[发明专利]一种纳米粒子增强树脂铅芯的制备方法

说明书

本发明公开一种纳米粒子增强树脂铅芯的制备方法，包括：将石墨与表面活性剂分散于水中超声搅拌后，反应一定时间，制备出表面活性剂插层并包覆的石墨。将表面活性剂改性的石墨与制备相应纳米粒子的盐分散于的溶剂中，通过电荷诱导使纳米粒子在石墨表面原位生长，从而制备出纳米粒子负载的石墨。以纳米粒子改性的石墨替代纯石墨，按照现有制芯工艺配料并制备纳米粒子增强的高性能树脂铅芯。制造的纳米粒子改性树脂细铅芯性能优良，经验证其质量均达到国际A级标准。该方法能够在不改变现有加工工艺的同时，显著提高树脂铅芯的弯曲强度、冲击强度和书写舒适度，具有操作简单、成本低廉、产品质量高、设备投资少等特点，适于大规模工业生产。

技术领域

本发明涉及树脂铅芯制备领域，具体涉及一种纳米粒子增强树脂铅芯的制备方法。

背景技术

目前，国内外市场对铅芯的需求量非常大，中国现有铅芯厂家十几家，产量不足500吨/年，而质量达到国际A类标准水平的仅占一半以上。而随着科技生活水平的不断提高，人们对铅芯的性能要求越来越高。其中，树脂铅芯相比于传统的石墨与粘土复合的铅芯，具有细芯易加工、书写顺滑、字迹清晰等特点，是目前最受欢迎的铅芯产品。对于一些高端场合，使用者要求铅芯既具有清晰的书写痕迹又具有较高的挠曲强度。然而，要提高铅芯书写痕迹的清晰度则需加入更多的石墨，而含石墨较多的铅芯往往较软且脆，在铅芯受较小力时就容易折断，从而降低书写舒适度。因此，铅芯市场迫切需求一款强度高、韧性好且书写痕迹清晰的树脂铅芯来替代现有产品。

石墨作为铅笔芯的着色力，通常在铅芯原料组成中所占质量比约1/2。其在树脂铅芯种发挥着提高书写黑度的作用，而且在制备环节的烧结过程中发挥着成炭剂的作用。但石墨表面呈惰性状态，因而难以在树脂中分散、极易团聚，从而影响树脂铅芯的综合性能。所以，对石墨进行改性有望提高其树脂铅芯的性能，已有研究者证实在树脂铅芯中引入纳米粒子能够有效提高其强度。

现有技术常通过直接在体系中加入纳米粒子来增强树脂铅芯的强度，但纳米粒子本身由于极大的表面能因而极易聚集，从而难以充分发挥其优异性能。日本三菱公司(CN102459481A)通过将购买的无机纳米粒子(粒径：0～20nm)负载到石墨表面，发现以这种改性的石墨制备的树脂铅芯具有良好的书写舒适度。但这种方法存在一方面小粒径的纳米粒子本身价格昂贵，将其加入树脂铅芯体系将会大大提高生产成本；另一方面将购买的纳米粒子负载到石墨表面二者间作用力较弱，因而纳米粒子极易脱落，从而难以发挥其优异性能。同时，已有大量研究表明，纳米粒子粒径过小并不利于增强其复合材料的弯曲强度和冲击强度等力学性能。

发明内容

为解决纳米粒子成本昂贵且其在石墨表面易脱落以及较小粒径难以有效增强树脂铅芯力学性能的问题，本发明提供一种纳米粒子增强树脂铅芯的制备方法，先在石墨表面原位生长纳米粒子，制备纳米粒子(粒径：21～500nm)负载的石墨，并生产出纳米粒子增强的高性能树脂铅芯。该方法不仅能够大大降低树脂铅芯的生产成本且纳米粒子与石墨片层间作用力较强，有利于发挥纳米粒子的增强效应。同时，能够在不改变现有铅芯生产工艺的同时，实现高附加值的转变，为大规模工业生产高档铅笔芯提供了方向。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种纳米粒子增强树脂铅芯的制备方法，包括以下步骤：

1)将石墨与表面活性剂分散于水中，超声搅拌分散后，在室温～100℃下充分反应，制得表面活性剂插层并包覆的石墨，即得到表面活性剂改性的石墨；其中，石墨：表面活性剂：水的质量份数比为10:(1～10):(10～100)；

2)将改性的石墨与制备纳米粒子的无机盐分散于第一溶剂中，进行反应制得纳米粒子并使纳米粒子在石墨表面生长，制备纳米粒子负载的石墨，即得到纳米粒子改性的石墨；其中，石墨与其表面纳米粒子的质量份数比为10:(0.05～2)；

3)以纳米粒子改性的石墨替代纯石墨，按照制芯工艺配料树脂并制备纳米粒子增强的树脂铅芯。