聚苯乙烯為鉸鏈的多層功能化石墨烯納米雜化材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種聚苯乙烯（PS)為鉸鏈的多層功能化石墨烯納米雜化材料及其制 備方法，特別是一種熱穩定性增強的PS為鉸鏈一鍋化學修飾氧化石墨烯的納米雜化材料 及其制備方法，屬于材料制備領域。
【背景技術】
[0002] 石墨烯（Graphene)自2004年被發現以來，源于其優異的物化性能，已經受到了全 世界研究者的關注。完整的石墨烯是由單層碳原子組成的六方蜂巢狀二維納米材料。由于 其表面不含有功能性基團，因此石墨烯既不親水也不親油，在溶劑中幾乎不分散，因此很難 應用在聚合物納米復合材料中，難于工業化大量生產。
[0003] 為了改善石墨烯的表面性質及與其他基體的相容性，以氧化石墨烯為前驅體的化 學共價及非共價功能化制備技術已經得到了各國學者的廣泛研發，并已成為不可或缺的重 要方法之一。
[0004] 氧化石墨烯（Graphene oxide, G0) -般是通過經典的改進的Hummers深度氧化法 進行制備得到的。由于其表面和邊緣含有大量的羥基、環氧基、羧基等活性含氧功能基團 (根據Lerf-Klinowski模型），可以進一步與其他分子進行化學反應，有利于宏量制備功能 化石墨烯。
[0005] 然而，G0表面的含氧基團使其熱穩定性低，受熱極易降解，失重溫度區間窄。各 國研究者已經構建了不同種類的功能化石墨烯納米材料，主要包括異氰酸酯法、酯化、酰胺 化、硅烷化法、親核取代及相轉移技術等。實現功能化石墨烯兼具高分散性及高熱穩定性 等一系列科學問題，亦成為目前最重要和最具挑戰的工作之一。（l.Niyogi S，Bekyarova E，Itkis M E，et al. Solution Properties of Graphite and Graphene. J. Am. Chem. Soc.，2006, 128 (24) : 7720 ?7721. 2. Zhang SP，Xiong P，Yang，XJ，Wang，X. Novel PEG functionalized graphene nanosheets:enhancement of dispersibility and thermal stability. Nanoscale，2011，3:2169-2174.)。
[0006] 但在上述方法中，文獻中主要采用基于GO的表面含氧基團的反應多為共價功能 化或者非共價功能化。合成過程中，步驟繁多，操作繁瑣，污染高，難于工業化大規模生產。 而非共價功能化研究相對較少，且合成過程中多采用聚合物大分子進行G0的包覆，合成過 程中，較少伴隨共價修飾，調控性能較差。尤其制備新的特殊結構的雜化材料，經常遇到通 過常規合成路線很難得到最終產物的窘境。
【發明內容】
[0007] 本發明針對現有技術存在的反應溫度高、操作繁瑣、步驟繁多等不足；尤其通過按 部就班的合成路線得不到目標產物的情況下，提供一種聚苯乙烯（PS)為鉸鏈的多層功能 化石墨烯納米雜化材料。
[0008] 本發明的另一目的是提供聚苯乙烯（PS)為鉸鏈的多層功能化石墨烯納米雜化材 料的制備方法。
[0009] 實現本發明目的的技術解決方案為：聚苯乙烯（PS)為鉸鏈的多層功能化石墨烯 納米雜化材料，其結構通式如下：
【主權項】
1. 一種聚苯己帰為較鏈的多層功能化石墨帰納米雜化材料，其特征在于，所述雜化材 料具有W下結構：
〇
2. 根據權利要求1所述的聚苯己帰為較鏈的多層功能化石墨帰納米雜化材料，其特征 在于，所述雜化材料通過W下步驟制備： 步驟1、W天然鱗片石墨粉制備氧化石墨固體； 步驟2、超聲下，制備氧化石墨帰DMF息浮液，氧化石墨和DMF溶劑的比為7. 5?15mg/ mL ； 步驟3、制備駿基活化的氧化石墨帰GOCl ; 步驟4、配制CDs和PS的DMF溶液，其中，CDs與PS的質量比為巧0:1)?（1 ;50)，CDs 與 DMF 的比為 0. 67 ?120mg/mL ; 步驟5、將步驟3得到的G0-C1與步驟4中配制的溶液混合，加熱攬拌反應，其中，氧化 石墨帰與CDs的質量比為（30 ;1)?（1 ;30); 步驟6、減壓過濾、洗涂、干燥后即得到功能化石墨帰納米雜化材料。
3. 根據權利要求2所述的聚苯己帰為較鏈的多層功能化石墨帰納米雜化材料，其特征 在于，步驟1中所述的氧化石墨固體采用改進后的Hummers方法制備。
4. 根據權利要求2所述的聚苯己帰為較鏈的多層功能化石墨帰納米雜化材料，其特征 在于，步驟2中所述的超聲時間為3?lOh。
5. 根據權利要求2所述的聚苯己帰為較鏈的多層功能化石墨帰納米雜化材料，其特征 在于，步驟3中所述的G0-C1是通過向氧化石墨帰DMF息浮液中加入過量的二氯亞諷后在 70-9(TC下反應至少一天，減壓蒸觸W除去多余的S0C12后得到。
6. 根據權利要求5所述的聚苯己帰為較鏈的多層功能化石墨帰納米雜化材料，其特征 在于，所述的氧化石墨與二氯亞諷的用量比不大于lOmg/mL。
7. 根據權利要求2所述的聚苯己帰為較鏈的多層功能化石墨帰納米雜化材料，其特征
在于，步驟5中在所述的反應溫度為90?15(TC ;所述的攬拌反應時間為1?3天。
8. -種聚苯己帰為較鏈的多層功能化石墨帰納米雜化材料的制備方法，其特征在于， 所述方法包括W下步驟： 步驟1、W天然鱗片石墨粉制備氧化石墨固體； 步驟2、超聲下，制備氧化石墨帰DMF息浮液，氧化石墨和DMF溶劑的比為7. 5?15mg/ mL ； 步驟3、制備駿基活化的氧化石墨帰GOCl ; 步驟4、配制CDs和PS的DMF溶液，其中，CDs與PS的質量比為巧0:1)?（1 ;50)，CDs 與 DMF 的比為 0. 67 ?120mg/mL ; 步驟5、將步驟3得到的G0C1與步驟4中配制的CDs和PS的DMF溶液混合，加熱攬拌 反應，其中，氧化石墨帰與CDs的質量比為（30 ;1)?（1 ;30); 步驟6、減壓過濾、洗涂、干燥后即得到功能化石墨帰納米雜化材料。
9. 根據權利要求8所述的聚苯己帰為較鏈的多層功能化石墨帰納米雜化材料的制備 方法，其特征在于，步驟1中所述的氧化石墨固體采用改進后的Hummers方法制備；步驟2 中所述的超聲時間為3?lOh ;步驟3中所述的G0-C1是通過向氧化石墨帰DMF息浮液中 加入過量的二氯亞諷在7〇-9(TC下反應至少1天后，減壓蒸觸除去多余的S0C12后得到，其 中所述的氧化石墨與二氯亞諷的比不大于lOmg/mL。
10. 根據權利要求8所述的聚苯己帰為較鏈的多層功能化石墨帰納米雜化材料的制備 方法，其特征在于，步驟5中所述的反應溫度為90?15CTC ;所述的攬拌反應時間為1?3 天。
【專利摘要】本發明公開了一種聚苯乙烯為鉸鏈的多層功能化石墨烯納米雜化材料及其制備方法。本發明科學結合了共價及非共價有機修飾技術，一鍋構建了具有熱穩定性能增強效應的納米雜化材料，且可以通過改變環糊精種類及反應溫度來調節雜化材料上PS的負載量；該功能化雜化材料合成步驟簡單、高效，后處理簡潔，易于大量制備。聚苯乙烯是一種應用十分廣泛的聚合物，可廣泛用于輕工、電氣等領域作為絕緣材料、隔熱保溫材料，透明薄膜、電容器介質層等。但也同時存在性脆和耐熱性低等顯著缺點。本發明由PS作為鉸鏈，將大大增加該石墨烯材料與PS的相容性，在復合材料領域具有潛在的應用價值；尤其適用于作為納米填料制備耐熱型阻燃聚合物納米復合材料。
【IPC分類】C08L25-06, C08K9-04, C08K3-04, C01B31-04
【公開號】CN104592660
【申請號】CN201410462836
【發明人】張樹鵬, 高娟娟, 張馨方, 葉惠麗, 俞春培, 宋海歐, 錢悅月, 姚冬婷, 余榮兵
【申請人】南京理工大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2014年9月11日