石墨烯复合聚乙烯醇母粒及其制备方法、应用、纤维材料技术

本发明专利技术提供了一种高性能的石墨烯复合聚乙烯醇母粒，主要由石墨烯类物质与聚乙烯醇组成；石墨烯复合聚乙烯醇母粒中，石墨烯类物质的含量在6wt％以下；石墨烯类物质的D90指标控制在100μm以下，石墨烯类物质的D90指标控制在100μm以下，D10指标控制在20um以下，D90指标控制在D10指标的20倍以下。该母粒的制备方法包括：(A)将石墨烯类物质水溶液进行预处理，得到石墨烯类物质粒径分级水溶液；(B)将PVA水溶液与石墨烯类物质粒径分级水溶液混合搅拌得到混合溶液，干燥即得。本发明专利技术实施例的石墨烯复合聚乙烯醇母粒物质含量虽然比较高，但是石墨烯颗粒依然分散比较均匀，颗粒大小也比较均一，没有任何团聚颗粒产生。

【技术实现步骤摘要】
石墨烯复合聚乙烯醇母粒及其制备方法、应用、纤维材料
本专利技术涉及聚乙烯醇母粒加工制备领域，具体而言，涉及一种高性能的石墨烯复合聚乙烯醇母粒及其制备方法、应用，以及一种纤维材料。
技术介绍
聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性高分子聚合物，其分子式为[C2H4O]n。聚乙烯醇纤维由于有良好的亲水性、抗冲击性和成型加工中易于分散性好等特点，可以作为塑料、水泥以及陶瓷等的增强材料，也可替代有致癌物质的石棉。石墨烯是一种由单层sp2杂化碳原子组成的蜂窝状结构的二维材料，具有许多优异的性能。自从2004年被发现起，石墨烯就成为了科学界的一大研究热点。在对石墨烯的物理化学性质进行研究的同时，与石墨烯相关的复合材料也层出不穷。在纳米科学方向上，石墨烯也被用来制备相关的纳米复合材料，尤其是石墨烯/金属或石墨烯/金属氧化物的纳米复合材料。由于石墨烯的优异性能，这些纳米复合材料在新型能源、生物传感、催化、光学材料等领域有着广阔的研究前景。现有技术中，关于聚乙烯醇-石墨烯复合的相关产品比较多，鉴于其广泛的应用，一般会将聚乙烯醇-石墨烯先做成功能性母粒，这样既方便运输、储存，也方便后续的应用，然后再根据实际需求由功能性母粒作为原料制成相关产品，由此发现功能性母粒本身的性能优劣，会直接影响到后续产品的相关性能，可是一般制作出的功能性母粒中石墨烯含量会比较低，并且石墨烯颗粒分散不均匀，颗粒大小不均一，容易发生层间团聚，这样一来不同片径石墨烯类物质带来的应力集中点会发生容易断裂的问题，影响后续制备出的产品的性能。有鉴于此，特提出本专利技术。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于提供一种具有高性能的石墨烯聚乙烯醇母粒，该母粒中石墨烯类物质含量虽然比较高，但是石墨烯颗粒依然分散比较均匀，颗粒大小也比较均一，团聚颗粒产生较少，各项性能稳定，对于后续应用制备成相关材料后，拉伸轻度、断裂伸长率等指标均有了质的提高，并且还额外赋予了材料较高的韧性、耐热水性和抗静电性，进一步扩大了材料的市场应用范围，提高了产品的附加值，有利于进一步推广应用。本专利技术的第二目的在于提供上述具有高性能的石墨烯复合聚乙烯醇母粒的制备方法，制备方法前后步骤衔接紧密，方法简单快捷，与现有生产工艺设备和流程可实现无缝对接，具有能完整保留原料的有效成份的优点，而且具有方法简单易于操作，操作条件温和，可实现石墨烯复合聚乙烯醇母粒的工业化生产，经济效益非常良好。本专利技术的第三目的在于提供上述具有高性能的石墨烯复合聚乙烯醇母粒的应用，该母粒产品应用非常广泛，广泛应用于膜制品、吸水性树脂、吸水性海绵、塑料以及纤维材料方面，尤其是由该母粒制备出的纤维复合材料在实现传统高强、高模聚乙烯醇纤维纺丝工艺基础上，进一步翻倍提升了纤维的力学性能，同时赋予了该纤维材料较高的韧性、耐热水性和抗静电性。为了实现本专利技术的上述目的，特采用以下技术方案：本专利技术提供了一种高性能的石墨烯复合聚乙烯醇母粒产品，其主要由石墨烯类物质与聚乙烯醇组成，且该母粒中，石墨烯类物质的含量在6wt％以下，进一步的为3wt％以下，更进一步的为0.05wt-1.5wt％之间，石墨烯类物质的D90指标控制在100μm以下，D10指标控制在20um以下，且D90指标不超过D10指标的20倍，优选10倍以下，更优选5倍以下。现有技术中，一般聚乙烯醇-石墨烯母粒中的石墨烯含量一般会比较低，因为石墨烯含量太高容易发生团聚，那么后续制备出相关下游产品会相应的影响产品的物理性能，为了解决现有技术中存在的诸多技术问题，本专利技术提供了一种石墨烯含量比较高、颗粒分散又比较均一、团聚较少的石墨烯复合聚乙烯醇母粒，该母粒中，石墨烯类物质的含量最高可以达到6wt％，石墨烯类物质的颗粒度则要求为D90在100μm以下，D90在100um是指100um以下粒径物质占整体的90％，即这90％里面最大粒径为100um；这里所说的D90在100um以下，可以为95um，80um，60um，50um等等。这里指的粒度为粒径大小，可以为厚度很薄但面积很大。同理，D10指标控制在20um以下为一样的道理，D10可以为18um，10um，8um，5um，3um，1um等等。D90指标不超过D10指标的20倍，优选10倍以内，更优选5倍以内，可以理解为当D90为50um时，D10不低于2.5um，D10优选为5um以上，更优选10um以上。这样的功能性母粒除了保证高含量的石墨烯以外，还保证了石墨烯颗粒的大小均一性，避免了颗粒团聚的现象发生，采用这样的功能性母粒制备出的产品性能显然优于市面上普通的石墨烯复合聚乙烯醇相关产品。优选地，当石墨烯复合聚乙烯醇母粒用于制备塑料制品时，D90控制在30-100um，D10控制在5-20um；当石墨烯复合聚乙烯醇母粒用于制备纤维时，D90控制在5-30um，D10控制在0.5-3um。因为制备塑料制品和纤维时最终产品形态不同，导致石墨烯类物质存在大小不同，其目的是为了尽量保持石墨烯类物质的大片结构的同时，确保石墨烯类物质不会发生层间团聚，防止不同片径石墨烯类物质带来的应力集中点断裂的问题，如果粒度太大、或者太小可能都会不利于后续与PVA分子链形成更为均一的无机-有机搭接结构，越是保持在同一粒径的石墨烯类物质才更有利于后续与PVA复合后，得到的功能性母粒各方面性能俱佳，因此需要严格控制其粒径。所采用的石墨烯类物质包括石墨烯、生物质石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯衍生物的一种或几种混合，所述石墨烯衍生物为经过改性的石墨烯。优选地，所述石墨烯衍生包括元素掺杂石墨烯或官能团化石墨烯物中的任意1种或至少2种的组合。优选地，所述元素掺杂石墨烯包括金属掺杂石墨烯或非金属元素掺杂石墨烯中的任意1种或至少2种的组合。所述金属掺杂的金属元素典型但非限制性的包括钾、钠、金、银、铁、铜、镍、铬钛、钒或钴。所述非金属元素掺杂石墨烯典型但非限制性的包括氮、磷、硼或硅。优选地，所述非金属元素掺杂石墨烯包括氮掺杂石墨烯、磷掺杂石墨烯或硫掺杂石墨烯中的任意1种或至少2种的组合。优选地，所述官能团化石墨烯包括接枝有官能团的石墨烯。优选地，所述官能团化石墨烯包括接枝有羟基、羧基或氨基中的任意1种或至少2种的组合的石墨烯。本专利技术所述羟基包括-R1-OH，所述R1包括烷烃基，典型但非限制性的羟基可以是甲基羟基、乙基羟基、丙基羟基、丁基羟基、戊基羟基、己基羟基等。本专利技术所述羧基包括-R2-COOH，所述R2包括烷烃基，典型但非限制性的羟基可以是甲基羟基、乙基羟基、丙基羟基、丁基羟基、戊基羟基、己基羟基等。本专利技术所述羧基包括-R3-NH3，所述R3包括烷烃基，典型但非限制性的羟基可以是甲基羟基、乙基羟基、丙基羟基、丁基羟基、戊基羟基、己基羟基等。本专利技术除了提供了一种石墨烯复合聚乙烯醇母粒的配方，还提供了一种高性能的石墨烯复合聚乙烯醇母粒的制备方法，主要包括如下步骤：(A)将所述石墨烯类物质水溶液进行预处理，得到石墨烯类物质粒径分级水溶液；(B)将PVA水溶液与所述石墨烯类物质粒径分级水溶液混合搅拌得到混合溶液，干燥即得。本专利技术提供的高性能的石墨烯复合聚乙烯醇母粒的制备方法，这种制备方法制备出的功能性母粒，后续制备出的材料不仅具备传统聚乙烯醇材料的所有优异性能，而且性能有所提升的同时还赋予了材料本身较本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高性能的石墨烯复合聚乙烯醇母粒，其特征在于，主要由石墨烯类物质与聚乙烯醇组成；所述石墨烯复合聚乙烯醇母粒中，石墨烯类物质的含量在6wt％以下，进一步的为3wt％以下，更进一步的为0.05wt‑1.5wt％之间；石墨烯类物质的D90指标控制在100μm以下，D10指标控制在20um以下，D90指标控制在D10指标的20倍以下，优选10倍以下，更优选为5倍以下；优选的，石墨烯类物质包括石墨烯、生物质石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯衍生物的一种或几种的混合，其中石墨烯衍生物包括元素掺杂的石墨烯。

【技术特征摘要】
1.一种高性能的石墨烯复合聚乙烯醇母粒，其特征在于，主要由石墨烯类物质与聚乙烯醇组成；所述石墨烯复合聚乙烯醇母粒中，石墨烯类物质的含量在6wt％以下，进一步的为3wt％以下，更进一步的为0.05wt-1.5wt％之间；石墨烯类物质的D90指标控制在100μm以下，D10指标控制在20um以下，D90指标控制在D10指标的20倍以下，优选10倍以下，更优选为5倍以下；优选的，石墨烯类物质包括石墨烯、生物质石墨烯、氧化石墨烯、石墨烯衍生物的一种或几种的混合，其中石墨烯衍生物包括元素掺杂的石墨烯。2.根据权利要求1所述的石墨烯复合聚乙烯醇母粒，其特征在于，当母粒用于制备塑料制品时，D90控制在30-100um，D10控制在5-20um之间；当母粒用于制备纤维时，D90控制在5-30um，D10控制在0.5-3um。3.根据权利要求1-2任一项所述的一种高性能的石墨烯复合聚乙烯醇母粒的制备方法，其特征在于，主要包括如下步骤：(A)将所述石墨烯类物质水溶液进行预处理，得到石墨烯类物质粒径分级水溶液；(B)将PVA水溶液与所述石墨烯类物质粒径分级水溶液混合搅拌得到混合溶液，干燥即得。4.根据权利要求3所述的石墨烯复合聚乙烯醇母粒的制备方法，其特征在于，所述步骤(A)中，预处理的方法包括：将石墨烯类物质水溶液超声分散、2000-3000rpm条件下离心操作后保留底部沉淀，上清液在5000-7000rpm条件下离心操作后分别得到二次底部沉淀与二次上清液；其中，所述石墨烯类物质分级水溶液包括底部沉淀、二次底部沉淀、二次上清液中的任意一种制备得到，优选二次底部沉淀；优选地，所述石墨烯类物质分级水溶液中，石墨烯类物质的...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐一林，张金柱，张安，王文平，刘顶，
申请(专利权)人：济南圣泉集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东,37