可著色高導電PET母料及其製備方法與流程

2023-05-12 20:20:47

本發明涉及高分子複合材料領域，尤其涉及一種含有石墨烯的pet母粒的製備方法。這種pet母粒可以進行著色並且具有高導電性。

背景技術：

導電塑料是一種工程上常用的材料，是將熱塑性樹脂和導電物質混合，用塑料的加工方式進行加工的功能型高分子材料。目前廣泛應用的導電高分子材料一般都是複合型高分子材料，其填充物質主要有：a、金屬分散系；b、炭黑系；c、有機絡合物分散系。以金屬為導電填料的導電塑料成本高，剛性較強，密度較大，應用範圍較小，不適合現今輕量化的發展需求。有機絡合物為導電填料的導電塑料其性能不佳，而且是小眾化的產品。現今，應用最為廣泛，性能最為被廣泛接受的是炭黑系導電塑料。導電炭黑具有一定的導電性，價格低廉，但是質量較好的超高導電炭黑價格也比較高昂，而且導電炭黑的添加量一般都很高，基本都在10％以上，高填充量的情況下，導電性能得到保障，但是力學性能較差。除此之外，由於炭黑是一種著色較強的填料，很難用其他顏色進行調和遮蓋，所以顏色的單一性，也限制了其應用的範圍，如果用高填充量的顏料進行調和，導電性能得到不到保障。

因此現有技術中存在著對於可著色、高導電性的導電塑料的改善需求。

現有技術中所列明的技術內容僅代表發明人所掌握的技術，並不理所當然被認為是現有技術而用於評價本發明的新穎性和創造性。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的問題中的一個或多個，本發明提供一種pet母粒的製備方法，包括：提供具有高bet比表面積的石墨烯；將所述石墨烯與pet混合，得到pet/石墨烯混合物；和對所述pet/石墨烯混合物進行造粒，得到所述pet母粒。

根據本發明的一個方面，所述提供具有高bet比表面積的石墨烯的步驟包括：將石墨與濃硫酸混合，加入高錳酸鉀後得到氧化石墨烯，整個加入過程中控制溫度在8℃以下，加入後反應4h後加入水，升溫至60-80℃，保溫2h；保溫結束後，加入雙氧水，攪拌，得到石墨烯原液；將石墨烯原液置於800-1200℃下高溫還原，得到所述具有高bet比表面積的石墨烯。

根據本發明的一個方面，所述將具有高bet比表面積的石墨烯與pet混合的步驟包括：使用密煉機對所述具有高pet比表面積的石墨烯與pet進行密煉，得到所述pet/石墨烯混合物。

根據本發明的一個方面，按照pet與石墨烯100:2～5的質量比進行密煉，優選質量比為100:4。

根據本發明的一個方面，在255℃-280℃的溫度下對所述具有高pet比表面積的石墨烯與pet進行密煉10min-30min，優選270℃，優選15min。

根據本發明的一個方面，所述密煉包括：先將密煉機加熱至密煉溫度，加入pet粒子使其熔融，然後在將石墨烯加入其中，進行混合。

根據本發明的一個方面，利用強制餵料造粒機對所述pet/石墨烯混合物進行造粒，優選地，造粒機溫度為三段溫度設定，分別為第一段270℃，第二段265℃，第三段265℃。

本發明還提供一種採用上述的製備方法製備的pet母粒。

本發明還提供一種pet母粒，包括：比表面積≥400m2/g的高bet比表面積的石墨烯；和pet，其中所述pet與所述具有石墨烯均勻混合。

根據本發明的一個方面，其中所述pet與石墨烯的質量比為100:2～5，優選為100:4。

本發明還提供一種高bet比表面積的石墨烯的製備方法，包括：將石墨與濃硫酸混合，加入高錳酸鉀後得到氧化石墨烯，整個加入過程中控制溫度在8℃以下，加入後反應4h後加入水，升溫至60-80℃，保溫2h；保溫結束後，加入雙氧水，攪拌，即得到石墨烯原液；將石墨烯原液至於800-1200℃下高溫還原，得到所述具有高bet,比表面積範圍為≥400m2/g的石墨烯。

根據本發明的一個方面，所述濃硫酸的濃度為65wt％，所述石墨：濃硫酸：高錳酸鉀：水的質量比為1：20：3：40；和/或，所述加入雙氧水的步驟中，加入雙氧水的質量量是石墨質量的3倍，攪拌10min直至溶液呈亮黃色；和/或，所述高溫還原的溫度為1000℃。

根據本發明的pet母粒的製備方法，此種石墨烯具有優異的導電性，以此作為導電pet的填充料，在低添加量時(一般為炭黑質量的三分之一到二分之一)可以同時滿足導電和力學性能要求，添加2％的石墨烯即可實現pet塑料面阻107的面阻。除此之外，石墨烯與炭黑不同，石墨烯是一種著色力弱的填料，著色力弱的填料可以被其他顏色的填料覆蓋和調和從而製備出色彩斑斕的導電母粒，這樣加入石墨烯的導電塑料有更大的應用市場。同時，由於石墨烯添加量較少，則可紡性強，相比加入炭黑的pet母料更容易紡絲，製備高導電纖維。

根據本發明高bet石墨烯的製備方法，打破了用氧化還原法製備石墨烯導電性能較差的情況，將通常製備的石墨烯加入pet中，添加量5％時，塑料基體沒有導電性能。本發明發明人發現，bet小於400時，石墨烯層數較厚，在單位面積或者單位體積中，石墨烯粒子的數量即濃度會變低，導電網絡形成的通路會少，宏觀上表現出導電性能較差。將本發明方法製備的高bet(≥400m2/g)石墨烯應用到pet母粒中，最終可使此母粒具有高導電性能，添加量為2％時，面阻可以達到107。

除此之外，此母粒可以進行調和著色，最終由於石墨烯添加量較少，可紡性強，相比炭黑更容易紡絲，製備高導電纖維。

另外根據本發明的一個實施例製備的pet母粒具有優異的導電性的同時，還具有很好的強度、著色性、可紡性。

附圖說明

附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。在附圖中：

圖1是根據本發明的含有石墨烯的pet母粒的製備方法的流程圖；

圖2是根據本發明添加石墨烯的pet母粒與添加炭黑的pet母料的著色對比圖；其中，a為本發明添加石墨烯的pet母粒(石墨烯添加量為2％-5％)，a1為本發明添加石墨烯的pet母料(石墨烯添加量為2％-5％)加入1％鈦白調色後的效果；b為傳統添加炭墨的pet母料(炭黑添加量10％-15％)，b1為傳統添加炭墨的pet母料(炭黑添加量10％-15％)加入1％鈦白調色後的效果。

具體實施方式

在下文中，僅簡單地描述了某些示例性實施例。正如本領域技術人員可認識到的那樣，在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，可以通過增加、刪除、修改等各種不同方式修改所描述的實施例。因此，附圖和描述被認為本質上是示例性的而非限制性的。

以下結合附圖對本發明的優選實施例進行說明，應當理解，此處所描述的優選實施例僅用於說明和解釋本發明，並不用於限定本發明。

本發明的第一實施方式提供一種含有石墨烯的pet母粒的製備方法100。如圖1所示，本發明的pet母粒的製備方法100包括：101，製備或提供具有高bet比表面積的石墨烯；103，將所述石墨烯與pet混合，得到pet/石墨烯混合物；105，對所述pet/石墨烯混合物進行造粒，得到所述pet母粒。

本發明中，所述石墨烯優選具有高的bet比表面積。本發明中，高bet比表面積在400m2/g以上，優選在450m2/g以上。

根據本發明的一個優選實施例，所述石墨烯為粉體的形式，採用氧化還原法製備。例如，用1份的石墨和20份的濃度為65wt％硫酸，8℃下加入3份高錳酸鉀，再升溫至35℃，反應4h，然後加入40份的水，在60-80℃下保溫2h；保溫結束後，加入3份的雙氧水攪拌10min,即得石墨烯原液,然後在1000℃下進行還原，得到高bet石墨烯，bet比表面積為≥400m2/g，優選在450m2/g以上。

在製備了具有高bet比表面積的石墨烯之後，將石墨烯與pet進行混合。傳統的混合工藝中使用的是螺杆擠出機。但根據本發明的一個實施例，使用密煉機和強制餵料造粒機來製備母粒，而不是傳統的螺杆擠出機。這是由於此石墨烯的密度僅為0.03g/cm3左右，使用螺杆擠出機的話會存在餵料餵不進的缺點。

母料製備的過程如下。

首先，將密煉機加熱到255-280℃，優選270℃。按照pet與石墨烯100:2-5的質量比進行密煉，優選比例為100：4，在密煉機中密煉10min-30min，優選15min，得到pet/石墨烯混合物。

在密煉混合之後，將pet/石墨烯混合物用強制餵料造粒機進行造粒，造粒機例如設定溫度為265℃，最終得到pet/石墨烯高導電母粒。優選地，造粒機溫度為三段溫度設定，分別為第一段270℃，第二段265℃，第三段265℃。

根據本發明的pet母粒的製備方法100，可以採用氧化還原法製備出高bet比表面積的石墨烯，此種石墨烯具有優異的導電性，以此作為導電pet的填充料，在低添加量時(一般為炭黑質量的三分之一到二分之一)可以同時滿足導電和力學性能要求。除此之外，石墨烯與炭黑不同，它是一種著色力弱的填料，可以被其他顏料進行調和覆蓋，可以製備色彩繽紛的導電塑料，應用範圍更廣。

經本發明的發明人研究，一般情況下，按照傳統添加方法，在pet中加入5％的石墨烯，塑料基體沒有導電性能，因此，儘管石墨烯是一種非常好的導電材料，但是其在pet中的應用無法發揮，導致石墨烯在pet塑料領域的應用發展得到了嚴重的阻滯。而現有成熟的加入炭黑的技術，對pet的導電性的提高效果很弱，且需要加調大量的鈦白才能將其顏色調成深灰色。本發明出於對pet的導電性能的追求，通過石墨烯在pet中的結構變化，發現由於石墨烯的片層特點，使其在pet母粒中的導電性無法發揮。在此基礎上，發明人通過去石墨烯比表面的結構改變，最終發現，當bet達到400m2/g時，層狀的石墨烯的導電性能在pet中可有效的發揮出來，從而改善pet的導電性。在這過程中，發明人還發現，由於石墨烯本身的顏色較淺，且很小的添加量即可滿足pet的導電性能需求，因此，無需加入太多的調色劑即可實現更好的調色效果，這樣可減少調色劑對pet性能的影響和有效的降低成本。

本發明將一種高bet石墨烯應用到pet母粒中，最終可使此母粒具有高導電性能，石墨烯添加量為2％時(石墨烯量：pet粒子量＝2:100)，面阻可以達到107。除此之外，此母粒可以進行調和著色，最終由於石墨烯添加量較少，可紡性強，相比炭黑更容易紡絲，容易製備高導電纖維。

製備的高bet石墨烯具有很高的導電性，可以用低添加量的此石墨烯代替高添加量的超導炭黑。

此pet具有優異的導電性的同時，還具有很好的強度、著色性、可紡性。

下面參考具體實例來描述本發明的pet母粒的製備方法100。

實例1

(1)密煉機升溫至270℃，溫度恆定。稱取2000g的pet原料、100g的bet為400m2/g石墨烯，加入進溫度恆定的密煉機中進行混煉，混煉15min備用。