[发明专利]一种石墨烯/聚丙烯导电纳米复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物纳米复合材料技术领域，具体涉及一种石墨烯/聚丙烯导电纳米复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯首次被发现是在2004年，由K.S.Novoselov和A.K.Geim等利用微机械分离的方法制备了稳定的片层状石墨烯。自此之后，在最近的几年内，关于石墨烯的研究得到了全面的重视。石墨烯是由单层碳原子堆积而成的二维结构，表现为六角蜂巢状，其具有大的比表面积、优异的电学、力学、热学性能等，这些都使得石墨烯成为了较为理想的聚合物填料。但是石墨烯较高的表面能使得其在聚合物基体和溶剂中易团聚，对其性能造成不良影响，所以在制备复合物的过程中，解决石墨烯的分散问题成为研究中的重点。常用的实验手段有溶液共混，熔融共混和原位聚合。近年来，已有不少文献报道过石墨烯/聚丙烯基导电复合材料，An等采用双螺杆熔融共混挤出的方法制备了EG/PP导电纳米复合材料(An J E,Jeon G W,Jeong Y G.Preparation and properties of polypropylene nanocomposites reinforced with exfoliated graphene[J].Fibers and Polymers,2012,13(4):507-514.）；Li等利用溶液共混法得到了GnPs/PP导电复合材料(Li Y,Zhu J,Wei S,et al.Poly(propylene)/Graphene Nanoplatelet Nanocomposites:Melt Rheological Behavior and Thermal,Electrical,and Electronic Properties[J].Macromolecular Chemistry and Physics,2011,212(18):1951-1959.）。这些方法虽然制备出了导电性能较好的石墨烯/聚丙烯导电纳米复合材料，但也并不都是完美的，如实验操作手段复杂，得到的复合物导电渗流阈值较高等等。因此，探寻一种简洁易行的实验方法，并能同时得到低渗流阈值、导电性能良好的石墨烯/聚丙烯导电纳米复合材料将对生产应用具有重大意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种低渗流阈值导电性能良好的石墨烯/聚丙烯导电纳米复合材料及其制备方法。

本发明所述的石墨烯/聚丙烯导电纳米复合材料，以质量和为100份计算，含有92.5～97.5质量份的聚丙烯（作为基体）、1～3质量份的石墨烯（作为导电填料）和1.5～4.5质量份的马来酸酐接枝聚丙烯（促进石墨烯的分散），通过溶液共混后热压得到。

本发明所述的石墨烯/聚丙烯导电纳米复合材料，是指以聚丙烯基体为连续相，以纳米尺寸的石墨烯为分散相，通过以下实验手段将石墨烯均匀地分散于聚丙烯中，形成一相含有纳米尺寸材料的复合体系。所有实施例中所涉及到的石墨烯/聚丙烯导电纳米复合材料，均与此定义相同。

本发明所述的石墨烯/聚丙烯导电纳米复合材料的制备方法，其步骤如下：

(1)石墨烯分散液的制备

将1.0～3.0质量份的石墨烯加入到100～600质量份的二甲苯中，在常温下超声分散3～5h，制得石墨烯分散液；

(2)聚合物溶液的制备

将1.5～4.5质量份的马来酸酐接枝聚丙烯和92.5～97.5质量份的聚丙烯溶于600～800质量份的二甲苯中，在110～140°C条件下机械搅拌、溶液共混形成连续均一的聚合物溶液；

(3)石墨烯/聚丙烯导电纳米复合材料的制备

将步骤(1)的石墨烯分散液加入到步骤(2)的聚合物溶液中，补加二甲苯，控制整个混合体系的浓度为0.5～1g/10ml，在温度不变的前提下继续机械搅拌4～6h，趁热将上述混合物倒入大过量的无水乙醇中（无水乙醇质量份为二甲苯质量份的20～50倍），过滤产物后再用无水乙醇洗涤3～5遍，于50～60°C烘箱中干燥10～15h，将得到的产物在210～240°C、9～10MPa的条件下进行热压，得到石墨烯/聚丙烯导电纳米复合材料。

通过改变石墨烯在复合物体系中的质量分数，得到一系列不同比例的石墨烯/聚丙烯导电纳米复合材料。制备的石墨烯/聚丙烯导电纳米复合材料可用于导电材料、电磁屏蔽材料、抗静电材料等领域。

性能测试