[发明专利]一种取向氧化石墨烯/聚烯烃复合材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种取向氧化石墨烯/聚烯烃复合材料及其制备方法，所述复合材料由氧化石墨烯定向排列于聚烯烃中得到，并且复合材料中氧化石墨烯含量为0.1‑10wt％。本发明先对氧化石墨烯进行有机高分子化预处理，然后将其与特定分子结构的高聚物进行预混合制备预混物，最终在熔融挤出过程中通过对熔体施加超声波振动辐照使其高度取向，采用较为简便的方法制备出氧化石墨烯高度定向排列的取向氧化石墨烯/聚烯烃复合材料，能耗低，所制备的取向氧化石墨烯/聚烯烃复合材料机械性能良好，还具有较高阻隔性能，适用于制备高性能阻隔材料。

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种取向氧化石墨烯/聚烯烃复合材料及其制备方法。

背景技术

碳纳米结构因其具有较高的热导率和电导率，在电子器件、能源、环境等领域具有广泛的应用，常见的碳纳米结构有纳米炭黑、碳纳米管、石墨纳米片层、石墨烯等，其中石墨烯导热性能优良、电导率高，并且具有良好的热稳定性，使得石墨烯成为理想的填充材料。

将石墨烯等填充材料有序排列在聚合物中，所得到的取向复合材料具有一些突出的性能，如定向排列的石墨烯形成导热通道，能够有效提高材料的热导率。

专利CN106044752A公开了一种通过外加电场取向的方法获得高取向石墨烯或氧化石墨烯的分散液，并继续保持电场作用，通过在液氮中冷冻凝固-干燥/超临界干燥制备出高取向石墨烯气凝胶或氧化石墨烯气凝胶，该方法需要外加电场，在液氮中操作，条件比较苛刻，而且制备的材料形态有限；专利CN105542728A公开了一种利用热压成型工艺制备石墨烯纳米薄膜，然后在其表面浸润聚合物并将其卷绕成圆柱体的垂直取向石墨烯片/高聚物热界面材料的方法；专利CN105668561A公开了一种在衬底表面制备非晶碳纳米线，然后对非晶碳纳米线施加拉伸应力，并进行电子束辐照，从而制得高取向性石墨烯纳米结构的方法。上述方法制备得到的是含取向石墨烯薄膜的材料，无法在聚合物基体中使石墨烯取向，制备的石墨烯/聚合物复合材料用途和加工方式都受限，无法进行熔融挤出等常规加工处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种氧化石墨烯定向排列于聚烯烃材料中得到的取向氧化石墨烯/聚烯烃复合材料及其制备方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

提供一种取向氧化石墨烯/聚烯烃复合材料，所述复合材料由氧化石墨烯定向排列于聚烯烃中得到，并且复合材料中氧化石墨烯含量为0.1-10wt％。

按上述方案，所述聚烯烃为聚乙烯或聚丙烯的均聚物、共聚物、长链支化聚合物以及环烯烃聚合物中的一种或多种的混合物。

本发明还提供上述取向氧化石墨烯/聚烯烃复合材料的制备方法，其步骤如下：

1)制备有机物接枝氧化石墨烯：将氧化石墨烯冻干粉末与溶剂按质量体积比1g：200-1000mL混合，在低于溶剂沸点温度下超声分散处理，然后加入有机物，并通氮气进行回流反应，反应结束后对反应液进行抽滤，滤饼用过量乙醇反复冲洗后干燥得到有机物接枝氧化石墨烯；

2)制备氧化石墨烯预混物：将步骤1)所得有机物接枝氧化石墨烯分散于二甲苯中，得到悬浮液，然后将悬浮液与加热到70-130℃的聚烯烃溶液共混，通氮气回流搅拌均匀，并超声分散0.1-2h，然后冷却至室温，再对所得混合物进行抽滤，滤饼用乙醇或丙酮反复洗涤后真空干燥，再用液氮淬冷并粉碎得到氧化石墨烯预混物；

3)将步骤2)所得氧化石墨烯预混物与聚烯烃混合均匀后，采用螺杆挤出机进行挤出，在螺杆挤出机出口段利用超声波发生器对挤出机内部熔体施加超声辐照，在超声辐照施加方向与来料熔体挤出方向的夹角为60-120°条件下挤出得到氧化石墨烯在挤出方向上高度有序排列的取向氧化石墨烯/聚烯烃复合材料。