专利摘要

本发明公开了一种石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管及其制备方法。石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管是由以下重量份数的组分组成：40~60份高密度聚乙烯树脂、30~40份活性纳米粉体、1~2份三维网状氧化石墨烯、4~7份热致性液晶、5~10份马来酸酐接枝聚烯烃、0.5~2份润滑剂、0.5~0.9份抗氧剂1010、0.3~0.5份MB218抗紫外光剂。加入高速混合机中混合均匀，然后在转速设定为30rpm、温度设定为200℃的双螺杆挤出机中造粒，最后在200℃下挤出成型，即制得石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管。本发明制备方法简单，在不改变现有塑料管生产工艺基础上即可生产，便于推广应用，且制得的石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管的环向拉伸强度和导热系数较普通塑料管有明显提高。

权利要求

1.一种石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管，其特征在于该石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管由以下重量份数的组分组成：

40~60份高密度聚乙烯树脂、30~40份活性纳米粉体、1~2份三维网状氧化石墨烯、4~7份热致性液晶、5~10份马来酸酐接枝聚烯烃、0.3~1份润滑剂、0.5~0.9份抗氧剂1010和0.3~0.5份MB218抗紫外光剂；

所述活性纳米粉体为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米二氧化钛；

所述三维网状氧化石墨烯按以下步骤制备：利用改进Hummers法对鳞片状的膨胀石墨进行氧化，将80 mL浓硫酸装入800 mL的烧杯中，在搅拌下加入10 g过硫酸钾和10 g五氧化二磷，直到完全溶解后，升温到90℃，缓慢加入3 g膨胀石墨，搅拌反应5 h，然后在水浴条件下缓慢加入10 g 高锰酸钾，升温到35℃反应2 h后，再缓慢加入600 mL去离子水，持续搅拌7 h，随后加入60mL体积百分比浓度为30%的双氧水直到混合物呈亮黄色，静置使氧化石墨沉淀，倒掉上层液，用质量百分比浓度为10%的盐酸溶液清洗4~5次，超声波剥离0.5 h后，得到氧化石墨烯水溶液，将该氧化石墨烯水溶液置于旋转蒸发仪中浓缩后倒入培养皿中，在冷冻干燥机中干燥制得三维网状氧化石墨烯；

所述热致性液晶为4,4′ - 二(β-羟乙氧基)联苯或4,4′ - 二(β-羟己氧基)联苯；

所述马来酸酐接枝聚烯烃为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯；

所述润滑剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸或石蜡。

2.一种如权利要求1所述石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管的制备方法，其特征在于具体步骤为：

所有组分加入到高速混合机中混合均匀，然后在转速设定为30 rpm、温度设定为200℃的双螺杆挤出机中造粒，最后在200℃下挤出成型，即制得石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管。

说明书

技术领域

本发明属于塑料管材技术领域，尤其涉及一种石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶格结构，具有大π键共轭体系、独特的物理结构特征和优异的性能，这些优异性能使其在聚合物基复合材料领域应用十分广泛，仅需极少的添加量，就能显著提升复合材料的电学、力学和热学等性能。但纵观目前石墨烯的制备方法，大都存在产率低、成本高、质量差等缺陷，限制了石墨烯的应用和研究。同时，由于石墨烯片层之间的范德华力较强，容易发生团聚，且与基体相容性差，造成石墨烯在基体中很难达到良好分散。石墨烯已广泛用于尼龙-6，环氧树脂，聚氨酯，聚苯乙烯，聚甲基丙烯酸甲酯，聚碳酸酯等聚合物基体中，但由于在聚烯烃基体中粘度高和低表面能，难以分散而少有研究。如何提高石墨烯与聚烯烃良好的界面相互作用和分散性问题，是解决石墨烯在聚烯烃塑料管材中的应用关键。

液晶是介于各相同性液体和各相异性固体之间的一种流体状态。热致性液晶单元具有自取向、自增强特性，这种液晶基元的高度取向在基体材料中对声子散射具有阻碍作用，从而能提高聚合物的导热性能。同时，高分子基体材料在熔融共混加工过程中，液晶将以纤维的结构形式分散于基体材料中，液晶纤维具有很大的长径比易于发生沿流动方向取向，在复合材料中起到增强剂和加工助剂的作用，能大幅度提高复合材料的导热和力学性能。

在工民建领域中，金属管道由于存在易腐蚀，易结垢，使用寿命短，不易折叠，安装困难等缺点，逐渐被各种聚烯烃塑料管如PPR/PE/PVC管取代。与金属管材相比，聚烯烃塑料管具有质轻、耐腐蚀、比强度高、寿命长等优点，广泛用于建筑给排水、采暖管道系统、中央空调系统、化工管道系统等领域。但这些聚烯烃塑料管由于承受压力不够高和高温下使用寿命较短的原因，在对有高温高压长寿命和导热性需求领域中受到限制。针对这一问题，国内有许多文献专利对聚烯烃塑料管增强改性的报道。例如刘志光的发明专利“石墨烯增强导热性复合聚烯烃管材”（申请号：201610148355.4），报道了聚芳酰胺改性石墨烯与聚乙烯复合，经密炼、塑化、挤出等工艺制备得到三层复合管材。这些聚烯烃管材可以在温度为95℃，压力在大于1.6MPa的条件下，使用寿命达到50年以上。唐允彦的实用新型专利“增强热塑性塑料管材”（申请号：200620074020.4），报道了纳米材料改性高密度聚乙烯与复合聚酯纤维复合，挤压成具有三层结构的增强热塑性塑料管材。该塑料管材具有抗冲击性、耐高压性高的特点，管壁还有防结垢性。陶四平等发明的“一种高阻氧高强的聚烯烃导热管材及其制备方法”（申请号：20151056370.0），报道了以高密度聚乙烯、石墨烯片层、马来酸酐接枝聚乙烯相容剂、抗氧剂混合，经双螺杆挤出成型制备高导热阻隔性能优良的聚乙烯管材。所制备的管材导热系数为0.87w/m·K，环向拉伸强度69.5MPa，氧气渗透系数在25℃下为0.096g·mm2/(L·MPa)。

本发明专利采用三维网状氧化石墨烯与热致性液晶的协同增强，利用热致性液晶在加工过程中形成液晶微纤及易取向特性，通过液晶微纤与网状石墨烯的桥连协同作用，制备具有增强热塑性功效的塑料管。

发明内容

本发明的目的是提供一种石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管及其制备方法。

本发明的石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管，是由以下重量份数的组分组成：

40~60份高密度聚乙烯树脂、30~40份活性纳米粉体、1~2份三维网状氧化石墨烯、4~7份热致性液晶、5~10份马来酸酐接枝聚烯烃、0.5~2份润滑剂、0.5~0.9份抗氧剂1010和0.3~0.5份MB218抗紫外光剂。

制备上述石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管的具体步骤为：

按上述重量份数称取各组分，加入高速混合机中混合均匀，然后在转速设定为30 rpm、温度设定为200℃的双螺杆挤出机中造粒，最后在200℃下挤出成型，即制得石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管。

所述活性纳米粉体为纳米碳酸钙、纳米二氧化硅、纳米氧化铝或纳米二氧化钛。

所述三维网状氧化石墨烯按以下步骤制备：

利用改进Hummers法对鳞片状的膨胀石墨进行氧化，将80 mL浓硫酸装入800 mL的烧杯中，在搅拌下加入10 g过硫酸钾和10 g五氧化二磷，直到完全溶解后，升温到90℃，缓慢加入3 g膨胀石墨，搅拌反应5 h，然后在水浴条件下缓慢加入10 g 高锰酸钾，升温到35℃反应2 h后，再缓慢加入600 mL去离子水，持续搅拌7 h，随后加入60mL体积百分比浓度为30%的双氧水直到混合物呈亮黄色，静置使氧化石墨沉淀，倒掉上层液，用质量百分比浓度为10%的盐酸溶液清洗4~5次，超声波剥离0.5 h后，得到氧化石墨烯水溶液，将该氧化石墨烯水溶液置于旋转蒸发仪中浓缩后倒入培养皿中，在冷冻干燥机中干燥制得三维网状氧化石墨烯。

所述热致性液晶为4,4′ - 二(β-羟乙氧基)联苯或4,4′ - 二(β-羟己氧基)联苯。

所述马来酸酐接枝聚烯烃为马来酸酐接枝聚乙烯或马来酸酐接枝聚丙烯。

所述润滑剂为聚乙烯蜡、乙撑双硬脂酰胺、硬脂酸或石蜡。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)本发明的制备方法简单，在不改变现有塑料管生产工艺基础上即可生产，便于推广应用。

(2)本发明的石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管的环向拉伸强度和导热系数较普通塑料管有明显提高，能够解决现有塑料管强度低导热性差的问题。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能更进一步了解本发明的特征及技术内容，下面以实施例作进一步说明，但保护范围并不受此限定。以下实施例所用的主要原料：三维网状氧化石墨烯（实验室自制），4,4′ - 二(β-羟乙氧基)联苯（实验室自制），4,4′ - 二(β-羟己氧基)联苯（实验室自制），高密度聚乙烯（工业级），纳米碳酸钙（工业级），纳米二氧化硅（工业级），纳米氧化铝（工业级），马来酸酐接枝聚乙烯（工业级），聚乙烯蜡（工业级），抗氧剂1010（工业级），MB218抗紫外光剂（工业级）。

实施例1：

（1）按照以下重量份数称取各组分：高密度聚乙烯树脂58份、活性纳米碳酸钙30份、三维网状氧化石墨烯1份、4,4′ - 二(β-羟己氧基)联苯4份、马来酸酐接枝聚乙烯6份、聚乙烯蜡1份、抗氧剂1010 0.5份和MB218抗紫外光剂0.3份。

（2）将步骤（1）称取的组分加入高速混合机中混合均匀，然后在转速设定为30rpm、温度设定为200℃的双螺杆挤出机中造粒，最后在200℃下挤出成型，即制得石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管。

本实施例制得的石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管，其环向拉伸强度为22.5MPa，导热系数为0.38W/m·K。

实施例2：

（1）按照以下重量份数称取各组分：高密度聚乙烯树脂60份、纳米二氧化硅30份、三维网状氧化石墨烯1份、4,4′ - 二(β-羟己氧基)联苯4份、马来酸酐接枝聚乙烯6份、聚乙烯蜡1份、抗氧剂1010 0.5份和MB218抗紫外光剂0.3份。

（2）将步骤（1）称取的组分加入高速混合机中混合均匀，然后在转速设定为30rpm、温度设定为200℃的双螺杆挤出机中造粒，最后在200℃下挤出成型，即制得石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管。

本实施例制得的石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管，其环向拉伸强度为23.4MPa，导热系数为0.37W/m·K。

实施例3：

（1）按照以下重量份数称取各组分：高密度聚乙烯树脂60份、纳米三氧化二铝30份、三维网状氧化石墨烯1份、4,4′ - 二(β-羟乙氧基)联苯4份、马来酸酐接枝聚乙烯6份、聚乙烯蜡1.2份、抗氧剂1010 0.5份和MB218抗紫外光剂0.3份。

（2）将步骤（1）称取的组分加入高速混合机中混合均匀，然后在转速设定为30rpm、温度为200℃的双螺杆挤出机中造粒，最后在200℃下挤出成型，即制得石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管。

本实施例制得的石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管，其环向拉伸强度为23.8MPa，导热系数为0.46W/m·K。

一种石墨烯/液晶协同增强热塑性塑料管及其制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。