[发明专利]一种石墨烯原位改性聚氯乙烯树脂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米聚合物复合材料技术领域，特别涉及一种石墨烯原位改性聚氯乙烯树脂的制备方法。

背景技术

聚氯乙烯（PVC）是五大通用合成树脂之一，是木材、钢铁、玻璃、纸张等传统材料的代用品，因此在塑料工业中具有举足轻重的地位。因其具有优良的综合性能和低廉的价格而广泛应用于各个领域。然而，未改性的聚氯乙烯存在明显的缺陷，如冲击性能差、热稳定性低、加工性能不良，这些大大限制了聚氯乙烯的使用范围。

近年来，使用石墨烯作为聚合物基体的无机填充物来制备石墨烯纳米复合材料可极大地提升了聚合物基体的热力学性质，引起学术界和工业界的广泛关注。然而关于石墨烯/聚氯乙烯复合材料的相关报道较少。

Sajini Vadukumpully等人将石墨片置于溴化十六烷基三甲铵的冰醋酸溶液超声，100℃加热48小时制备出石墨烯再分散于N,N-二甲基甲酰胺中。采用溶液混合将其与聚氯乙烯混合制备出石墨烯/聚氯乙烯复合薄膜。添加2%石墨烯得到的复合材料杨氏模量增加58%，拉伸强度增加130%，热稳定性能提升。但是该法采用溶液混合，不环保，而且工艺能耗高，过程长，收率低。（Sajini Vadukumpully, Jinu Paul, Narahari Mahanta, Suresh Valiyaveettil，Flexible conductive graphene/poly(vinyl chloride) composite thin films with highmechanical strength and thermal stability，CARBON 49 (2011)：198–205）丁荣等人公开了一种石墨烯-聚氯乙烯复合材料及其制备方法。该发明将石墨烯粉末和聚氯乙烯粉末按比例配制，均匀混合后研磨，然后再加热、保温、冷却即得到该复合材料。该法采用熔融混合，难以充分发挥纳米分散相的纳米尺度效应（见公开号为CN 102936385 A的中国发明专利）。

黄传华等人公开了一种原位悬浮聚合制备石墨烯-聚氯乙烯纳米复合材料的方法。该法首先制备了氧化石墨烯分散液，而后直接与氯乙烯或氯乙烯/功能单体混合物原位悬浮聚合制备出石墨烯-聚氯乙烯复合材料（见公开号为CN 102786615 A的中国发明专利）。原位聚合法在某种程度上可以更好地实现纳米颗粒的特性。但上述方法氧化石墨烯与基底材料之间的键合作用不强烈，因此聚合后在PVC复合材料中的分散行为和界面相容性问题并没有解决。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石墨烯原位改性聚氯乙烯树脂的制备方法，可实现石墨烯的分散均匀，保持它的纳米特性，是一种有效、易实施的方法。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：

一种石墨烯原位改性聚氯乙烯树脂的制备方法，包括以下步骤：

步骤1、可反应性石墨烯的制备：

将石墨烯、含碳碳双键的修饰物、去离子水混合后，充分搅拌，通过超声分散后获得可分散的可反应性石墨烯乳液，冷冻干燥得可反应性石墨烯粉末，该修饰物通过静电吸附或者化学反应接枝到石墨烯表面上；

步骤2、聚氯乙烯种子乳液的制备：

取上述可反应性石墨烯粉末加入体系中，搅拌60分钟；加入氯乙烯单体、乳化剂、引发剂、pH调节剂、去离子水，搅拌体系使其乳化，得到种子乳液；

种子乳液的组成和重量含量如下：

氯乙烯单体         100   

去离子水           200-400

可反应性石墨烯     0.5-10

乳化剂             0.3-2.0

引发剂             0.1-3.0

pH调节剂          0.1-2；

步骤3、悬浮聚合制备石墨烯改性聚氯乙烯树脂：

将反应体系抽真空，充入氮气；将种子乳液、氯乙烯单体、分散剂、引发剂、去离子水、pH调节剂混合采用常规悬浮聚合法进行反应；采用连续性加料或者一次性加料加入氯乙烯单体；在40-65℃下聚合6-8小时，快速降温终止反应；通过汽提脱除未反应的氯乙烯单体，离心脱水、干燥得产品。

所述石墨烯为功能化石墨烯。

所述步骤1中的含碳碳双键修饰物为含碳碳双键的硅烷偶联剂、烯酸类、丙烯酸之类的一种或两种。

所述步骤2中的乳化剂为烷基苯磺酸盐、烷基醇硫酸盐、烷基醇磺酸盐、烷基萘磺酸盐的一种或多种；所述引发剂为有机过氧化物、过硫酸钠、过硫酸铵、或过硫酸钾。