滤干燥；将与聚乙烯熔融共混，得到聚乙烯/石墨烯纳米复合材料。本发明首先将水性聚乙烯蜡乳液与氧化石墨烯在水中充分混合，先破乳后还原使石墨烯在聚乙烯基体中均匀分散，然后将所述聚乙烯/石墨烯母粒与聚乙烯熔融共混，得到聚乙烯/石墨烯纳米复合材料，制备工艺简单，易于实现大规模的工业化生产。

技术领域

本发明涉及聚乙烯纳米复合材料的技术领域，具体涉及一种聚乙烯/石墨烯纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

聚乙烯是一种具有无毒、无味、密度小、抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性等优点的通用塑料；被广泛应用于汽车工业、家用电器、管材、机械零件制作等方面。但聚乙烯存在力学强度不够、对于环境应力敏感和耐热老化性差等缺点，限制了其应用范围。

经研究发现，当以石墨烯为增强相少量添加至聚乙烯中，聚乙烯的性能即可大幅增强。但是，由于石墨烯比表面积巨大，且石墨烯片层之间存在固有的范德华力，石墨烯片层非常容易团聚。因此，将纳米尺寸的石墨烯在聚乙烯基体中均匀分散是制备高性能的聚乙烯/石墨烯纳米复合材料的关键技术。

目前，聚乙烯/石墨烯纳米复合材料可以通过以下三种方法制备：溶液复合法、熔融共混法和原位聚合法。这些方法虽然能制备出性能较好聚乙烯/石墨烯纳米复合材料，但是都存在一些缺点。

溶液共混法需要大量的溶剂，成本高，环境污染大；

熔融共混法难以实现石墨烯在聚乙烯中的良好分散，得到的聚乙烯/石墨烯纳米复合材料性能提高不明显；

原位聚合法比较复杂，难以工业化生产。

溶液—熔融复合法的出现则很好的解决了这些问题，先用溶液法制备石墨烯含量较高的聚乙烯/石墨烯母粒，然后通过熔融共混的方法将母粒与大批量聚乙烯复合，即考虑到了石墨烯的分散性又兼顾了复合材料实际生产的可行性。

已有一些报道采用溶液—熔融复合的思路来制备聚合物/石墨烯母粒，如专利ZL201110282093.8公开了一种聚合物/石墨烯纳米复合材料的制备方法，此专利先将氧化石墨烯还原成石墨烯，再将石墨烯分散于少量的有机溶剂中，然后与聚合物溶液进行充分混合，除去有机溶剂后，得到聚合物/石墨烯母粒，其石墨烯在母粒中质量百分比为1％～50％。但是这种先将氧化石墨烯还原成石墨烯后再与聚合物混合的方法，石墨烯不可避免地发生再聚集，不利于再分散。

发明内容

本发明的目是提供一种聚乙烯/石墨烯纳米复合材料及其制备方法，本制备方法解决了聚乙烯与石墨烯熔融法复合时石墨烯难以分散的问题。

本发明目的可以通过以下的技术方案来实现:

一种聚乙烯/石墨烯纳米复合材料的制备方法，包含以下步骤：

1)聚乙烯/石墨烯颗粒悬浮液的制备

将氧化石墨和水在超声波和机械搅拌的条件下进行分散和剥离，制得氧化石墨烯水溶液；

然后将水性聚乙烯蜡乳液加入氧化石墨烯水溶液中，经超声或机械搅拌混合均匀；

再加入破乳剂，制得聚乙烯/氧化石墨烯颗粒悬浮液；

2)聚乙烯/石墨烯母粒的制备

在所述聚乙烯/氧化石墨烯颗粒悬浮液中加入水合肼，进行还原反应，经过滤后取滤渣，干燥滤渣至表面无水滴后获得聚乙烯/石墨烯母粒；

3)聚乙烯/石墨烯纳米复合材料的制备