一种氮掺杂碳量子点改性聚乙烯管材及其制备方法

技术领域

本发明属于管材技术领域，特别涉及一种氮掺杂碳量子点改性聚乙烯管材及其制备方法。

背景技术

不同的管件要用不同的管材，管材的好坏直接决定了管件的质量，管件运用场景的不同对于管材所需的性能要求也不同，尤其是管件处于恶性环境中，例如处于高温环境对于管件的阻燃性具有较高要求，例如在管件用作一些设备的器材，对于管件的抗静电性具有较高要求。

目前虽然有抗静电性以及阻燃性的管材，但是其与聚乙烯材料的结合性差，在实际使用时管材的抗静电性以及阻燃性达不到预期效果，长时间使用后管材的抗静电性以及阻燃性会极大降低甚至丧失，造成管材使用寿命短，此外，在管材长时间的使用过程中，由于管材与一些电气设备产生的静电较大时，静电积累容易放电引火导致火灾出现，对人们的生命安全产生影响。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种氮掺杂碳量子点改性聚乙烯管材及其制备方法，具体技术方案如下：

一种氮掺杂碳量子点改性聚乙烯管材，由以下质量份数的原料制成：

高密度聚乙烯150-250份、阻燃剂20-40份、氮掺杂碳量子点1-2份、改性剂20-40份、辅助添加剂170-270份。

进一步的，所述阻燃剂由氢氧化镁制成。

进一步的，所述氮掺杂碳量子点由以下原料组份制成：柠檬酸0.08-0.16份、乙二胺0.04-0.08份和去离子水0.88-1.76份。

进一步的，所述改性剂为KH570。

进一步的，所述辅助添加剂包括以下原料组份：抗氧剂80-120份、增韧剂80-120份、分散剂10-30份。

一种氮掺杂碳量子点改性聚乙烯管材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：S1、氮掺杂碳量子点的制备：

按配比重量称取柠檬酸、乙二胺和水，将柠檬酸、乙二胺和水加入反应釜中，通过以水为介质、柠檬酸为碳源和乙二胺为氮源，在温度210℃、压强不超过3Mpa的环境下进行反应，然后反应釜中的搅拌器匀速的搅拌2-3h，等反应完成后，恒温干燥3-4h去掉水，得到氮掺杂碳量子点；

S2、氮掺杂碳量子点的改性：

将上述步骤S1中得到的氮掺杂碳量子点和称取好的改性剂放入球磨机研磨中，利用摩擦或粉碎等手段来增强纳米粒子表面活性，可使纳米晶体的晶格发生相对位移，增大其内能，氮掺杂碳量子点用改性剂经行硅烷化，得到改性的氮掺杂碳量子点；

S3、改性氮掺杂碳量子点的混合：

按重量配比称取高密度聚乙烯、阻燃剂以及辅助添加剂，与上述步骤S2中得到的改性氮掺杂碳量子点一起加入搅拌机中进行混合搅拌1-2h，得到混合料；

S4、聚乙烯管材的制备：

将上述步骤S3中的混合料加入管材机进行加工制得所需聚乙烯管材。

进一步的，上述步骤S2将氮掺杂碳量子点和称取好的改性剂放入球磨机研磨时，研磨温度为50℃-120℃，研磨时间为3-5h。

进一步的，所述辅助添加剂包括抗氧剂、增韧剂和分散剂，所述改性剂为KH570，所述阻燃剂由氢氧化镁制成。

本发明的有益效果是：

1、通过以水为介质、柠檬酸为碳源和乙二胺为氮源，在高温、高压的环境下进行反应得到的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)具有相容性和分散性好，表面易功能化，粒径均匀，极大地提高量子产量，过程比较简单、经济且绿色环保，然后通过氮掺杂碳量子点(N-CQDs)用KH570经行硅烷化，得到改性的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)拥有大量的亲水基团，加快了(HDPE)塑料的电荷泄漏，使(HDPE)塑料的抗静电性显著提高；

2、阻燃填充层采用的氢氧化镁作制成，使氢氧化镁作为阻燃剂，受热分解时释放出结合水，吸收大量的潜热，来降低它所填充的合成材料在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用，有阻燃、抑烟、填充三重功能。

附图说明

图1示出了本发明的一种氮掺杂碳量子点改性聚乙烯管材的制备方法流程图；

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一

一种氮掺杂碳量子点改性聚乙烯管材，由以下质量份数的原料制成：

高密度聚乙烯150g、阻燃剂20g、氮掺杂碳量子点1g、改性剂20g、辅助添加剂170g。

其中，所述阻燃剂由氢氧化镁制成。

其中，所述氮掺杂碳量子点由以下原料组份制成：柠檬酸0.08g、乙二胺0.04g和去离子水0.88g。

其中，所述改性剂为KH570。

其中，所述辅助添加剂包括以下原料组份：抗氧剂80g、增韧剂80g、分散剂10g。

一种氮掺杂碳量子点改性聚乙烯管材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、氮掺杂碳量子点的制备：

按配比重量称取柠檬酸、乙二胺和水，将柠檬酸、乙二胺和水加入反应釜中，通过以水为介质、柠檬酸为碳源和乙二胺为氮源，在温度210℃、压强不超过3Mpa的环境下进行反应，然后反应釜中的搅拌器匀速的搅拌2-3h，等反应完成后，恒温干燥3-4h去掉水，得到氮掺杂碳量子点；

S2、氮掺杂碳量子点的改性：

将上述步骤S1中得到的氮掺杂碳量子点和称取好的改性剂放入球磨机研磨中，利用摩擦或粉碎等手段来增强纳米粒子表面活性，可使纳米晶体的晶格发生相对位移，增大其内能，氮掺杂碳量子点用改性剂经行硅烷化，得到改性的氮掺杂碳量子点；

S3、改性氮掺杂碳量子点的混合：

按重量配比称取高密度聚乙烯、阻燃剂以及辅助添加剂，与上述步骤S2中得到的改性氮掺杂碳量子点一起加入搅拌机中进行混合搅拌1-2h，得到混合料；

S4、聚乙烯管材的制备：

将上述步骤S3中的混合料加入管材机进行加工制得所需聚乙烯管材。

其中，上述步骤S2将氮掺杂碳量子点和称取好的改性剂放入球磨机研磨时，研磨温度为50℃-120℃，研磨时间为3-5h。

其中，所述辅助添加剂包括抗氧剂、增韧剂和分散剂，所述改性剂为KH570，所述阻燃剂由氢氧化镁制成。

实施例二

一种氮掺杂碳量子点改性聚乙烯管材，由以下质量份数的原料制成：

高密度聚乙烯200g、阻燃剂30g、氮掺杂碳量子点1.5g、改性剂30g、辅助添加剂220g。

其中，所述阻燃剂由氢氧化镁制成。

其中，所述氮掺杂碳量子点由以下原料组份制成：柠檬酸0.12g、乙二胺0.06g和去离子水1.32g。

其中，所述改性剂为KH570。

其中，所述辅助添加剂包括以下原料组份：抗氧剂100g、增韧剂100g、分散剂20g。

一种氮掺杂碳量子点改性聚乙烯管材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、氮掺杂碳量子点的制备：

按配比重量称取柠檬酸、乙二胺和水，将柠檬酸、乙二胺和水加入反应釜中，通过以水为介质、柠檬酸为碳源和乙二胺为氮源，在温度210℃、压强不超过3Mpa的环境下进行反应，然后反应釜中的搅拌器匀速的搅拌2-3h，等反应完成后，恒温干燥3-4h去掉水，得到氮掺杂碳量子点；

S2、氮掺杂碳量子点的改性：

将上述步骤S1中得到的氮掺杂碳量子点和称取好的改性剂放入球磨机研磨中，利用摩擦或粉碎等手段来增强纳米粒子表面活性，可使纳米晶体的晶格发生相对位移，增大其内能，氮掺杂碳量子点用改性剂经行硅烷化，得到改性的氮掺杂碳量子点；

S3、改性氮掺杂碳量子点的混合：

按重量配比称取高密度聚乙烯、阻燃剂以及辅助添加剂，与上述步骤S2中得到的改性氮掺杂碳量子点一起加入搅拌机中进行混合搅拌1-2h，得到混合料；

S4、聚乙烯管材的制备：

将上述步骤S3中的混合料加入管材机进行加工制得所需聚乙烯管材。

其中，上述步骤S2将氮掺杂碳量子点和称取好的改性剂放入球磨机研磨时，研磨温度为50℃-120℃，研磨时间为3-5h。

其中，所述辅助添加剂包括抗氧剂、增韧剂和分散剂，所述改性剂为KH570，所述阻燃剂由氢氧化镁制成。

实施例三

一种氮掺杂碳量子点改性聚乙烯管材，由以下质量份数的原料制成：

高密度聚乙烯250g、阻燃剂40g、氮掺杂碳量子点2g、改性剂40g、辅助添加剂270g。

其中，所述阻燃剂由氢氧化镁制成。

其中，所述氮掺杂碳量子点由以下原料组份制成：柠檬酸0.16g、乙二胺0.08g和去离子水1.76g。

其中，所述改性剂为KH570。

其中，所述辅助添加剂包括以下原料组份：抗氧剂120g、增韧剂120g、分散剂30g。

一种氮掺杂碳量子点改性聚乙烯管材的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

S1、氮掺杂碳量子点的制备：

按配比重量称取柠檬酸、乙二胺和水，将柠檬酸、乙二胺和水加入反应釜中，通过以水为介质、柠檬酸为碳源和乙二胺为氮源，在温度210℃、压强不超过3Mpa的环境下进行反应，然后反应釜中的搅拌器匀速的搅拌2-3h，等反应完成后，恒温干燥3-4h去掉水，得到氮掺杂碳量子点；

S2、氮掺杂碳量子点的改性：

将上述步骤S1中得到的氮掺杂碳量子点和称取好的改性剂放入球磨机研磨中，利用摩擦或粉碎等手段来增强纳米粒子表面活性，可使纳米晶体的晶格发生相对位移，增大其内能，氮掺杂碳量子点用改性剂经行硅烷化，得到改性的氮掺杂碳量子点；

S3、改性氮掺杂碳量子点的混合：

按重量配比称取高密度聚乙烯、阻燃剂以及辅助添加剂，与上述步骤S2中得到的改性氮掺杂碳量子点一起加入搅拌机中进行混合搅拌1-2h，得到混合料；

S4、聚乙烯管材的制备：

将上述步骤S3中的混合料加入管材机进行加工制得所需聚乙烯管材。

其中，上述步骤S2将氮掺杂碳量子点和称取好的改性剂放入球磨机研磨时，研磨温度为50℃-120℃，研磨时间为3-5h。

其中，所述辅助添加剂包括抗氧剂、增韧剂和分散剂，所述改性剂为KH570，所述阻燃剂由氢氧化镁制成。

综上所述，通过以水为介质、柠檬酸为碳源和乙二胺为氮源，在高温、高压的环境下进行反应得到的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)具有相容性和分散性好，表面易功能化，粒径均匀，极大地提高量子产量，过程比较简单、经济且绿色环保，然后通过氮掺杂碳量子点(N-CQDs)用KH570经行硅烷化，得到改性的氮掺杂碳量子点(N-CQDs)拥有大量的亲水基团，加快了(HDPE)塑料的电荷泄漏，使(HDPE)塑料的抗静电性显著提高，阻燃填充层采用的氢氧化镁作制成，使氢氧化镁作为阻燃剂，受热分解时释放出结合水，吸收大量的潜热，来降低它所填充的合成材料在火焰中的表面温度，具有抑制聚合物分解和对所产生的可燃气体进行冷却的作用，有阻燃、抑烟、填充三重功能。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。