[发明专利]一种功能石墨烯原位聚合聚酯的三元共聚复合材料及其制备方法和专用装置

说明书

本发明公开了一种功能石墨烯原位聚合聚酯的三元共聚复合材料及其制备方法和专用装置，属于复合材料的制备技术领域。该复合材料由二元醇、二元酸和功能石墨烯经酯化、缩聚反应制备而成，二元醇和二元酸的摩尔比为(1.2～2)：1，功能石墨烯的质量占三元共聚复合材料的0.01～2％，三元共聚复合材料的数均分子量为10000～150000。本发明在石墨烯表面引入活性官能团，进而使石墨烯接枝到聚酯链段中，使得石墨烯与聚酯两者之间形成稳定的共价键，利用石墨烯类材料良好的物理机械性能来达到对聚酯分子链的增强作用，进而使复合材料表现出良好的力学性能及综合性能。

技术领域

本发明属于复合材料的制备技术领域，更具体地说，涉及一种功能石墨烯原位聚合聚酯的三元共聚复合材料及其制备方法和专用装置。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)是目前最重要的合成材料之一，可以应用于纤维、薄膜、塑料等领域。PET薄膜以其机械强度高、耐寒耐热性好、收缩性稳定及优良的电绝缘性能和光学性能，被广泛应用于包装、工业、电气、电子、磁性、感光等领域。涤纶是以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)为原料，经过纺丝和后处理制备而成的纤维。涤纶纤维是世界上应用最广泛，产量最大的合成纤维，占据世界合成纤维产量的70％左右。但涤纶纤维的分子链紧密连接，结晶度和取向度高，极性小，因而存在吸湿性差、亲水性差的缺点。

石墨烯是一种新型碳纳米轻质材料，具有独特的单原子层二维晶体结构、高比表面积、高的强度、电导率、热导率，对各类光线的吸收效率高、遮蔽效果理想。石墨烯被誉为“改变21世纪的神奇材料”，随着石墨烯应用领域相关工艺的逐步成熟完善，手机屏幕任意弯曲、电动汽车瞬间充电、电脑屏幕透明薄如白纸这些不可思议的事情将变成现实。石墨烯材料在纺织品功能开发方面同样引起广泛关注，在纺织纤维的聚合或纺丝过程中添加少量的石墨烯可显著改善纤维的力学性能和电学性能。

公开日为2015年10月28日的中国专利201510430677.3公开了一种含部分还原石墨烯的高分子复合功能纤维及其制备方法，该纤维包括A组分、B组分，以部分外露型、并列型或皮芯型相组合，且每根纤维外表面积的20～100％为B组分。该方法是将0.1～1wt％部分还原石墨烯的聚酯和含4～20wt％的含部分还原石墨烯和TiO₂的纳米复合填料的聚酯结晶、干燥后进行熔融复合纺丝，然后在80～160℃下牵伸、松弛热定型，并通过还原处理使纤维中部分还原石墨烯还原至碳/氧原子比达到9/1～15/1即可。该发明制得的纤维可在较高纺丝速度下生产，生产效率高；具有较低单丝纤度、较高强度和较低电阻率，满足抗静电需求；同时具有抗菌和阻燃性能，因而具有良好的应用前景。

公开日为2015年12月30日的中国专利201510680473.5公开了一种石墨烯-涤纶纳米复合纤维的制备方法，包括如下步骤：石墨烯-涤纶聚酯复合母粒的制备步骤及将所述复合母粒制备成石墨烯-涤纶纳米复合纤维的步骤。与现有的其它方法相比：其工艺极为简单，增强材料性能优异而且廉价。另外，石墨烯自身优异的力学性能和功能特性赋予纳米复合纤维高强度和抗静电等功能性。表面修饰和改性后的石墨烯在涤纶聚酯高分子基体里良好的分散性与完美的界面相容性使得石墨烯与涤纶聚酯切片基体材料高效、均匀复合。但是该专利添加的石墨烯含量较大，不利于资源的节约与工业大规模生产。

在石墨烯增强改性聚酯性能方面，尽管国内外均有相关的文献报道，但是均采用共混添加的方式实现，存在添加量大、加工困难、性能提升不明显等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的之一在于提供一种功能石墨烯原位聚合聚酯的三元共聚复合材料，本发明的目的之二在于提供该复合材料的制备方法，本发明的目的之三在于提供制备该复合材料的专用装置。

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：