[发明专利]一种石墨烯基改性剂的制备方法、含该石墨烯基改性剂的高屏蔽网络线缆材料

说明书

本发明提供的石墨烯基改性剂制备方法，包括以下步骤：将氧化石墨烯分散于有机溶剂中，得氧化石墨烯悬浮液；将酯化修饰剂加入氧化石墨烯悬浮液中，并加入浓硫酸，加热回流1‑3小时；反应结束后，静置分层，除去上层清液，收集、洗涤并干燥产物，得酯化修饰的氧化石墨烯；将酯化修饰的氧化石墨烯与硅烷偶联剂高速搅拌5‑30min，得石墨烯基改性剂。本发明通过酯化修饰氧化石墨烯，并将其应用于线缆料中可较大幅度提高线缆屏蔽水平，并提高线缆阻燃性能。

技术领域

本发明属于高分子材料技术领域，涉及一种石墨烯基改性剂的制备方法、含该石墨烯基改性剂的高屏蔽网络线缆材料。

背景技术

随着电子信息产业的迅猛发展，电子电气设备已在各行各业中得到了广泛应用。然而，它们在给人们的生活提供极大便利的同时，也暴露出了严重的电磁污染问题。相关研究证实，电子电气设备发出的电磁波不但会干扰其他仪器设备的正常工作，而且还可能导致信息泄露，甚至危害人体健康。电磁屏蔽，即电磁波传播到电磁屏蔽材料表面时，利用屏蔽材料的反射、吸收、衰减等使电磁辐射场产生的电磁波不能进入被屏蔽区域。电缆屏蔽一方面可以减少电缆内部传输信号的泄漏，降低对外的电磁辐射污染，使信息更加保密；另一方面可以有效地防止外部电磁环境对电缆内信号产生干扰，保证信号传输的质量。根据电磁屏蔽的机理，介质通常以反射损耗、吸收损耗及多重反射损耗等机制实现对电磁波的屏蔽和损耗。对非磁介质而言，在介质表面形成的连续导电通路会对电磁波形成有效的反射损耗；而介质中的带电偶极子以及有效地漏电流通路，能够有效地对电磁波能量进行转化，通常以转化为电能或热能形式对电磁波进行吸收损耗。对于磁性介质而言，磁偶极的偏转或共振是对电磁波实现吸收损耗的主要形式。多重反射损耗一般出现在多异质界面的介质中，通过电磁波在介质内部多次折射/反射的方式增加电磁波在介质中的传播距离，从而实现电磁波能量转化和衰减。因此，介质的电磁屏蔽性能可以认为是以上3种形式的总和。

石墨烯自发现以来，就因其优异的性能而受到了国内外材料学家的广泛关注。作为最理想的新型二维纳米材料，石墨烯具有突出性能，比如极大的比表面积、超高的强度、优良的导电性等。石墨烯中的每个碳原子都具有一个形成于垂直平面π轨道的未成键π电子，且π电子可在该π轨道中自由移动，所以石墨烯具有出色的导电性能。研究表明，在室温下，石墨烯载流子的迁移率相当于光速的1/300，可达到15000cm²/(V·s)，远远高于其他半导体材料(如锑化铟、砷化镓、硅半导体等)。这使得石墨烯中电子的性质和相对论中中微子的性质非常相似。此外，电子能在晶格中无障碍移动，不会发生散射，使其具有良好的电子传输性质。石墨烯可应用于电缆料中以改善电力电缆的电磁屏蔽性，如中国专利申请CN105131408A公布的由石墨烯纳米片及乙烯一醋酸乙烯酯制得石墨烯半导体屏蔽料，体积电阻率减小，半导体性能显著改善。

然而，石墨烯层之间由于大π键共轭作用下范德华力较弱，且巨大的比表面积导致石墨烯极易团聚，影响其优异性能的体现。因此，必须对石墨烯进行改性或功能化，以提高其稳定性和分散性，防止其不可逆聚集。氧化石墨烯的制备解决了石墨烯不易分散的难题，进一步拓宽了石墨烯的应用。氧化石墨烯是石墨通过一系列氧化、超声剥离等手段得到的墨绿色粉状衍生物，其结构呈单层片状晶体，由碳原子排列六元环网状结构，有较大的比表面积和大π共轭结构，片层两面都可通过共价和非共价作用与金属、非金属、高分子聚合物等结合，因此拥极高负荷量。氧化石墨烯摆脱了层与层之间范德华力的束缚，单层碳原子层上还连接有许多含氧官能团，特别是每一层的边缘连有大量羧基和羟基，这使氧化石墨烯易与极性分子相结合并稳定存在。但是氧化石墨烯在电缆料中的应用依旧不能满足市场对性能需求。

发明内容

本发明针对上述现有技术中的不足之处，提供一种石墨烯基改性剂的制备方法、由该制备方法获得石墨烯基改性剂以及含该石墨烯基改性剂的高屏蔽网络线缆材料，通过酯化修饰氧化石墨烯，并将其应用于线缆料中可较大幅度提高线缆屏蔽水平，并提高线缆阻燃性能。

本发明的第一个方面是提供一种石墨烯基改性剂的制备方法，包括以下步骤：