一種改性氧化石墨烯/pmma復(fù)合材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)涉及一種改性氧化石墨烯/PMMA復(fù)合材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]石墨烯是一種只有一個(gè)原子厚度的二維碳膜，是人們迄今發(fā)現(xiàn)的唯一一種由單層原子構(gòu)成的材料，碳膜中碳原子之間由化學(xué)鍵連接成六角網(wǎng)絡(luò)，由于碳原子之間的化學(xué)鍵由sp2雜化軌道組成，因此石墨烯很頑強(qiáng)，具備可彎折、導(dǎo)電性強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度好、透光性好等其他新材料不具備的優(yōu)良特性。石墨烯具備非比尋常的導(dǎo)電性能，電阻率很小，電子可以極高效地迀移，這方面性能要比傳統(tǒng)的導(dǎo)體和半導(dǎo)體高很多；電子在石墨烯中迀移不存在電子與原子的碰撞，可以大大減少能量損耗；石墨烯具備極好的透光性，但是不透氣，可以用來(lái)開發(fā)新一代保護(hù)層材料，并且可以用來(lái)開發(fā)透明電子產(chǎn)品及可穿戴電子產(chǎn)品。石墨烯產(chǎn)品的制備方法多樣，但是存在一些弊端，比如在有機(jī)溶劑中的分散性、以及與聚合物之間的相容性較差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于提供一種改性氧化石墨烯/PMMA復(fù)合材料的制備方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足。
[0004]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0005]本申請(qǐng)實(shí)施例公開了一種改性氧化石墨烯/PMMA復(fù)合材料的制備方法，以氨基封端的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺低聚物為改性劑，先對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行表面改性，再利用水合肼為還原劑對(duì)改性后的氧化石墨烯進(jìn)行還原，得到改性的石墨烯，然后將制備的改性石墨烯溶解在NMP中進(jìn)行完全剝離，然后將溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中，改性石墨稀的用量為0.1?0.2wt%。
[0006]優(yōu)選的，在上述的改性氧化石墨烯/PMMA復(fù)合材料的制備方法中，采用溶液共混法將溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中。
[0007]優(yōu)選的，在上述的改性氧化石墨烯/PMMA復(fù)合材料的制備方法中，所述氧化石墨烯的制備方法包括:取I?1.5重量份石墨粉作為石墨原料與濃硫酸及2?3重量份高錳酸鉀混合均勻，置于密閉反應(yīng)容器中，于40?80°C水浴加熱條件下攪拌反應(yīng)4?6h，經(jīng)減壓、抽濾、洗滌后，將過(guò)慮物真空干燥、研磨，將干燥研磨后的產(chǎn)物超聲分散于去離子水中，加入鹽酸調(diào)節(jié)PH小于3，加入I?3重量份高錳酸鉀于O?10°C攪拌反應(yīng)4?6h，加入過(guò)氧化氫，升溫至20?30°C水浴攪拌反應(yīng)2?4h，于室溫下將懸濁液進(jìn)行離心沉降，去除上層清液，沉降物中加入去離子水并攪拌后進(jìn)行離心沉降，去除上層清液，取沉降物加入無(wú)水乙醇，攪拌后，進(jìn)行離心沉降，取沉降物無(wú)水乙醇洗滌，將沉降物干燥處理，分散于去離子水中噴霧干燥即得氧化石墨烯。
[0008]優(yōu)選的，在上述的改性氧化石墨烯/PMMA復(fù)合材料的制備方法中，改性氧化石墨烯/PMMA復(fù)合材料的制備方法具體包括:將對(duì)苯二胺和對(duì)苯二甲酰氯分別溶解在NMP中，冷卻，然后將對(duì)苯二甲酰氯溶液滴加到對(duì)苯二胺溶液中進(jìn)行充分反應(yīng)聚合，得到氨基封端的PPTA低聚物，將氧化石墨烯分散在水中進(jìn)行氧化石墨烯水溶液，然后將氧化石墨烯溶液加入到PPTA溶液中，加入DCC作為催化劑，在氮?dú)鈿夥罩蟹磻?yīng)20?24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后加入水合肼反應(yīng)3?5小時(shí)，產(chǎn)物經(jīng)洗滌抽濾后干燥處理，獲得目標(biāo)產(chǎn)品。
[0009]優(yōu)選的，在上述的改性氧化石墨烯/PMMA復(fù)合材料的制備方法中，所述對(duì)苯二胺和對(duì)苯二甲酰氯的摩爾比為3:2?4:3。
[0010]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明通過(guò)的簡(jiǎn)單的一步聚合得到氨基封端的PPTA聚合物，并直接接枝到氧化石墨烯，得到改性后的石墨烯，改性后的石墨烯在有機(jī)溶劑中表現(xiàn)出了良好的分散性，同時(shí)PPTA上含有的極性基團(tuán)以及苯環(huán)的結(jié)構(gòu)，使之能與許多聚合物具有良好的相容性。由上述改性的氧化石墨烯制備的復(fù)合材料具有良好的機(jī)械性能。
【附圖說(shuō)明】
[0011]為了更清楚地說(shuō)明本申請(qǐng)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請(qǐng)中記載的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0012]圖1所示為本實(shí)施例中氧化石墨烯和改性石墨烯的XRD衍射圖；
[0013]圖2所示為本實(shí)施例中所獲得復(fù)合材料的光學(xué)顯微鏡圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]本發(fā)明通過(guò)下列實(shí)施例作進(jìn)一步說(shuō)明:根據(jù)下述實(shí)施例，可以更好地理解本發(fā)明。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，實(shí)施例所描述的具體的物料比、工藝條件及其結(jié)果僅用于說(shuō)明本發(fā)明，而不應(yīng)當(dāng)也不會(huì)限制權(quán)利要求書中所詳細(xì)描述的本發(fā)明。
[0015](I)、取Ig石墨粉作為石墨原料與1ml濃硫酸及3g份高錳酸鉀混合均勻，置于密閉反應(yīng)容器中，于40°C水浴加熱條件下攪拌反應(yīng)6h，經(jīng)減壓、抽濾、洗滌后，將過(guò)慮物真空干燥、研磨。將干燥研磨后的產(chǎn)物超聲分散于1ml去離子水中，加入鹽酸調(diào)節(jié)PH小于3，加入Ig高錳酸鉀于0°C攪拌反應(yīng)4h，加入5ml過(guò)氧化氫，升溫至20°C水浴攪拌反應(yīng)2h，于室溫下將懸濁液進(jìn)行離心沉降，去除上層清液，沉降物中加入去離子水并攪拌5min后進(jìn)行離心沉降，去除上層清液，重復(fù)加入去離子水并離心的過(guò)程I次，取沉降物加入無(wú)水乙醇，攪拌5min后，進(jìn)行離心沉降，取沉降物重復(fù)無(wú)水乙醇洗滌I次后，將沉降物干燥處理，分散于去離子水中噴霧干燥即得氧化石墨烯。
[0016](2)、將對(duì)苯二胺1.5mmol和對(duì)苯二甲酰氯Immol分別溶解在50mlNMP中，冷卻至0°C，然后將對(duì)苯二甲酰氯溶液滴加到對(duì)苯二胺溶液中進(jìn)行充分反應(yīng)聚合，得到氨基封端的PPTA低聚物。將氧化石墨烯分散在水中進(jìn)行氧化石墨烯水溶液，然后將氧化石墨烯溶液加入到PPTA溶液中，加入5mgDCC作為催化劑，在氮?dú)鈿夥罩?0°C下反應(yīng)20小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后加入0.1ml水合肼反應(yīng)3小時(shí)，產(chǎn)物經(jīng)洗滌抽濾后干燥處理，獲得目標(biāo)產(chǎn)品。
[0017](3)、將步驟⑵制備的改性石墨烯溶解在NMP中進(jìn)行完全剝離，然后通過(guò)溶液共混法將溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中，改性石墨烯的用量為0.2wt%。
[0018]圖1所示為本實(shí)施例中氧化石墨烯和改性石墨烯的XRD衍射圖，從圖中可以看出石墨烯表面接枝的PPTA能擴(kuò)大石墨烯的層間距，而層間距的擴(kuò)大有利于有機(jī)溶劑分子插入到石墨烯層間，從而有利于FGS在有機(jī)溶劑中的分散。
[0019]圖2所示為所獲得復(fù)合材料的光學(xué)顯微鏡圖。從圖中可以看出，石墨烯均勻的成無(wú)序狀態(tài)分散在聚合物中，形成致密的三維網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。
[0020]對(duì)所獲得的復(fù)合材料的機(jī)械性能進(jìn)行測(cè)試，其模量和強(qiáng)度分別達(dá)到1.96Gpa和50.6MPa0
[0021]在此，還需要說(shuō)明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。
[0022]最后，還需要說(shuō)明的是，術(shù)語(yǔ)“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過(guò)程、方法、物品或者設(shè)備所固有的要素。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種改性氧化石墨烯/PMMA復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:以氨基封端的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺低聚物為改性劑，先對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行表面改性，再利用水合肼為還原劑對(duì)改性后的氧化石墨烯進(jìn)行還原，得到改性的石墨烯，然后將制備的改性石墨烯溶解在NMP中進(jìn)行完全剝離，然后將溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中，改性石墨烯的用量為 0.1 ?0.2wt%o2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性氧化石墨烯/PMMA復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:采用溶液共混法將溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性氧化石墨稀/PMMA復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述氧化石墨烯的制備方法包括:取I?1.5重量份石墨粉作為石墨原料與濃硫酸及2?3重量份高錳酸鉀混合均勻，置于密閉反應(yīng)容器中，于40?80°C水浴加熱條件下攪拌反應(yīng)4?6h，經(jīng)減壓、抽濾、洗滌后，將過(guò)慮物真空干燥、研磨，將干燥研磨后的產(chǎn)物超聲分散于去離子水中，加入鹽酸調(diào)節(jié)PH小于3，加入I?3重量份高錳酸鉀于O?10°C攪拌反應(yīng)4?6h，加入過(guò)氧化氫，升溫至20?30°C水浴攪拌反應(yīng)2?4h，于室溫下將懸濁液進(jìn)行離心沉降，去除上層清液，沉降物中加入去離子水并攪拌后進(jìn)行離心沉降，去除上層清液，取沉降物加入無(wú)水乙醇，攪拌后，進(jìn)行離心沉降，取沉降物無(wú)水乙醇洗滌，將沉降物干燥處理，分散于去離子水中噴霧干燥即得氧化石墨烯。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的改性氧化石墨稀/PMMA復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:改性氧化石墨烯/PMMA復(fù)合材料的制備方法具體包括:將對(duì)苯二胺和對(duì)苯二甲酰氯分別溶解在NMP中，冷卻，然后將對(duì)苯二甲酰氯溶液滴加到對(duì)苯二胺溶液中進(jìn)行充分反應(yīng)聚合，得到氨基封端的PPTA低聚物，將氧化石墨烯分散在水中進(jìn)行氧化石墨烯水溶液，然后將氧化石墨烯溶液加入到PPTA溶液中，加入DCC作為催化劑，在氮?dú)鈿夥罩蟹磻?yīng)20?24小時(shí)，反應(yīng)結(jié)束后加入水合肼反應(yīng)3?5小時(shí)，產(chǎn)物經(jīng)洗滌抽濾后干燥處理，獲得目標(biāo)產(chǎn)品。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的改性氧化石墨稀/PMMA復(fù)合材料的制備方法，其特征在于:所述對(duì)苯二胺和對(duì)苯二甲酰氯的摩爾比為3:2?4:3。
【專利摘要】本申請(qǐng)公開了一種改性氧化石墨烯/PMMA復(fù)合材料的制備方法，以氨基封端的聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺低聚物為改性劑，先對(duì)氧化石墨烯進(jìn)行表面改性，再利用水合肼為還原劑對(duì)改性后的氧化石墨烯進(jìn)行還原，得到改性的石墨烯，然后將制備的改性石墨烯溶解在NMP中進(jìn)行完全剝離，然后將溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中，改性石墨烯的用量為0.1～0.2wt％。本發(fā)明通過(guò)的簡(jiǎn)單的一步聚合得到氨基封端的PPTA聚合物，并直接接枝到氧化石墨烯，得到改性后的石墨烯，改性后的石墨烯在有機(jī)溶劑中表現(xiàn)出了良好的分散性，同時(shí)PPTA上含有的極性基團(tuán)以及苯環(huán)的結(jié)構(gòu)，使之能與許多聚合物具有良好的相容性。由上述改性的氧化石墨烯制備的復(fù)合材料具有良好的機(jī)械性能。
【IPC分類】C08K3/04, C01B31/04, C08L33/12, C08K9/04
【公開號(hào)】CN105153614
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510527280
【發(fā)明人】仲崇明, 汪衛(wèi)幫
【申請(qǐng)人】蘇州卓偉企業(yè)管理咨詢有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請(qǐng)日】2015年8月26日