[发明专利]一种聚合物改性石墨烯复合材料的制备方法

说明书

一种聚合物改性石墨烯复合材料的制备方法，首先将氧化石墨在超声辐射反应器中利用改性剂制备成改性石墨烯，然后将改性石墨烯分散到聚合物乳液中制备得到稳定的聚合物/改性石墨烯复合乳液；再在上述复合乳液中加入破乳剂得到聚合物/改性石墨烯复合母料；最后将母料、聚合物及各种辅料加入到挤出机中，在一定温度下熔融、挤出得到聚合物/改性石墨烯复合材料。本发明的制备方法获得的复合材料的拉伸强度和拉伸模量等性能均较好，而且本发明制备工艺简单，反应温度较低，易于控制，能耗低；生产过程中不产生废气废液，对环境友好。

技术领域

本发明属于复合材料制备领域，具体涉及一种聚合物改性石墨烯复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯是一种由sp2杂化的碳原子紧密堆积而成的二维蜂窝状晶格结构的碳质新材料，厚度为一个或多个原子层，按照层数可以分为一层或多层石墨烯。石墨烯的理论研究已有60多年的历史，而直到2004年能够真正独立存在的二维石墨烯片层由英国曼彻斯特大学的Novoselov等利用胶带剥离高定向石墨的方法获得。到目前为止，石墨烯通过以下几种方法制备：1)化学汽相沉积法(Eizenberg M.，Blakely J.M.Surf.Sci.1970，82，228-236.)；2)外延生长法(Berger C.Song Z.，Li X.，Wu X.et al.Science 2006，312，1191-1196.)；3)机械剥离法(Novoselov K.S.，GeimA.K.，Morozov S.V.，et al.Science 2004，306，666-669.)；4)还原氧化石墨法(Stankovich S.Piner R.D.，Nguyen S.T.，RuoffR.S.Carbon 2006，44，3342-3347.Stankovich S.，PinerR.D.，ChenX.，etal.J.Mater.Chem.2006，16，155-158.)，第四种方法使得大量生产石墨烯应用于复合材料成为可能。在20世纪五六十年代就有大量关于氧化石墨水悬浮液的报道。(Boehm H.P.，Eckel M，Scholz W.Anorg.Allg.Chem.1967，353，236-242.)因为氧化石墨具有亲水性，所以通过超声作用可以完全被剥离形成氧化石墨烯的悬浮液。(Park S.，RuoffR.S.Nat.Nanotechnol.2009，4，217-224.)在水悬浮液中，氧化石墨烯的化学还原能用来大量生产化学改性的石墨烯片层，由此方法制备的石墨烯既有单层的又有多层的。因为石墨烯具有优良的机械性能，电学性能和热学性能，所以最近有很多有关石墨烯/聚合物复合材料报道。目前，石墨烯填料已成功分散到聚苯乙烯，聚丙烯腈，环氧树脂和聚甲基丙烯酸甲酯等基体中。(Stankovich S.，Dikin D.A.，Dommett D.，Kohlhaas K.Et al.Nature2006，442，282-286.Ramanathan T.，Abdala A.A.，Stankovich S.，Dikin D.A.etal.Nat.Nanotechnol.2008，3，327-331.Rafiee M.A.，Rafiee J.，Wang Z.，etal.ACSNano，2009，3，3884-3890.)石墨烯/聚合物复合材料可以实现材料的优势互补或加强。石墨烯可以极大地提高聚合物材料的机械性能，这归因于石墨烯的高的比表面积、强的纳米材料-基体界面作用和sp2杂化碳优良的机械性能，同时，石墨烯/聚合物复合材料具有良好的导电性，可以做成可弯曲的导电薄膜材料，对无线电波有一定的屏蔽能力，可应用于国防军工领域制备抗静电涂层，雷达吸波材料，以及潜艇飞机的隐身材料。另外，石墨烯在制备纳电子场效应晶体管，能源储备和导热材料方面也有很好的应用前景。

目前，聚合物/石墨烯复合材料一般通过溶液、熔融混合以及原位聚合制备，但由于石墨烯易于聚集，到目前为止，实验结果与理论预测仍相距甚远，需要解决的关键问题是石墨烯在聚合物基体中的分散以及界面结合问题。

发明内容