一種新型石墨烯阻燃pvc及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種新型石墨烯阻燃PVC及其制備方法，原料為石墨烯、PVC、DOP、三氧化二銻、三堿式硫酸鉛、硬脂酸鈣、納米氫氧化鋁、氯化石蠟、二茂鐵和硬脂酸鉛；阻燃性能良好，維卡軟化點100?120℃，離火自熄；原料價格低廉，操作簡單易行，燃燒無煙，彎曲強(qiáng)度45?65MPa，彎曲模量2200?2400MPa；耐寒?30℃不裂，斷裂伸長率280?350％，拉伸強(qiáng)度20?40MPa，缺口沖擊強(qiáng)度105?135kJ/m2；氧指數(shù)35?40％，無滴落，洛氏硬度106?110，力學(xué)性能好，熔體流動指數(shù)7.5?9.5g/10min。
【專利說明】
一種新型石墨烯阻燃PVC及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于石墨烯材料的制備領(lǐng)域，尤其涉及一種新型石墨烯阻燃PVC及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨稀(Graphene)是由碳原子構(gòu)成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈.蓋姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫，成功從氯化石蠟中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在，兩人也因此共同獲得2010年諾貝爾物理學(xué)獎。
[0003]中國在石墨烯研究上也具有獨特的優(yōu)勢，從生產(chǎn)角度看，作為石墨烯生產(chǎn)原料的氯化石蠟，在我國儲能豐富，價格低廉。另外，批量化生產(chǎn)和大尺寸生產(chǎn)是阻礙石墨烯大規(guī)模商用的最主要因素。而我國最新的研究成果已成功突破這兩大難題，制造成本已從5000元/克降至3元/克，解決了這種材料的量產(chǎn)難題。利用化學(xué)氣相沉積法成功制造出了國內(nèi)首片15英寸的單層石墨烯，并成功地將石墨烯透明電極應(yīng)用于電阻觸摸屏上，制備出了 7英寸石墨烯觸摸屏。
[0004]石墨烯在實驗室中是在2004年，當(dāng)時，英國曼徹斯特大學(xué)的兩位科學(xué)家安德烈.杰姆和克斯特亞.諾沃消洛夫發(fā)現(xiàn)他們能用一種非常簡單的方法得到越來越薄的氯化石蠟薄片。他們從高定向熱解氯化石蠟中剝離出氯化石蠟片，然后將薄片的兩面粘在一種特殊的膠帶上，撕開膠帶，就能把氯化石蠟片一分為二。不斷地這樣操作，于是薄片越來越薄，最后，他們得到了僅由一層碳原子構(gòu)成的薄片，這就是石墨烯。這以后，制備石墨烯的新方法層出不窮，經(jīng)過5年的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)，將石墨烯帶入工業(yè)化生產(chǎn)的領(lǐng)域已為時不遠(yuǎn)了。因此，在隨后三年內(nèi)，安德烈.蓋姆和康斯坦丁.諾沃肖洛夫在單層和雙層石墨烯體系中分別發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應(yīng)及常溫條件下的量子霍爾效應(yīng)，他們也因此獲得2010年度諾貝爾物理學(xué)獎。
[0005]石墨烯具有完美的二維晶體結(jié)構(gòu)，它的晶格是由六個碳原子圍成的六邊形，厚度為一個原子層。碳原子之間由σ鍵連接，結(jié)合方式為sp2雜化，這些σ鍵賦予了石墨烯極其優(yōu)異的力學(xué)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)剛性。石墨烯的硬度比最好的鋼鐵強(qiáng)100倍，甚至還要超過鉆石。在石墨烯中，每個碳原子都有一個未成鍵的P電子，這些P電子可以在晶體中自由移動，且運動速度高達(dá)光速的1/300，賦予了石墨烯良好的導(dǎo)電性。石墨烯是新一代的透明導(dǎo)電材料，在可見光區(qū)，四層石墨烯的透過率與傳統(tǒng)的ITO薄膜相當(dāng)，在其它波段，四層石墨烯的透過率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于ITO薄膜。
[0006]石墨烯的出現(xiàn)在科學(xué)界激起了巨大的波瀾。人們發(fā)現(xiàn)，石墨烯具有非同尋常的導(dǎo)電性能，超出鋼鐵數(shù)十倍的強(qiáng)度和極好的透光性，它的出現(xiàn)有望在現(xiàn)代電子科技領(lǐng)域引發(fā)一輪革命。在石墨烯中，電子能夠極為高效地迀移，而傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體，例如硅和銅遠(yuǎn)沒有石墨烯表現(xiàn)得好。由于電子和原子的碰撞，傳統(tǒng)的半導(dǎo)體和導(dǎo)體用熱的形式釋放了一些能量，2013年一般的電腦芯片以這種方式浪費了72%_81%的電能，石墨烯則不同，它的電子能量不會被損耗，這使它具有了非比尋常的優(yōu)良特性。
[0007]2015年9月2日，據(jù)日本的科學(xué)技術(shù)振興機(jī)構(gòu)(JST)與日本東北大學(xué)的原子分子材料科學(xué)高等研究機(jī)構(gòu)(MMR)發(fā)表，在作為下一代蓄電池而被熱切期待的鋰空氣電池中，通過使用具備三維構(gòu)造的多孔材質(zhì)石墨烯作為陽極材料，獲得了較高的能量利用效率和100次以上的充放電性能。如果電動車使用這種新型電池，則巡航里程將從目前的200公里左右增加到500-600公里左右。
[0008]由于高導(dǎo)電性、高強(qiáng)度、超輕薄等特性，石墨烯在航天軍工領(lǐng)域的應(yīng)用優(yōu)勢也是極為突出的。前不久美國NASA開發(fā)出應(yīng)用于航天領(lǐng)域的石墨烯傳感器，就能很好的對地球高空大氣層的微量元素、航天器上的結(jié)構(gòu)性缺陷等進(jìn)行檢測。而石墨烯在超輕型飛機(jī)材料等潛在應(yīng)用上也將發(fā)揮更重要的作用，隨著社會城市化、科技化、人性化的發(fā)展，設(shè)計一種阻燃效果好、伸長率高、氧指數(shù)高且強(qiáng)度高的石墨烯阻燃PVC及其制備方法，以滿足市場需求，是非常必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]解決的技術(shù)問題:
[0010]本發(fā)明針對現(xiàn)有石墨烯阻燃PVC強(qiáng)度低、伸長率低和阻燃效果差等技術(shù)問題，提供一種石墨烯阻燃PVC及其制備方法。
[0011]技術(shù)方案:
[0012]—種新型石墨烯阻燃PVC，所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份數(shù)配比如下:石墨烯100份，PVC80-100份，D0P40-60份，三氧化二銻1_5份，三堿式硫酸鉛5_25份，硬脂酸鈣3_7份，納米氫氧化鋁12-18份，氯化石蠟15-35份，二茂鐵0.5-4.5份，硬脂酸鉛1-5份。
[0013]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份數(shù)配比如下:石墨烯100份，PVC80份，D0P40份，三氧化二銻I份，三堿式硫酸鉛5份，硬脂酸鈣3份，納米氫氧化鋁12份，氯化石蠟15份，二茂鐵0.5份，硬脂酸鉛I份。
[0014]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份數(shù)配比如下:石墨烯100份，？￥(:100份，00?60份，三氧化二銻5份，三堿式硫酸鉛25份，硬脂酸鈣7份，納米氫氧化鋁18份，氯化石蠟35份，二茂鐵4.5份，硬脂酸鉛5份。
[0015]作為本發(fā)明的一種優(yōu)選技術(shù)方案:所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份數(shù)配比如下:石墨烯100份，PVC90份，D0P60份，三氧化二銻3份，三堿式硫酸鉛15份，硬脂酸鈣5份，納米氫氧化鋁15份，氯化石蠟25份，二茂鐵2.5份，硬脂酸鉛3份。
[0016]—種所述石墨烯阻燃PVC的制備方法，包括如下步驟:
[0017]第一步:按重量份數(shù)配比稱取石墨烯、PVC、D0P、三氧化二銻、三堿式硫酸鉛、硬脂酸鈣、納米氫氧化鋁、氯化石蠟、二茂鐵和硬脂酸鉛；
[0018]第二步:將原料在100°C下捏合30分鐘，使其混合均勻；
[0019]第三步:在雙螺桿擠出機(jī)中熔融塑化造粒，擠出溫度170°C、190 °C、200 °C、205°C、205°C、210°C、210°C、205°C、185°C 下，螺桿轉(zhuǎn)速60r/min，制得石墨烯阻燃PVC。
[0020]有益效果:
[0021]本發(fā)明所述一種新型石墨烯阻燃PVC及其制備方法采用以上技術(shù)方案和現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果:1、阻燃性能良好，維卡軟化點100-120°C，離火自熄;2、原料價格低廉，操作簡單易行，燃燒無煙，彎曲強(qiáng)度45-65MPa，彎曲模量2200_2400MPa; 3、耐寒-30 °C不裂，斷裂伸長率280-350%，拉伸強(qiáng)度20-40MPa，缺口沖擊強(qiáng)度105_135kJ/m2;4、氧指數(shù)35-40%，無滴落，洛氏硬度106-110，力學(xué)性能好，熔體流動指數(shù)7.5-9.5g/10min，可以廣泛生產(chǎn)并不斷代替現(xiàn)有材料。
【具體實施方式】
[0022]實施例1:
[0023]按重量份數(shù)配比稱取石墨烯100份，PVC80份，D0P40份，三氧化二銻I份，三堿式硫酸鉛5份，硬脂酸鈣3份，納米氫氧化鋁12份，氯化石蠟15份，二茂鐵0.5份，硬脂酸鉛I份。
[0024]將原料在100 °C下捏合30分鐘，使其混合均勻。
[0025]在雙螺桿擠出機(jī)中熔融塑化造粒，擠出溫度170 °C、190 °C、200 °C、205 °C、205 °C、210 °C、210 °C、205 °C、185 °C下，螺桿轉(zhuǎn)速60r/min，制得石墨烯阻燃PVC。
[0026]實施例2:
[0027]按重量份數(shù)配比稱取石墨烯100份，PVC100份，D0P60份，三氧化二銻5份，三堿式硫酸鉛25份，硬脂酸鈣7份，納米氫氧化鋁18份，氯化石蠟35份，二茂鐵4.5份，硬脂酸鉛5份。
[0028]將原料在100 °C下捏合30分鐘，使其混合均勻。
[0029]在雙螺桿擠出機(jī)中熔融塑化造粒，擠出溫度170 °C、190 °C、200 °C、205 °C、205 °C、210 °C、210 °C、205 °C、185 °C下，螺桿轉(zhuǎn)速60r/min，制得石墨烯阻燃PVC。
[0030]實施例3:
[0031 ] 按重量份數(shù)配比稱取石墨烯100份，PVC90份，D0P60份，三氧化二銻3份，三堿式硫酸鉛15份，硬脂酸鈣5份，納米氫氧化鋁15份，氯化石蠟25份，二茂鐵2.5份，硬脂酸鉛3份。
[0032]將原料在100 °C下捏合30分鐘，使其混合均勻。
[0033]在雙螺桿擠出機(jī)中熔融塑化造粒，擠出溫度170 °C、190 °C、200 °C、205 °C、205 °C、210 °C、210 °C、205 °C、185 °C下，螺桿轉(zhuǎn)速60r/min，制得石墨烯阻燃PVC。
[0034]阻燃性能良好，維卡軟化點120°C，離火自熄；原料價格低廉，操作簡單易行，燃燒無煙，彎曲強(qiáng)度65MPa，彎曲模量2400MPa;耐寒-30°C不裂，斷裂伸長率350%，拉伸強(qiáng)度40MPa，缺口沖擊強(qiáng)度135kJ/m2;氧指數(shù)40%，無滴落，洛氏硬度110，力學(xué)性能好，熔體流動指數(shù)9.58/10!11；[11。
[0035]以上實施例中的所有組分均可以商業(yè)購買。
[0036]上述實施例只是用于對本發(fā)明的內(nèi)容進(jìn)行闡述，而不是限制，因此在和本發(fā)明的權(quán)利要求書相當(dāng)?shù)暮x和范圍內(nèi)的任何改變，都應(yīng)該認(rèn)為是包括在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種新型石墨烯阻燃PVC，其特征在于，所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份數(shù)配比如下:石墨烯100份，PVC80-100份，D0P40-60份，三氧化二銻1_5份，三堿式硫酸鉛5_25份，硬脂酸鈣3-7份，納米氫氧化鋁12-18份，氯化石蠟15-35份，二茂鐵0.5-4.5份，硬脂酸鉛1-5份。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型石墨烯阻燃PVC，其特征在于:所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份數(shù)配比如下:石墨烯100份，PVC80份，D0P40份，三氧化二銻I份，三堿式硫酸鉛5份，硬脂酸鈣3份，納米氫氧化鋁12份，氯化石蠟15份，二茂鐵0.5份，硬脂酸鉛I份。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型石墨烯阻燃PVC，其特征在于:所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份數(shù)配比如下:石墨烯100份，PVC100份，D0P60份，三氧化二銻5份，三堿式硫酸鉛25份，硬脂酸鈣7份，納米氫氧化鋁18份，氯化石蠟35份，二茂鐵4.5份，硬脂酸鉛5份。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型石墨烯阻燃PVC，其特征在于:所述石墨烯阻燃PVC的原料按重量份數(shù)配比如下:石墨烯100份，PVC90份，D0P60份，三氧化二銻3份，三堿式硫酸鉛15份，硬脂酸鈣5份，納米氫氧化鋁15份，氯化石蠟25份，二茂鐵2.5份，硬脂酸鉛3份。5.—種權(quán)利要求1所述新型石墨烯阻燃PVC的制備方法，其特征在于，包括如下步驟: 第一步:按重量份數(shù)配比稱取石墨烯、PVC、DOP、三氧化二銻、三堿式硫酸鉛、硬脂酸鈣、納米氫氧化鋁、氯化石蠟、二茂鐵和硬脂酸鉛； 第二步:將原料在100 0C下捏合30分鐘，使其混合均勻； 第三步:在雙螺桿擠出機(jī)中熔融塑化造粒，擠出溫度170 °C、190 °C、200 °C、205 °C、205°C、210 °C、210 °C、205 °C、185 °C 下，螺桿轉(zhuǎn)速60r/min，制得石墨烯阻燃PVC。
【文檔編號】C08K13/02GK106009421SQ201610651197
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年8月9日
【發(fā)明人】葉偉然
【申請人】葉偉然