阅读说明：本技术 水上漂浮系统用石墨烯浮体 (Graphene floating body for water floating system ) 是由 孔飞 于 2020-06-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种水上漂浮系统用石墨烯浮体,所述浮体的制备原料包括塑料基材、石墨烯、光稳定剂、抗氧化剂和色母粒,将所述塑料基材、石墨烯、光稳定剂、抗氧化剂和色母粒按份混合均匀,将混合好的物料加入双螺杆挤出机中,经熔融挤出、造粒、筛选后,得到浮体制备原料。本发明的水上漂浮系统用石墨烯浮体阻燃性好、抗静电、抗老化、抗微生物吸附且强度和韧性较好。(The invention discloses a graphene floating body for an overwater floating system, wherein the preparation raw materials of the floating body comprise a plastic base material, graphene, a light stabilizer, an antioxidant and color master batches, the plastic base material, the graphene, the light stabilizer, the antioxidant and the color master batches are uniformly mixed according to parts, the mixed materials are added into a double-screw extruder, and the raw materials for preparing the floating body are obtained after melt extrusion, granulation and screening. The graphene floating body for the water floating system has the advantages of good flame retardance, antistatic property, ageing resistance, antimicrobial adsorption and good strength and toughness.)

水上漂浮系统用石墨烯浮体

技术领域

本发明涉及水上漂浮浮体技术领域，尤其涉及一种水上漂浮系统用石墨烯浮体。

背景技术

浮体为可漂浮于水面上且具有一定承载力的中空或者实心结构，目前大都是采用高密聚乙烯(HDPE)或者其他塑性材料制作而成，被广泛应用于水上光伏电站、水上漂浮乐园、水上浮桥、水上码头、水上漂浮平台、水上漂浮游泳池、水上漂浮房屋、水上漂浮公园、水上漂浮度假村、水上漂浮城市、水上漂浮机场、水上漂浮岛、水上养殖、海洋牧场或漂浮舞台等领域。

上述项目中使用的大量的塑料浮体，需要长期暴露在室外，接受紫外线和日光的照射。暴露在外的塑料由于塑料的燃点较低，容易燃烧变形，存在一定的安全隐患。

另外，由于普通的聚乙烯、聚丙烯或者聚氯乙烯等塑料具有强度低、耐老化性能差，表面电阻较大的特点，在受到外力(比如大风、大浪、洪水等的冲击力)作用时，容易产生变形导致浮体失效。应用于湖面或者河道上的塑料浮体长期浸泡在水中的部分容易产生湿热老化，在太阳光照射下的部分容易因受热而产生老化，降低浮体的使用寿命。同时，由于塑料表面的电阻较大，由于大量电荷的积累，容易在塑料浮体表面产生静电，如遇到明火易燃烧变形，存在一定的安全隐患。

另外，长期浸泡在淡水或者海水中的塑料浮体，水中大量的霉菌、醇母菌、藻类、贝壳等会附着在浮体上，使得浮体自身的重量不断则增加，大大降低了浮体的浮力，影响到浮体使用周期。

因此，本领域技术人员急需研究一种阻燃性好、抗静电、抗老化、强度和韧性较好且抗微生物吸附能力较强的塑料浮体。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中塑料浮体抗阻燃性、抗老化性能差、抗静电性能、抗微生物吸附、强度和韧性较差的特点，提出了一种水上漂浮系统用石墨烯浮体，本发明的水上漂浮系统用石墨烯浮体阻燃性较好，抗静电，抗老化，强度和韧性较好，且抗微生物吸附能力较强。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供了一种水上漂浮系统用石墨烯浮体，所述浮体的制备原料包括塑料基材、石墨烯、光稳定剂、抗氧化剂和色母粒；所述浮体的制备原料为以下质量份数：

塑料基材 100份，

石墨烯 0.1份-10份，

光稳定剂 0.1份-1份，

抗氧化剂 0.1份-1份，

色母粒 1份-15份。

在一些优选实施方式中，所述石墨烯的质量份数选自以下的范围：0.1份-1份，0.1份-2份，0.1份-3份，0.1份-4份，0.1份-5份，0.1份-6份，0.1份-7份，0.1份-8份，0.1份-9份，0.1-10，或者选自以下的范围：0.5份-1份，0.5份-2份，0.5份-3份，0.5份-4份，0.5份-5份，0.5份-6份，0.5份-7份，0.5份-8份，0.5份-9份，0.5-10，或者选自以下的范围：1份-2份，1份-3份，1份-4份，1份-5份，1份-6份，1份-7份，1份-8份，1份-9份，或1份-10份。

在一些优选实施方式中，所述水上漂浮系统用石墨烯浮体通过以下方法制备：将所述塑料基材、石墨烯、光稳定剂、抗氧化剂和色母粒按份混合均匀，将混合好的物料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒、筛选后，得到浮体制备原料；将所述浮体制备原料通过吹塑机吹塑成型方法、挤塑机挤塑成型方法、注塑成型方法或滚塑成型方法成型为浮体。

在一些优选实施方式中，所述双螺杆挤出机分为前段、中段和后段，所述前段温度为160℃-200℃，所述中段温度为180℃-250℃，所述后段温度为180℃-220℃。

在一些优选实施方式中，所述吹塑或者挤塑工艺的螺杆温度为180℃-220℃。

在一些优选实施方式中，所述塑料基材为聚乙烯、聚丙烯或者聚氯乙烯中的一种或者几种的组合。

在一些优选实施方式中，所述光稳定剂为光稳定剂944、光稳定剂622、光稳定剂770、光稳定剂119、光稳定剂783、光稳定剂791、光稳定剂610、光稳定剂611、光稳定剂622、光稳定剂292、光稳定剂123、光稳定剂114、紫外线吸收剂531、紫外线吸收剂326或者紫外线吸收剂328中的一种或者几种的组合。

在一些优选实施方式中，所述抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂TNP或者抗氧剂MB中的一种或者几种的组合。

本发明的另一目的，是提供一种具有上述特征的水上漂浮系统用石墨烯浮体在水上漂浮系统的应用。

在一些优选实施方式中，所述水上漂浮系统至少包括水上漂浮光伏电站、水上漂浮乐园、水上浮桥、水上码头、水上平台、水上漂浮游泳池、水上漂浮房屋、水上漂浮公园、水上漂浮度假村、水上漂浮城市、水上漂浮机场、水上漂浮岛、水上养殖、海洋牧场或水上舞台等。

本发明的有益效果：

本发明的水上漂浮系统用石墨烯浮体，由于在塑料基材中添加了一定比例具有良好的阻燃性的石墨烯，石墨烯浮体的阻燃效果得到较大程度的提升，石墨烯浮体的使用安全性得到提升，检修成本降低。

石墨烯的良好的导电和导热性能，石墨烯浮体在长时间的强光照射下也不会产生静电，解决了现有塑料浮体由于容易产生静电而可能引起的安全隐患，进一步提高了产品使用的安全性。

石墨烯浮体的冲击强度和抗弯强度得到较大程度的提升，使用寿命延长，进一步降低了成本，增加了经济效益。

石墨烯浮体中的石墨烯具有超疏水性，水中的霉菌、醇母菌、藻类等微生物难于附着于其上生长，提高了石墨烯浮体抗微生物吸附的能力。

水上漂浮系统用石墨烯浮体，由于在塑料基材中添加了一定比例具有良好的抗老化性能的石墨烯，石墨烯浮体的抗老化效果得到提升，石墨烯浮体的使用寿命得以延长，进一步提高了产品使用的安全性，检修成本降低，增加了产品的经济效益。

水上漂浮系统用石墨烯浮体，由于在塑料基材中添加了一定比例具有超高强度和韧性的石墨烯，石墨烯浮体的强度和韧性效果得到提升，使石墨烯浮体在大风、大浪和洪水冲击等外力情况下不会被破坏，进一步提高了产品使用的安全性，检修成本降低，增加了产品的经济效益。

下面通过参考

具体实施方式

进一步详细阐述本发明，但这些阐述仅仅是为了使本领域技术人员更好地理解和实施本发明，并不对本发明做任何形式的限制。除非另有说明，否则本文所用的所有科学和技术术语具有本发明所属和相关技术领域的一般技术人员通常理解的含义。在本发明不同的实施方式中描述的技术特征，或在本文中的不同部分描述的技术特征，包括但不限于数值等特征，均可以进行自由组合而形成新的技术特征和技术方案，这些组合均没有超出本文原始记载的范围。

具体实施方式

石墨烯是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的二维碳纳米材料。石墨烯内部的碳原子之间的连接柔韧性较好，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，碳原子不必重新排列来适应外力，从而保持其内部晶格结构的稳定性，这种稳定的晶格结构使石墨烯具有良好的导热性。

另外，当石墨烯燃烧时，其表面会形成一层密集且连续的炭层，该碳层会组织氧气进入材料内部，同时，由于前述的石墨烯的良好的导热性，石墨烯受热时局部的热量容易被传导、分散，使得石墨烯具有良好的阻燃性。

此外，石墨烯内部碳原子有4个价电子，其中3个电子生成sp²键，即每个碳原子都贡献一个位于pz轨道上的未成键电子，近邻原子的pz轨道与平面成垂直方向可形成π键，新形成的π键呈半填满状态。研究证实，石墨烯中碳原子的配位数为3，每两个相邻碳原子间的键长为1.42×10^-10米，键与键之间的夹角为120°。除了σ键与其他碳原子链接成六角环的蜂窝式层状结构外，每个碳原子的垂直于层平面的pz轨道可以形成贯穿全层的多原子的大π键(与苯环类似)，因而具有优良的导电和光学性能。

石墨烯不仅具有高强度，同时由于石墨烯内部的碳原子之间的连接很柔韧，当施加外力于石墨烯时，碳原子面会弯曲变形，使得石墨烯具有了较强的高强度的同时具有较强的韧性，不容易在外力的作用下变形，抗外界冲击力提升。

石墨烯具有超疏水性，石墨烯薄膜与水亲密接触后，只能有纳米级的通道供其他离子或者分子从其中通过，阻断了水中微生物附着于其上快速生长的可能性，提高了抗微生物吸附的能力。

根据本发明的第一目的，是结合石墨烯的特性，提供了一种水上漂浮系统用石墨烯浮体，浮体的制备原料包括塑料基材、石墨烯、光稳定剂、抗氧化剂和色母粒；浮体的制备原料为以下质量份数：

塑料基材100份，石墨烯0.1份-10份，光稳定剂0.1份-1份，抗氧化剂0.1份-1份，色母粒1份-15份；

水上漂浮系统用石墨烯浮体通过以下方法制备：

将塑料基材、石墨烯、光稳定剂、抗氧化剂和色母粒按份混合均匀，将混合好的物料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒、筛选后，得到浮体制备原料；将浮体制备原料通过吹塑或者挤塑工艺制备得到浮体。

一个优选实施方式中，石墨烯的质量份数选自以下的范围：0.1份-1份，0.1份-2份，0.1份-3份，0.1份-4份，0.1份-5份，0.1份-6份，0.1份-7份，0.1份-8份，0.1份-9份，0.1-10，或者选自以下的范围：0.5份-1份，0.5份-2份，0.5份-3份，0.5份-4份，0.5份-5份，0.5份-6份，0.5份-7份，0.5份-8份，0.5份-9份，0.5-10，或者选自以下的范围：1份-2份，1份-3份，1份-4份，1份-5份，1份-6份，1份-7份，1份-8份，1份-9份，或1份-10份。

在一些优选实施方式中，所述水上漂浮系统用石墨烯浮体通过以下方法制备：将所述塑料基材、石墨烯、光稳定剂、抗氧化剂和色母粒按份混合均匀，将混合好的物料加入双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒、筛选后，得到浮体制备原料；将所述浮体制备原料通过吹塑机吹塑成型方法、挤塑机挤塑成型方法、注塑成型方法或滚塑成型方法成型为浮体。

一个优选实施方式中，双螺杆挤出机分为前段、中段和后段，前段温度为160℃-200℃，中段温度为180℃-250℃，后段温度为180℃-220℃，吹塑或者挤塑工艺的螺杆温度为180℃-220℃。

一个优选实施方式中，所述塑料基材为聚乙烯、聚丙烯或者聚氯乙烯中的一种或者几种的组合。

本发明的光稳定剂包括但不限于下述的光稳定剂：比如光稳定剂944、光稳定剂622、光稳定剂770、光稳定剂119、光稳定剂783、光稳定剂791、光稳定剂610、光稳定剂611、光稳定剂622、光稳定剂292、光稳定剂123、光稳定剂114、紫外线吸收剂531、紫外线吸收剂326或者紫外线吸收剂328中的一种或者几种的组合。

一个优选实施方式中，抗氧化剂为抗氧剂1010、抗氧剂168、抗氧剂1076、抗氧剂CA、抗氧剂TNP或者抗氧剂MB中的一种或者几种的组合。

本文中的所有数值范围均包括两个边界值，并且包括所述数值范围中的整数值，就如同每个整数值被单独提及一样，例如提及1％-5％时包括了提及2％、3％和4％。

本发明的水上漂浮系统用石墨烯浮体在水上漂浮系统的应用，水上漂浮系统包括但不限于水上光伏电站、水上漂浮乐园、水上浮桥、水上码头、水上漂浮平台、水上漂浮游泳池、水上漂浮房屋、水上漂浮公园、水上漂浮度假村、水上漂浮城市、水上漂浮机场、水上漂浮岛、水上养殖、海洋牧场或漂浮舞台等，解决了现有水上漂浮系统用浮体容易燃烧、有静电、抗老化性能差、微生物容易吸附、抵抗大风、大浪和外界冲击力较弱的问题，提供了一种经济效益较高的阻燃性好、永久抗静电、抗老化性能强、强度较高、韧性好且抗微生物吸附的浮体。

下面将结合具体实施例进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不以任何方式限制本发明的范围。本发明的范围仅由所附的权利要求书限定。本领域技术人员在阅读了本公开内容之后，可在不脱离本发明精神和范围的情况下对本发明做出多种改动和变化，这些改动和变化都应认为是本发明实施方式的等同形式而落在本发明的范围内。如无特别说明，实施例中使用的材料或仪器均通过商业途径购得，使用的实验程序均可通过本领域标准实验程序完成。

实施例

实施例1

将用作塑料基材的聚乙烯100份，石墨烯0.1份，光稳定剂770 0.2份，抗氧剂1680.5份和色母粒5份，按份混合均匀，设置双螺杆挤出机前段、中段和后段的温度，其前段温度为170℃-190℃，中段温度为180℃-210℃，后段温度为200℃-220℃，

将混合后的上述物料加入上述温度范围内的双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒、筛选后，得到浮体制备原料，最后，将制备原料通过吹塑机吹塑成型。其中，吹塑方法成型时螺杆的温度为180℃-200℃。

本实施例的石墨烯浮体，根据GB/T2408-2008中垂直燃烧试验结果显示，浮体的阻燃性能从原有的HB级提升至V2.0级，抗静电性能从绝缘提升至永久抗静电状态，浮体的冲击强度从60KJ/m²提升至75KJ/m²，弯曲强度从40MPa提升至45MPa。对比试验结果表明，同样时间内，吸附于石墨烯浮体的微生物数量较普通浮体大大降低，抗菌性能提升。浮体的使用寿命从现有的25年延长至26年。

实施例2

将用作塑料基材的聚乙烯100份，石墨烯0.5份，光稳定剂610 0.2份，抗氧剂TNP0.5份和色母粒10份，按份混合均匀，设置双螺杆挤出机前段、中段和后段的温度，其前段温度为180℃-200℃，中段温度为200℃-220℃，后段温度为180℃-200℃，

将混合后的上述物料加入上述温度范围内的双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒、筛选后，得到浮体制备原料，最后，将制备原料通过吹塑机吹塑成型。其中，吹塑方法成型时螺杆的温度为190℃-210℃。

本实施例的石墨烯浮体，浮体的阻燃性能从原有的HB级提升至V1.0级，抗静电性能从绝缘提升至永久抗静电状态，浮体的冲击强度从60KJ/m²提升至70KJ/m²，弯曲强度从40MPa提升至50MPa。对比试验结果表明，同样时间内，吸附于石墨烯浮体的微生物数量较普通浮体大大降低，抗菌性能提升，浮体的使用寿命从现有的25年延长至27年。

实施例3

将用作塑料基材的聚乙烯和聚氯乙烯共100份，石墨烯6份，紫外线吸收剂326 0.8份，抗氧剂1076和抗氧剂CA共1份，色母粒15份，按份混合均匀，设置双螺杆挤出机前段、中段和后段的温度，其前段温度为180℃-200℃，中段温度为200℃-220℃，后段温度为180℃-200℃。

将混合后的上述物料加入上述温度范围内的双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒、筛选后，得到浮体制备原料，最后，将制备原料通过挤塑机挤塑成型。其中，挤塑方法成型时螺杆的温度为200℃-220℃。

升至永久抗静电状态，其力学性能亦有很大的提升，材料的冲击强度从60KJ/m²提升至80KJ/m²，弯曲强度从40MPa提升至48MPa。石墨烯浮体力学性能的提升，提高了石墨烯浮体抵抗水流或者台风等外力冲击的能力，提升了产品的耐受力，延长了使用寿命，提高了经济效益。对比试验结果表明，同样时间内，吸附于石墨烯浮体的微生物数量较普通浮体大大降低，抗菌性能提升，浮体的使用寿命从现有的25年延长至29年。

实施例4

将用作塑料基材的聚丙烯和聚氯乙烯共100份，石墨烯4份，光稳定剂2920.9份，抗氧剂MB 1份，色母粒12份，按份混合均匀，设置双螺杆挤出机前段、中段和后段的温度，其前段温度为180℃-200℃，中段温度为200℃-220℃，后段温度为180℃-200℃。

将混合后的上述物料加入上述温度范围内的双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒、筛选后，得到浮体制备原料，最后，将制备原料通过挤塑机挤塑成型。其中，挤塑工艺成型时螺杆的温度为200℃-220℃。

本实施例的石墨烯浮体，阻燃性从HB级提升至V1.0，抗静电性能提升至永久抗静电状态，其力学性能亦有很大的提升，材料的冲击强度从60KJ/m²提升至78KJ/m²，弯曲强度从40MPa提升至44MPa。石墨烯浮体力学性能的提升，提高了石墨烯浮体抵抗水流或者台风等外力冲击的能力，提升了产品的耐受力，延长了使用寿命，提高了经济效益。对比试验结果表明，同样时间内，吸附于石墨烯浮体的微生物数量较普通浮体大大降低，抗菌性能提升。浮体的使用寿命从现有的25年延长至29年。

实施例5

将用作塑料基材的聚丙烯100份，石墨烯8份，光稳定剂783和光稳定剂791共1份，抗氧剂1010 0.8份，色母粒1份，按份混合均匀，设置双螺杆挤出机前段、中段和后段的温度，其前段温度为230℃-250℃，中段温度为200℃-220℃，后段温度为200℃-220℃。

将混合后的上述物料加入上述温度范围内的双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒、筛选后，得到浮体制备原料，最后，将制备原料通过吹塑机吹塑成型。其中，吹塑工艺成型时螺杆的温度为190℃-210℃。

本实施例的石墨烯浮体，阻燃性从HB级提升至V2.0，抗静电性能从绝缘提升至永久抗静电状态，其力学性能亦有很大的提升，浮体的冲击强度从60KJ/m²提升至70KJ/m²，弯曲强度从40MPa提升至46MPa。对比试验结果表明，同样时间内，吸附于石墨烯浮体的微生物数量较普通浮体大大降低，抗菌性能提升。浮体的使用寿命从现有的25年延长至30年。

实施例6

将用作塑料基材的聚丙烯和聚氯乙烯共100份，石墨烯10份，光稳定剂783和光稳定剂791共1份，抗氧剂1010 0.8份，色母粒1份，按份混合均匀，设置双螺杆挤出机前段、中段和后段的温度，其前段温度为230℃-250℃，中段温度为200℃-220℃，后段温度为200℃-220℃。

将混合后的上述物料加入上述温度范围内的双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒、筛选后，得到浮体制备原料，最后，将制备原料通过挤塑机挤压成型。其中，挤塑方法成型时螺杆的温度为190℃-210℃。

本实施例的石墨烯浮体，阻燃性从HB级提升至V2.0，抗静电性能从绝缘提升至永久抗静电状态，其力学性能亦有很大的提升，浮体的冲击强度从60KJ/m²提升至70KJ/m²，弯曲强度从40MPa提升至44MPa。对比试验结果表明，同样时间内，吸附于石墨烯浮体的微生物数量较普通浮体大大降低，抗菌性能提升。浮体的使用寿命从现有的25年延长至28年。

实施例7

将用作塑料基材的聚丙烯和聚氯乙烯共100份，石墨烯5份，光稳定剂7831份，抗氧剂1076 1份，色母粒8份，按份混合均匀，设置双螺杆挤出机前段、中段和后段的温度，其前段温度为230℃-250℃，中段温度为200℃-220℃，后段温度为200℃-220℃。

将混合后的上述物料加入上述温度范围内的双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒、筛选后，得到浮体制备原料，最后，将制备原料通过挤塑机挤压成型。其中，挤塑方法成型时螺杆的温度为190℃-210℃。

本实施例的石墨烯浮体，阻燃性从HB级提升至V2.0，抗静电性能从绝缘提升至永久抗静电状态，其力学性能亦有很大的提升，浮体的冲击强度从60KJ/m²提升至80KJ/m²，弯曲强度从40MPa提升至50MPa。对比试验结果表明，同样时间内，吸附于石墨烯浮体的微生物数量较普通浮体大大降低，抗菌性能提升。浮体的使用寿命从现有的25年延长至27年。

实施例8

将用作塑料基材的聚丙烯100份，石墨烯2份，光稳定剂783 1份，抗氧剂1076 1份，色母粒8份，按份混合均匀，设置双螺杆挤出机前段、中段和后段的温度，其前段温度为230℃-250℃，中段温度为200℃-220℃，后段温度为200℃-220℃。

将混合后的上述物料加入上述温度范围内的双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒、筛选后，得到浮体制备原料，最后，将制备原料通过注塑方法成型。其中，注塑方法成型时螺杆的温度为190℃-210℃。

本实施例的石墨烯浮体，阻燃性从HB级提升至V1.0，抗静电性能从绝缘提升至永久抗静电状态，其力学性能亦有很大的提升，浮体的冲击强度从60KJ/m²提升至80KJ/m²，弯曲强度从40MPa提升至50MPa。对比试验结果表明，同样时间内，吸附于石墨烯浮体的微生物数量较普通浮体大大降低，抗菌性能提升。浮体的使用寿命从现有的25年延长至27年。

实施例9

将用作塑料基材的聚丙烯100份，石墨烯3份，光稳定剂783和光稳定剂791共1份，抗氧剂1010 0.8份，色母粒1份，按份混合均匀，设置双螺杆挤出机前段、中段和后段的温度，其前段温度为230℃-250℃，中段温度为200℃-220℃，后段温度为200℃-220℃。

将混合后的上述物料加入上述温度范围内的双螺杆挤出机中，经熔融挤出、造粒、筛选后，得到浮体制备原料，最后，将制备原料通过滚塑方法成型。其中，滚塑方法成型时螺杆的温度为190℃-210℃。

本实施例的石墨烯浮体，阻燃性从HB级提升至V2.0，抗静电性能从绝缘提升至永久抗静电状态，其力学性能亦有很大的提升，浮体的冲击强度从60KJ/m²提升至80KJ/m²，弯曲强度从40MPa提升至50MPa。对比试验结果表明，同样时间内，吸附于石墨烯浮体的微生物数量较普通浮体大大降低，抗菌性能提升。浮体的使用寿命从现有的25年延长至2年。