一种高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯板的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯板的制备方法，所制产品具有高于目前其他类型可发性聚苯乙烯板的力学强度。该方法包含以下几个步骤：改性石墨烯预分散液的制备；加入油性分散剂制得油性混合液；在反应釜中通过悬浮聚合制备石墨烯聚苯乙烯颗粒；最后通过预发、熟化、制板工艺进行成型后测定力学性能。本发明专利技术所制石墨烯可发性聚苯乙烯板具有优异的力学性能，其抗拉强度可以高出国家标准400％，压缩强度高出国家标准200％。该方法拓展了可发性聚苯乙烯在包装行业的应用，适合于精密仪器的包装，航天航海零件的包装等对力学性能要求比较高的包装行业，也发挥了聚苯乙烯作为包装材料的优势。

Method for preparing high strength graphene expandable polystyrene board

The invention relates to a method for preparing a high-strength graphene expandable polystyrene board, which has a mechanical strength higher than that of other types of expandable polystyrene plates. The method comprises the following steps: pre modified graphene dispersion preparation; adding oil dispersant prepared oily mixture; in the reactor were prepared by suspension polymerization of polystyrene graphene particles; finally, through pre curing, plate making process were measured after forming force performance. The expandable polystyrene board prepared by the invention has excellent mechanical properties, and the tensile strength can be higher than 400% of the national standard, and the compressive strength is higher than the national standard 200%. This method extends the application of expandable polystyrene in the packaging industry, suitable for precision instruments, packaging, aerospace and marine parts packaging requirements of the packaging industry is relatively high on the mechanical properties of polystyrene, also played as a packing material advantage.

【技术实现步骤摘要】
一种高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯板的制备方法
本专利技术属于包装材料
，涉及一种高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯板的制备方法。
技术介绍
石墨烯(Graphene)是一种由碳原子以SP2杂化方式形成的蜂窝状平面薄膜，其由碳原子紧密堆积，为一个原子层厚度的准二维材料。因其具有独特的结构，并具有优异的电学、力学、光学、化学及热学等性能，已成为许多人研究的热点。可发性聚苯乙烯(EPS)是一种重要的包装材料，随着高端新产品的不断研发，人们对包装材料强度方面的要求也越来越高。通常，改善可发性聚苯乙烯包装材料强度主要是采取提高聚苯乙烯分子量的方法，具体是通过延长聚合时间实现的，但其效果欠佳，还会导致成本隐形的增加。研究发现，将改性后的石墨烯加入到聚苯乙烯悬浮聚合中，可很好的改善可发性聚苯乙烯的强度。国家标准GB/T29906-2013《模塑聚苯板薄抹灰外墙外保温系统材料》中规定EPS模塑聚苯板抗拉应强度≥0.1Mpa。但是，以往将石墨烯直接加入到聚合釜中，会导致如分散相较差、水油分层、聚合周期长、反应不易控制、聚合中间过程粘度高易结釜等现象，并且石墨烯的利用率较低，也会造成用量大、成本高的弊端。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有的不足，提供一种高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯板的制备方法，通过石墨烯预分散并与苯乙烯混合均匀的方法制得石墨烯聚苯乙烯颗粒，再经成型制成具有良好的拉伸和压缩性能的石墨烯可发性聚苯乙烯板。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将石墨烯、烷基硫酸钠、烷基磺酸钠与苯乙烯混合均匀，制得改性石墨烯预分散液，其中石墨烯、烷基磺酸钠和烷基硫酸钠与苯乙烯的重量百分比为0.1～1wt％、0.05～0.1％和0.01～0.1％；B、再将油系分散剂加入步骤A所得改性石墨烯预分散液中搅拌均匀，制得油系混合液；C、悬浮聚合制备石墨烯聚苯乙烯颗粒：C1、向反应容器中加入去离子水和分散剂搅拌15～45min，再缓慢加入步骤B所得油系混合液，以0.5～2.0℃/min的速率升温至45～60℃后加入成核剂和引发剂并持续搅拌，继续升温至88～92℃进行低温反应，低温反应时间为8～10h，且反应进行2～5h时加入粒径调节剂，其中去离子水、分散剂、成核剂和引发剂与苯乙烯的重量百分比为100-300％、0.1～1.5％、0.1～0.3％和0.3-1.0％；C2、待粒子在水中沉底时补加分散剂，控制温度为90～92℃，分散剂与苯乙烯的重量百分比为0.1～0.3％；C3、依次加入分散剂和发泡剂，升温至118.5～121℃进行高温反应，升温速率为0.3～0.8℃/min，高温反应时间为3.0～5.0h，压力为0.7～0.9MP，分散剂、发泡剂与苯乙烯的重量百分比为0.02-0.2％和8～12％；C4、降温至40～45℃时出料，制得石墨烯聚苯乙烯颗粒；D、将步骤C4所得石墨烯聚苯乙烯颗粒经发泡制得高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯板。步骤A，所述的石墨烯是由石墨剥离而成，石墨烯层数为1～10层。步骤B，所述的油系分散剂是聚乙烯醇、羟乙基纤维素、聚甲基丙烯酸钠、羟丙基甲基纤维素中至少一种。步骤C1，低温反应2～5h时，加入粒径调节剂调节粒径大小至超过80％的石墨烯聚苯乙烯颗粒粒径在0.65～1.3mm之间。步骤C1，所述的粒径调节剂为活性磷酸钙、十二烷基苯磺酸钠、碳酸钙、聚乙烯醇中的至少一种。步骤C中，所述的分散剂为活性碳酸钙、磷酸钙、十二烷基苯磺酸钠、聚乙烯醇、羟乙基纤维素、聚甲基丙烯酸钠、羟丙基甲基纤维素中的至少一种。步骤C1，所述的成核剂为聚乙烯蜡(简称PE)，具体为PE800、PE1000、PE2000、PE3000中的至少一种。步骤C1，所述的引发剂为过氧化二(4-甲基苯甲酰)、过氧化二苯甲酰、过氧化乙酸叔丁酯、二叔丁基过氧化物、过氧化二乙基己酸叔丁酯、过氧化苯甲酸叔丁酯、过氧化异壬酸叔丁酯、过氧化乙酸叔丁酯、过氧化二异丙苯和过氧化苯甲酸叔丁酯中的至少一种。步骤C3，所述的发泡剂为戊烷。步骤C3，所述的发泡剂为戊烷具体为正戊烷、异戊烷、新戊烷中的至少一种。与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过石墨烯和苯乙烯共混的方法，使得聚合过程更加稳定，所制得石墨烯可发性聚苯乙烯板的强度等各方面性能相对目前市面上其他种类有了显著提升，并拓展了石墨烯的应用领域；通过悬浮聚合方法合成石墨烯可发性聚苯乙烯，在现有设施的基础上，不必提升其他成本，就可以使力学性能得到性能提高，拉伸强度可达到0.4Mpa以上，压缩强度可达到0.21MPa。附图说明1、现有可发性聚苯乙烯和本专利技术高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯分子量对比图；2、现有可发性聚苯乙烯和本专利技术高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯拉伸强度对比图；3、现有可发性聚苯乙烯和本专利技术高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯压缩强度对比图。具体实施方式以下结合具体实施例来对本专利技术进行进一步说明，但本专利技术所要求的的保护范围并不局限于以下实例所记载的范围。一种高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯板的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将石墨烯、烷基硫酸钠、烷基磺酸钠与苯乙烯混合均匀，制得改性石墨烯预分散液，其中石墨烯、烷基磺酸钠和烷基硫酸钠与苯乙烯的重量百分比为0.1～1wt％、0.05～0.1％和0.01～0.1％；B、制备油系混合液：将步骤A所得改性石墨烯预分散液移入添加了油系分散剂的搅拌槽中搅拌均匀制得油系混合液，油系分散剂与苯乙烯的重量百分比为0.1％；C、悬浮聚合制备石墨烯聚苯乙烯颗粒：C1、将去离子水、分散剂加入到反应釜中搅拌15～45min，再将步骤B所得油系混合液缓慢投加至反应容釜，查看混合液的分散情况直到可以在水中分散成小油珠为止，然后开始升温，按照0.5～2.0℃/min速率升温至45～60℃的时加入成核剂和引发剂并持续搅拌，继续升温至88～92℃进行低温反应，低温反应时间为8～10h，且反应进行低温反应2～5h时，温度控制在88～90℃之间，加入粒径调节剂调节粒径大小，使得所需粒范围如0.65～1.3mm之间达到80％以上为止，其中去离子水、分散剂、成核剂和引发剂与苯乙烯的重量百分比为100-300％、0.1～1.5％、0.1～0.3％和0.3-1.0％；C2、待粒子在水中可以沉底之后，补加分散剂，控制温度在90～92℃，分散剂与苯乙烯的重量百分比为0.1～0.3％；C3、低温完毕后，加入分散剂，进行封釜，加入发泡剂，升温至118.5～121℃进行高温反应，升温速率按照0.3～0.8℃/min，高温反应时间3.0～5.0h，压力控制在0.7～0.9MP，分散剂、发泡剂与苯乙烯的重量百分比为0.02-0.2％和8～12％；C4、降温至40～45℃时出料，制得石墨烯聚苯乙烯颗粒；D、将步骤C4所得石墨烯聚苯乙烯颗粒经预发、熟化、制板，制得高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯板并测定性能。步骤A、所述的石墨烯为由石墨剥离制备成的石墨烯，层数为1～10层。步骤B，所述的油系分散剂是聚乙烯醇、羟乙基纤维素、聚甲基丙烯酸钠、羟丙基甲基纤维素中至少一种。步骤C1，所述的粒径调节剂为活性磷酸钙、十二烷基苯磺酸钠、碳酸钙、聚乙烯醇中的至少一种。步骤C中本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将石墨烯、烷基硫酸钠、烷基磺酸钠与苯乙烯混合均匀，制得改性石墨烯预分散液，其中石墨烯、烷基磺酸钠和烷基硫酸钠与苯乙烯的重量百分比为0.1～1wt％、0.05～0.1％和0.01～0.1％；B、再将油系分散剂加入步骤A所得改性石墨烯预分散液中搅拌均匀，制得油系混合液；C、悬浮聚合制备石墨烯聚苯乙烯颗粒：C1、向反应容器中加入去离子水和分散剂搅拌15～45min，再缓慢加入步骤B所得油系混合液，以0.5～2.0℃/min的速率升温至45～60℃后加入成核剂和引发剂并持续搅拌，继续升温至88～92℃进行低温反应，低温反应时间为8～10h，且反应进行2～5h时加入粒径调节剂，其中去离子水、分散剂、成核剂和引发剂与苯乙烯的重量百分比为100‑300％、0.1～1.5％、0.1～0.3％和0.3‑1.0％；C2、待粒子在水中沉底时补加分散剂，控制温度为90～92℃，分散剂与苯乙烯的重量百分比为0.1～0.3％；C3、依次加入分散剂和发泡剂，升温至118.5～121℃进行高温反应，升温速率为0.3～0.8℃/min，高温反应时间为3.0～5.0h，压力为0.7～0.9MP，分散剂、发泡剂与苯乙烯的重量百分比为0.02‑0.2％和8～12％；C4、降温至40～45℃时出料，制得石墨烯聚苯乙烯颗粒；D、将步骤C4所得石墨烯聚苯乙烯颗粒经发泡制得高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯板。...

【技术特征摘要】
1.一种高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A、将石墨烯、烷基硫酸钠、烷基磺酸钠与苯乙烯混合均匀，制得改性石墨烯预分散液，其中石墨烯、烷基磺酸钠和烷基硫酸钠与苯乙烯的重量百分比为0.1～1wt％、0.05～0.1％和0.01～0.1％；B、再将油系分散剂加入步骤A所得改性石墨烯预分散液中搅拌均匀，制得油系混合液；C、悬浮聚合制备石墨烯聚苯乙烯颗粒：C1、向反应容器中加入去离子水和分散剂搅拌15～45min，再缓慢加入步骤B所得油系混合液，以0.5～2.0℃/min的速率升温至45～60℃后加入成核剂和引发剂并持续搅拌，继续升温至88～92℃进行低温反应，低温反应时间为8～10h，且反应进行2～5h时加入粒径调节剂，其中去离子水、分散剂、成核剂和引发剂与苯乙烯的重量百分比为100-300％、0.1～1.5％、0.1～0.3％和0.3-1.0％；C2、待粒子在水中沉底时补加分散剂，控制温度为90～92℃，分散剂与苯乙烯的重量百分比为0.1～0.3％；C3、依次加入分散剂和发泡剂，升温至118.5～121℃进行高温反应，升温速率为0.3～0.8℃/min，高温反应时间为3.0～5.0h，压力为0.7～0.9MP，分散剂、发泡剂与苯乙烯的重量百分比为0.02-0.2％和8～12％；C4、降温至40～45℃时出料，制得石墨烯聚苯乙烯颗粒；D、将步骤C4所得石墨烯聚苯乙烯颗粒经发泡制得高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯板。2.根据权利要求1所述的一种高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯的制备方法，其特征在于：所述的石墨烯是由石墨剥离而成，石墨烯层数为1～10层。3.根据权利要求1所述的一种高强度的石墨烯可发性聚苯乙烯的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯树亭，史继东，李哲，沈海滨，谢娜娜，卢杰，
申请(专利权)人：吉林省云亭节能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：吉林,22