一种功能化石墨烯改性抗静电塑料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种改性抗静电塑料，具体涉及一种功能化石墨烯改性抗静电塑料及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 静电是集中在绝缘材料表面的一种充电积蓄现象，源于摩擦生电、接触生电或感 应生电。对绝缘体来说，其充电是局部的，但却使塑料制品因带电而带来一系列的危害。除 了使制件本身易于吸尘、吸附脏物、在加工和使用中对人产生电击等现象外，甚至由于静电 放电产生火花而导致爆炸等严重事故。近年来，随着高分子材料应用领域的扩大，以及电 子制品等的大量发展与普及，由静电而引起的噪音或使集成电路部分破损等问题也日趋严 重。因此，塑料的防静电问题也日益引起人们的重视。美国每年因静电放电造成的损失就 达一百亿美元，我国也发生过由于静电引起的事故；在许多使用塑料的场合，研宄其防静电 问题都是至关重要的。
[0003] 抗静电塑料在当前是作为整个导电塑料的范畴而加以研宄的，导电塑料大致可以 分为抗静电、半导体和导电三类。要解决塑料制件的抗静电问题，目前主要是采用添加导电 填料以生产复合型导电塑料及添加抗静电剂以降低塑料制件的绝缘电阻两类方法，但是效 果不是很明显，仍然存在静电问题。
[0004] 石墨烯是一种二维材料，具有较高的导电性能和表面积，是电化学领域中理想的 电器材料。在高分子材料中加入石墨烯，因为石墨烯具有良好的导电性能，使得经过石墨烯 改性处理的高分子材料也具有良好的导电性能。经过石墨烯改性处理的高分子材料的电导 性能取决于石墨烯和高分子材料融合的均匀程度。现有的工艺制备得到的石墨烯粉末在堆 积密度和官能团含量上都很难与高分子粒子充分融合，石墨烯在高分子中分布不均匀，使 得改性后的高分子材料的导电性能不是很理想。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种利用功能化石墨烯改性塑料可以调 高塑料的导电率进而提高材料的抗静电性能。
[0006] 本发明所采用的技术方案如下：一种功能化石墨烯改性抗静电塑料，其组分及含 量为：聚氯乙烯塑料基材85份~95份，经过改性具有良好导电性的功能化石墨烯5份~15 份。
[0007] -种功能化石墨烯改性抗静电塑料的制备方法，包括以下步骤： (1)制备氧化石墨烯 将98%浓硫酸和85%浓磷酸按质量比为2:1混合得混合酸溶液中，向混合酸溶液中 加入石墨，其中石墨的质量和混合酸溶液的体积比为2g~5g: 120ml~590ml;在冰水浴中搅 拌均匀，在慢慢得向石墨与混合酸的混合溶液中加入高锰酸钾，加热至85°C进行氧化处理 lh，随后除去高锰酸钾，抽滤，洗涤滤物、干燥，得到氧化石墨烯，其中石墨与高锰酸钾的质 量比为1:4~1:6 ; (2) 制备石墨烯 将步骤（1)中制备的氧化石墨烯置于管式炉中，高温或者氮气保护下1000°C还原得到 石墨條； (3) 制备功能化石墨稀 将步骤（2)中制备的石墨烯在浓度为10~30%的硝酸中超声2h，得到酸化后的石墨 烯；将该酸化后的石墨烯烘干后加入到十八烷基胺的乙醇和水溶液中，其中乙醇和水的体 积比例为1:9~1:1，石墨烯与十八烷基胺的质量比为1:5~1:1，油浴80°C搅拌120h，抽滤， 清洗，低温烘干，得具有良好导电性能的功能化石墨烯； (4) 制备聚氯乙烯塑料基材溶液 采用溶液浇注法，将聚氯乙烯塑料基材溶解于邻苯二甲酸二辛酯中，配置聚氯乙烯塑 料基材的邻苯二甲酸二辛酯溶液； (5) 制备抗静电塑料 将步骤（3)制备的功能化石墨稀添加到步骤（4)制备的聚氯乙稀塑料基材的邻苯二甲 酸二辛酯溶液中，然后浇于培养皿中，抽真空，待溶剂挥发后脱模，制备出具有良好导电性 能的抗静电塑料。
[0008] 作为优选，所述步骤（2)制备的石墨烯的堆积密度为0. 10~0. 25g/ml。
[0009] 作为优选，所述步骤（2)制备的石墨稀的粒径为10~100ym。
[0010] 作为优选，所述步骤（2)制备的石墨稀的厚度为1~20nm。
[0011] 本发明提供的技术方案带来的有益效果是：石墨烯是一种二维材料，具有较高的 导电性能和表面积，是电化学领域中理想的新型材料。在高分子材料中加入石墨烯，因为 石墨烯具有良好的导电性能，使得经过石墨烯改性处理的高分子材料也具有良好的导电性 能。经过石墨烯改性处理的高分子材料的电导性能取决于石墨烯和高分子材料融合的均匀 程度。经过改性后的功能化石墨烯不但具有良好的导电性能而且能够与塑料基材溶合充 分，使得功能化石墨烯在塑料基材中可以均匀分布，并可以和塑料高分子形成网状结构，在 保留塑料各项机械性能的基础上，具有良好的抗静电性能，其体积电阻小于1〇 6D.cm，如此 便可确保出现静电时，能够及时通过塑料表面释放，避免出现静电问题引发的一些事故，提 高生命财产的安全性。
[0012] 由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施 的有益效果也是显而易见的。
【附图说明】
[0013] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于 本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他 的附图。
[0014] 图1为功能化石墨烯的SEM图。
【具体实施方式】
[0015] 使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式 作进一步地详细描述。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，但并不用于限定本发 明。
[0016] 本发明所述试剂均为市场上采购的，为常规试剂。
[0017] 实施例1 : 一种功能化石墨烯改性抗静电塑料，各原料的组分及含量为：聚氯乙烯塑料基材（PVC塑料基材）85份，经过改性具有良好导电性的功能化石墨烯5份。
[0018] 一种功能化石墨烯改性抗静电塑料的制备方法，包括以下步骤： (1) 制备氧化石墨烯 将98%浓硫酸和85%浓磷酸按质量比为2:1混合得混合酸溶液中，向混合酸溶液中加 入石墨，其中石墨的质量和混合酸溶液的体积比为2g: 120ml;在冰水浴中搅拌均匀，在慢 慢得向石墨与混合酸的混合溶液中加入高锰酸钾，加热至85°C进行氧化处理lh，随后除去 高锰酸钾，抽滤，洗涤滤物、干燥，得到氧化石墨烯，其中石墨与高锰酸钾的质量比为1:4 ; (2) 制备石墨烯 将步骤（1)中制备的氧化石墨烯置于管式炉中，高温或者氮气保护下1000°C还原得到 石墨條； (3) 制备功能化石墨稀 将步骤（2)中制备的石墨烯在浓度为10%的硝酸中超声2h，得到酸化后的石墨烯；将该 酸化后的石墨烯烘干后加入到十八烷基胺的乙醇和水溶液中，其中乙醇和水的体积比例为 1:9,石墨烯与十八烷基胺的质量比为1:5,油浴80°C搅拌120h，抽滤，清洗，低温烘干，得具 有良好导电性能的功能化石墨烯； (4) 制备聚氯乙烯塑料基材溶液 采用溶液浇注法，将聚氯乙烯塑料基材溶解于邻苯二甲酸二辛酯中，配置聚氯乙烯塑 料基材的邻苯二甲酸二辛酯溶液； (5) 制备抗静电塑料 将步骤（3)制备的功能化石墨稀添加到步骤（4)制备的聚氯乙稀塑料基材的邻苯二甲 酸二辛酯溶液中，然后浇于培养皿中，抽真空，待溶剂挥发后脱模，制备出具有良好导电性 能的抗静电塑料。
[0019] 石墨稀的堆积密度为0. 10g/ml;石墨稀的粒径为10ym，石墨稀的厚度为lnm。
[0020] 实施例2 : 一种功能化石墨烯改性抗静电塑料，各原料的组分及含量为：聚氯乙烯塑料基材（PVC塑料基材）90份，经过改性具有良好导电性的功能化石墨烯10份。
[0021] 一种功能化石墨烯改性抗静电塑料的制备方法，包括以下步骤： (1) 制备氧化石墨烯 将98%浓硫酸和85%浓磷酸按质量比为2:1混合得混合酸溶液中，向混合酸溶液中加 入石墨，其中石墨的质量和混合酸溶液的体积比为3g: 200ml;在冰水浴中搅拌均匀，在慢 慢得向石墨与混合酸的混合溶液中加入高锰酸钾，加热至85°C进行氧化处理lh，随后除去 高锰酸钾，抽滤，洗涤滤物、干燥，得到氧化石墨烯，其中石墨与高锰酸钾的质量比为1:5 ; (2) 制备石墨烯 将步骤（1)中制备的氧化石墨烯置于管式炉中，高温或者氮气保护下1000°C还原得到 石墨條； (3) 制备功能化石墨稀 将步骤（2)中制备的石墨烯在浓度为15%的硝酸中超声2h，得到酸化后的石墨烯；将该 酸化后的石墨烯烘干后加入到十八烷基胺的乙醇和水溶液中，其中乙醇和水的体积比例为 1:6,石墨烯与十八烷基胺的质量比为1:2,油浴80°C搅拌120h，抽滤，清洗，低温烘干，得具 有良好导电性能的功能化石墨烯； (4) 制备聚氯乙烯塑料基材溶液 采用溶液浇注法，将聚氯乙烯塑料基材溶解于邻苯二甲酸二辛酯中，配置聚氯乙烯塑 料基材的邻苯二甲酸二辛酯溶液； (5) 制备抗静电塑料 将步骤（3)制备的功能化石墨稀添加到步骤（4)制备的聚氯乙稀塑料基材的邻苯二甲 酸二辛酯溶液中，然后浇于培养皿中，抽真空，待溶剂挥发后脱模，制备出具有良好导电性 能的抗静电塑料。
[0022] 石墨稀的堆积密度为0. 15g/ml;石墨稀的粒径为40ym，石墨稀的厚度为10nm。
[0023] 实施例3 : 一种功能化石墨烯改性抗静电塑料，各原料的组分及含