[发明专利]一种低氧化程度石墨烯改性聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备方法

说明书

本发明涉及一种低氧化程度石墨烯改性聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备方法。首先将膨胀石墨进行少量氧化；在表面活性剂辅助下于水溶液中进行剥离得到低氧化程度石墨烯水溶液；离心除去上层液，并将石墨烯分散到N‑甲基吡咯烷酮中，然后再向其中加入甲基丙烯酸甲酯和过氧化二苯甲酰，升温完成聚合反应；将产物倒入甲醇中经过离心、洗涤和真空干燥处理得到石墨烯改性的聚甲基丙烯酸甲酯复合材料。本发明中所得到的含有0.5%质量分数石墨烯的PMMA复合材料玻璃化温度比纯PMMA提高了9℃，弹性储能模量提高43.7%，热失重5%时的温度提高87℃。当石墨烯含量增加到5%质量分数时，复合材料的电导率达到~50 s/m。本方法制得的石墨烯‑PMMA复合材料具有优良的力学和电学性能，因而可用在汽车等诸多领域。

技术领域

本发明涉及一种简单的石墨烯/聚合物复合材料的制备方法，具体是一种低氧化程度石墨烯改性聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备方法，属于纳米复合材料领域。

背景技术

石墨烯，一种只有单原子厚度的二维碳纳米材料自从2004年被首次发现以来就受到了许多科学家的强烈追捧。石墨烯具有很大的比表面积（2630m²g^-1),很高的杨氏模量（~1TPa），超高的热传导率(5100Wm^-1K^-1)以及优良的电性能等。由于石墨烯以上诸多良好的性能，使得其在电子器件、聚合物复合材料等领域有着广泛的应用。尤其是在聚合物复合材料这一领域，石墨烯已成为最热门的材料之一。

众所周知，要想充分实现石墨烯对聚合物综合性能的改善从而得到性能优异的石墨烯基聚合物复合材料，那么石墨烯在聚合物中的分散性以及与聚合物分子链的相互作用至关重要。在以往制备石墨烯-聚合物复合材料中，为了解决石墨烯在聚合物中的分散以及界面相互作用问题，一般都要预先对石墨烯进行修饰，包括共价修饰非共价修饰等。虽然通过修饰能够达到相对不错的效果，但是制备过程相对复杂，较难达到工业会应用的效果。

聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）作为一种通用塑料具有极好的透明性，突出的耐老化性以及较高的机械强度，同时其价格相对低廉，因此被用到日常生活中的各个领域。但由于PMMA是一种极性聚合物，而石墨烯却是一种非极性二维材料，如果直接将其与极性的PMMA复合，则会导致石墨烯的聚集，所以以往想要得到性能优异的复合材料，往往要对石墨烯进行一系列改性处理才能改善石墨烯与PMMA的界面亲和性，从而提高PMMA的综合性能。这大大增加了操作流程以及成本，因此较难实现工业化的应用。而在本方法中，我们简单地将石墨预先少量氧化进一步超声得到低氧化程度石墨烯，然后再通过原位聚合的方法直接将此低氧化的石墨烯与PMMA复合制备复合材料。这种复合材料在石墨烯含量很低时（0.5%质量分数）就表现出很好的力学性能。说明此方法对PMMA的高效增强方面具有工业化应用的潜在价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够显著改善PMMA综合性能的一种低氧化程度石墨烯改性聚甲基丙烯酸甲酯复合材料的制备方法。

本发明是采用低氧化程度的石墨烯通过原位聚合的方法增强PMMA整体性能。所得到的含有0.5%质量分数石墨烯的复合材料玻璃化温度比纯PMMA提高了9 ℃，弹性储能模量提高43.7%，热失重5%时的温度提高87 ℃。当石墨烯含量增加到5%质量分数时，复合材料的电导率达到~50 S/m。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种低氧化程度石墨烯改性PMMA复合材料的制备方法，具体步骤如下：

（1）将1 -3重量份膨胀石墨用50-600重量份浓硫酸和1-5重量份氧化剂进行氧化，得到氧化膨胀石墨；

（2）将步骤（1）得到的氧化膨胀石墨加入到50-600重量份去离子水中，并加入0.01-10重量份表面活性剂进行剥离，得到低氧化程度的石墨烯水溶液；