一种氧化石墨烯改性聚苯乙烯复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种聚苯乙烯复合材料及其制备方法，尤其是涉及一种氧化石墨烯改性聚苯乙烯复合材料及其制备方法。

背景技术

聚苯乙烯(PS)具有优异的介电性能和电绝缘性能，作为一种塑料，聚苯乙烯价格低廉，模塑性好，透明度高，易着色，刚度大好，使其应用广泛。但是，聚苯乙烯脆性大，耐热性差，耐溶剂性差，限制了其在某些场所的运用。现有技术中虽然也有一些关于聚苯乙烯的改性研究，但其性能提高有限，还有进一步提高的空间。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有聚苯乙烯材料韧性不足、耐热性差、耐溶剂性差的不足，提供一种抗冲击性和耐热性好的氧化石墨烯改性聚苯乙烯复合材料及其制备方法。

本发明解决所述技术问题所采用的技术方案是：

本发明之氧化石墨烯改性聚苯乙烯复合材料，主要由以下重量份数的原料制成：聚苯乙烯(PS)100份，氧化石墨烯15～18份，硫酸钙晶须10～20份，苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)8～12份，抗氧剂1010 0.1～0.3份，硬脂酸锌0.1～1份，钛酸酯偶联剂1～3份。

优选的重量配比为：聚苯乙烯(PS)100份，氧化石墨烯16份，硫酸钙晶须15份，苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)10份，抗氧剂1010 0.2份，硬脂酸锌0.5份，钛酸酯偶联剂2份。

本发明之氧化石墨烯改性聚苯乙烯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

(1)将硫酸钙晶须和钛酸酯偶联剂，加入到高速混合机中混合5～10min(优选10min)，得改性硫酸钙晶须；改性硫酸钙晶须长径比10～30(优选15)，平均直径0.5～3(优选2.5)微米；

(2)将所述聚苯乙烯、氧化石墨烯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、抗氧剂1010、硬脂酸锌加入高速混合机中，于25～35℃(优选30℃)下混合5～10min(优选5min)，得聚苯乙烯、氧化石墨烯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、抗氧剂1010、硬脂酸锌与改性硫酸钙晶须的混合物；

(3)将步骤(2)所得混合物于双螺杆中挤出造粒，料筒温度为170℃～210℃(优选190℃)，螺杆转速为100～120转/分(优选120转/分)。

硫酸钙晶须，又称石膏晶须，是一种硫酸钙的纤维状单晶体。研究表明，本发明使用之改性硫酸钙晶须具有均匀的横截面，完整的内部结构，这一特征赋予其接近晶体理论值-原子间价键的强度。由于其具有极高的强度，细微的尺寸，易与PS界面粘合，提高与基体的相容性和界面黏结力，当受外力强迫取向时，PS中的残余应力能很好地传递给硫酸钙晶须，从而提高复合材料的耐冲击强度；由于硫酸钙晶须为无机物，在PS基质中分散均匀，不易团聚，大大提高复合材料的耐热性能。

氧化石墨烯(Graphene)是一种以sp

研究表明，作为石墨烯材料一类重要的衍生物，尽管氧化过程破坏了石墨烯高度共轭结构，但是仍保持着特殊的表面性能与层状结构。含氧基团的引入不仅使得氧化石墨烯具有化学稳定性，而且改性材料提供表面修饰活性位置和较大的比表面积。氧化石墨烯作为合成石墨烯基复合材料的前驱物与支撑载体，易功能化与可控性高。在与金属、金属氧化物、高分子聚合物等材料复合过程中，可以提供大的比表面积有效分散附着材料，防止团聚，提高力学性能。

氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料更是具有广泛的应用领域。

研究表明，加入氧化石墨烯和加入石墨烯都可以对聚苯乙烯进行改性，但同等情况下，氧化石墨烯的加入量低于石墨烯，这可能是氧化石墨烯中引入了氧原子，能进一步提高其力学性能。

本发明之氧化石墨烯改性聚苯乙烯复合材料，由于抗冲击性和耐热性好，特别适用于各种对抗冲击性和耐热性要求高的材料如电器壳体的制作。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将对本发明作进一步详细的说明。

具体实施方式

以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例1：

本实施例氧化石墨烯改性聚苯乙烯复合材料由以下重量份数的原料制成：聚苯乙烯(PS)100份，氧化石墨烯15份，硫酸钙晶须10份，苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)8份，抗氧剂1010 0.1份，硬脂酸锌0.5份，钛酸酯偶联剂1份。

制备方法：

(1)将硫酸钙晶须和钛酸酯偶联剂，加入到高速混合机中混合10min，得改性硫酸钙晶须；改性硫酸钙晶须长径比20，平均直径2微米；

(2)将所述聚苯乙烯、氧化石墨烯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、抗氧剂1010、硬脂酸锌加入高速混合机中，于30℃下混合5min，得聚苯乙烯、氧化石墨烯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、抗氧剂1010、硬脂酸锌与改性硫酸钙晶须的混合物；

(3)将步骤(2)所得混合物于双螺杆中挤出造粒，料筒温度为190℃，螺杆转速为100转/分。

本实施例产品力学性能测试按ATSM标准规定方法进行，结果见表1。

实施例2：

本实施例氧化石墨烯改性聚苯乙烯复合材料由以下重量份数的原料制成：聚苯乙烯(PS)100份，氧化石墨烯16份，硫酸钙晶须15份，苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)10份，抗氧剂1010 0.1份，硬脂酸锌0.5份，钛酸酯偶联剂2份。

制备方法：

(1)将硫酸钙晶须和钛酸酯偶联剂，加入到高速混合机中混合10min，得改性硫酸钙晶须；改性硫酸钙晶须长径比22，平均直径1.8微米；

(2)将所述聚苯乙烯、氧化石墨烯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、抗氧剂1010、硬脂酸锌加入高速混合机中，于30℃下混合5min，得聚苯乙烯、氧化石墨烯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、抗氧剂1010、硬脂酸锌与改性硫酸钙晶须的混合物；

(3)将步骤(2)所得混合物于双螺杆中挤出造粒，料筒温度为190℃，螺杆转速为100转/分。

本实施例产品力学性能测试按ATSM规定方法进行，结果见表1。

实施例3：

本实施例氧化石墨烯改性聚苯乙烯复合材料由以下重量份数的原料制成：聚苯乙烯(PS)100份，氧化石墨烯18份、硫酸钙晶须20份，苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物(SBS)10份，抗氧剂1010 0.1份，硬脂酸锌0.5份，钛酸酯偶联剂1份。

制备方法：

(1)将硫酸钙晶须和钛酸酯偶联剂，加入到高速混合机中混合10min，得改性硫酸钙晶须；改性硫酸钙晶须长径比25，平均直径1微米；

(2)将所述聚苯乙烯、氧化石墨烯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、抗氧剂1010、硬脂酸锌加入高速混合机中，于30℃下混合5min，得聚苯乙烯、氧化石墨烯、苯乙烯-丁二烯嵌段共聚物、抗氧剂1010、硬脂酸锌与改性硫酸钙晶须的混合物；

(3)将步骤(2)所得混合物于双螺杆中挤出造粒，料筒温度为190℃，螺杆转速为120转/分。

本实施例产品力学性能测试按ATSM规定方法进行，结果见表1。

对比例1

本对比例除不添加氧化石墨烯，其他参数、步骤与实施例1相同。

表1实施例1-3产品力学性能比较

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。