一种复合抗静电塑料浓缩母料及其制备方法技术

本发明专利技术涉及复合材料技术领域，尤其涉及一种复合抗静电塑料浓缩母料及其制备方法，所述复合抗静电塑料浓缩母料包括以下重量份的组分：改性石墨烯5～20份，碳纳米管0～10份，导电炭黑0～10份和润滑剂100份；所述改性石墨烯，碳纳米管和导电炭黑的质量总和在复合抗静电塑料浓缩母料中的质量百分含量大于20％。本发明专利技术工艺生产所得的塑料浓缩母料具有与塑料的加工生产工艺兼容，能够提高塑料的强度、耐紫外线、使用寿命、性能稳定性、电导率、导热率的优点，具有广阔的应用前景；该浓缩母料可以在正常的注塑成形工艺中作为添加剂添加，并不需要额外的母料造粒工艺，降低了生产成本。

Concentrated masterbatch of composite antistatic plastics and its preparation method

The invention relates to the technical field of composite materials, in particular to a concentrated masterbatch of composite antistatic plastics and its preparation method. The concentrated masterbatch of composite antistatic plastics includes five to 20 parts of modified graphene, 0 to 10 parts of carbon nanotubes, 0 to 10 parts of conductive carbon black and 100 parts of lubricant, and the mass sum of the modified graphene, carbon nanotubes and conductive carbon black. The mass percentage of concentrated masterbatch of composite antistatic plastics is more than 20%. The concentrate masterbatch produced by the process of the invention has the advantages of compatibility with the processing technology of plastics, improving the strength, ultraviolet resistance, service life, stable performance, electrical conductivity and thermal conductivity of plastics, and has broad application prospects; the concentrate masterbatch can be added as an additive in normal injection moulding process without requiring additional masterbatch granulator. Art reduces the production cost.

【技术实现步骤摘要】
一种复合抗静电塑料浓缩母料及其制备方法
本专利技术涉及复合材料
，尤其涉及一种复合抗静电塑料浓缩母料及其制备方法。
技术介绍
大部分塑料是良好的绝缘体，在使用环境下在表面容易产生静电，特别是干燥的环境下这种现象更加明显。静电的产生经常发生负面效应，如简单的人体接触会产生不舒服感，容易造成电子元器件的损坏和易燃物的起火爆炸等。防止静电的积累需要塑料的表面电阻范围在106～10欧姆，方阻越低，抗静电级别越高。对于有抗静电需求的塑料产品，可以在其产品表面喷涂防静电液或在生产原料中添加抗静电剂，添加导电纳米粉体和导电高分子是实现永久抗静电性的最佳途径，其它抗静电方法持续时间较短或有其它的缺点。导电炭黑是性价比比较高的导电添加剂，添加2％左右乙炔炭黑往往就可以实现抗静电效果，但是存在以下缺点：炭黑很难分散均匀，是非常黑的消光颜色，力学强度可能降低和脆性增加。石墨烯的电导率远远高于炭黑，在同等添加量的情况下，可以实现更高的电导率或更低的电阻，或者添加更少的石墨烯达到所需的电导率。已经有专利阐述石墨烯的抗静电应用，但是由于石墨烯自身的价格以及分散性和叠加问题，导致解决方案的性价比不高。而主流的化学法制备的氧化还原石墨烯的电导率远远低于石墨烯的本征电导率，而且制备工艺不环保，容易堆积重叠，难以分散，大部分塑料表面张力较低，石墨烯表面与塑料的润湿性和附着力不够，难以兼容。中国专利文献上公开了“一种抗菌耐老化抗静电塑料母料及其制备方法”，其公告号为CN102464821A，该专利技术通过添加金属颗粒使材料的静电率显著降低，体积固有电阻降到十以下，但是该抗静电塑料母料的制备成本较高，性价比不高。因此，开发一种性价比高、成本低的抗静电塑料浓缩母料具有重要的研究意义。
技术实现思路
本专利技术为了克服上述现有技术中存在的问题，提供了一种基于导电网络的协同效应，以最小的添加量和最低成本达到抗静电的效果的复合抗静电塑料浓缩母料，该复合抗静电塑料浓缩母料与塑料加工工艺兼容，在正常的注塑成形工艺中能够作为添加剂直接添加，无需额外的母料造粒工艺，降低了生产成本。本专利技术还提供了一种复合抗静电塑料浓缩母料的制备方法，该方法低成本、可大规模工业化生产。为了实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种复合抗静电塑料浓缩母料，所述复合抗静电塑料浓缩母料包括以下重量份的组分：改性石墨烯5～20份，碳纳米管(CNT)0～10份，导电炭黑(如乙炔炭黑)0～10份和润滑剂100份；所述改性石墨烯，碳纳米管和导电炭黑的质量总和在复合抗静电塑料浓缩母料中的质量百分含量大于20％。图1给出了各类碳素复合材料的电阻率，石墨烯和碳纳米管具有同等降低复合材料电阻率的能力，其次为导电乙炔炭黑。从价格而言，炭黑最低，碳纳米管其次，石墨烯最高。塑料的注塑和混合都是高粘度和高剪切工艺，这些工艺为粉体提供分散的同时也可能起到破坏作用，撕裂石墨烯，剪断碳纳米管等等，对高剪切的承受能力，炭黑最高，石墨烯其次，碳纳米管最低，很容易在工艺中剪断，失去原有的性能。综合成本和应用场景的分析。图2给出了本专利技术复合抗静电塑料浓缩母料的导电和抗叠加机理，通过改性石墨烯、纳米管和导电炭黑的复合可以增加彼此之间的接触点，降低石墨烯再重叠的可能性，为了降低工艺中对石墨烯和碳纳米管的剪切作用，同时添加具有润滑效果的油性成分(润滑剂)，本专利技术采用改性石墨烯与润滑剂复配，有利于增加复合抗静电塑料浓缩母料与塑料表面的润湿性和附着力，具有兼容性，故该浓缩母料作为抗静电添加剂与塑料加工工艺兼容，在正常的注塑成形工艺中能够作为添加剂直接添加，无需额外的母料造粒工艺，降低生产成本的同时是，更具有工艺稳定性和较高的性价比。本专利技术复合抗静电塑料浓缩母料中导电纳米材料质量含量超过20％的颗粒产品，为高浓度抗静电添加剂，具有较少的添加量时，即可实现抗静电的效果。作为优选，所述润滑剂由马来酸酐接枝聚丙烯和增塑剂按照重量比100：(100～500)配制而成；所述增塑剂选自液体丁腈橡胶，环氧大豆油和邻苯二甲酸二辛酯(DOP)中的一种或几种混合。在实际生产过程中，该润滑剂需要与溶剂混合获得润滑剂混合液使用，所述润滑剂混合液由马来酸酐接枝聚丙烯、增塑剂、二甲苯溶剂的按照重量比(10～50)：(10～50)：100配制而成。除去二甲苯溶剂后改性石墨蠕虫与树脂和增塑剂的和的重量比为(5～20)：100。作为优选，所述改性石墨烯为偶联剂改性石墨烯；所述偶联剂为10～25wt％的氨基硅烷水解乙醇溶液。一种复合抗静电塑料浓缩母料的制备方法，包括以下步骤：(1)将可膨胀石墨加热膨胀，得石墨蠕虫；(2)将石墨蠕虫的表面进行氧化处理，加入偶联剂进行改性，得改性石墨蠕虫；(3)在改性石墨蠕虫中加入润滑剂，高速分散得石墨蠕虫混合液浆料；(4)将石墨蠕虫混合液浆料以剪切速度≥10000/s的条件连续循环分散剥离，得石墨烯混合液浆料；(5)按照上述配比，添加碳纳米管和导电炭黑到石墨烯浆料中，继续分散得纳米碳材复合浆料；(6)将纳米碳材复合浆料经真空喷雾干燥处理，即得复合抗静电塑料浓缩母料。本专利技术以高膨胀倍数的可膨胀石墨为原材料，以表面氧化技术和高剪切剥离分散技术为主要技术支撑，产品为泛用的浓缩母料，并且生产设备皆为工业化设备。本工艺采用酸插层以及任何可膨胀石墨为高温膨胀石墨蠕虫原材料，高温膨胀石墨蠕虫，特别是高倍膨胀蠕虫适合本专利技术。各步骤中混合工艺均在同一螺带加热搅拌釜内进行。本专利技术适用于大批量制备低成本抗静电高浓度母料，可膨胀石墨粉体经高温膨胀后制得高比表面积的石墨蠕虫，该石墨蠕虫的内表面经过氧化改性和偶联剂修饰后与润滑剂复合溶液、碳纳米管、导电炭黑等混合在高剪切剥离分散后制得复合悬浮液，干燥后得石墨烯和导电纳米材料质量含量超过20％的颗粒产品。本浓缩母料可以在正常的注塑成形工艺中作为添加剂添加，并不需要额外的母料造粒工艺，降低了生产成本。作为优选，步骤(1)中，所述可膨胀石墨的膨胀倍数大于400倍；所述石墨蠕虫的比表面积大于60m2/g；所述可膨胀石墨的加热膨胀温度为600～1800℃。可膨胀石墨的工业化产品已经轻易达到膨胀倍数超过400倍，比表面积超过30平方米/克，石墨蠕虫蜂窝结构的壁厚少过90层碳原子，更理想的膨胀石墨是膨胀倍数超过1000倍，比表面积超过60平方米/克，石墨蠕虫蜂窝结构的壁厚少过50层碳原子。天然石墨的厚度为微米级其比表面积一般少于10平方米/克，剥离至纳米级的石墨烯需更多的能量，所以膨胀蠕虫是更佳的原材料。可膨胀石墨在600至1200℃的高温气流中膨胀，例如天然气燃烧的高温气氛中膨胀，为了得到高含碳量的蠕虫、也可以在高温电炉中膨胀以及在微波氮气环境下的膨胀更理想，膨胀温度应该高于1000℃，更好超过1200℃和更好超过1600℃，以及更高，杂质在高温处理的过程中挥发和氮气一起排出，石墨蠕虫的碳含量可以得到更好的提升同时产生的纳米孔也是溶剂扩散浸入的开口，也可以使用氦气和其它惰性气体作为载气，有氧的空气等不适合作为载气因为在450℃以上氧可以与石墨蠕虫反应成为一氧和二氧化碳。为提高杂质的挥发性可以使用高速抽风机减低炉内气压。作为优选，步骤(2)中，氧化处理的工艺条件为：将25～50wt％的双氧水按照石墨蠕虫：双氧水重量比1:(本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合抗静电塑料浓缩母料，其特征在于，所述复合抗静电塑料浓缩母料包括以下重量份的组分：改性石墨烯5～20份，碳纳米管0～10份，导电炭黑0～10份和润滑剂100份；所述改性石墨烯，碳纳米管和导电炭黑的质量总和在复合抗静电塑料浓缩母料中的质量百分含量大于20％。

【技术特征摘要】
1.一种复合抗静电塑料浓缩母料，其特征在于，所述复合抗静电塑料浓缩母料包括以下重量份的组分：改性石墨烯5～20份，碳纳米管0～10份，导电炭黑0～10份和润滑剂100份；所述改性石墨烯，碳纳米管和导电炭黑的质量总和在复合抗静电塑料浓缩母料中的质量百分含量大于20％。2.根据权利要求1所述的一种复合抗静电塑料浓缩母料，其特征在于，所述润滑剂由马来酸酐接枝聚丙烯和增塑剂按照重量比100：(100～500)配制而成；所述增塑剂选自液体丁腈橡胶，环氧大豆油和邻苯二甲酸二辛酯中的一种或几种混合。3.根据权利要求1所述的一种复合抗静电塑料浓缩母料，其特征在于，所述改性石墨烯为偶联剂改性石墨烯；所述偶联剂为10～25wt％的氨基硅烷水解乙醇溶液。4.一种如权利要求1-3任一所述的复合抗静电塑料浓缩母料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将可膨胀石墨加热膨胀，得石墨蠕虫；(2)将石墨蠕虫的表面进行氧化处理，加入偶联剂进行改性，得改性石墨蠕虫；(3)在改性石墨蠕虫中加入润滑剂，高速分散得石墨蠕虫混合液浆料；(4)将石墨蠕虫混合液浆料以剪切速度≥10000/s的条件连续循环分散剥离，得石墨烯混合液浆料；(5)按照上述配比，添加碳纳米管和导电炭黑到石墨烯浆料中，继续分散得纳米碳材复合浆料；(6)将纳米碳材复合浆料经真空喷雾干燥处理，即得复合抗静电塑料浓缩母料。5.根据权利要求4所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓超然，张亚妮，
申请(专利权)人：苏州鼎烯聚材纳米科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32