一種改性氧化石墨烯/pmma復合材料的制備方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及一種改性氧化石墨烯/PMMA復合材料的制備方法。
【背景技術】
[0002]石墨烯是一種只有一個原子厚度的二維碳膜，是人們迄今發現的唯一一種由單層原子構成的材料，碳膜中碳原子之間由化學鍵連接成六角網絡，由于碳原子之間的化學鍵由sp2雜化軌道組成，因此石墨烯很頑強，具備可彎折、導電性強、機械強度好、透光性好等其他新材料不具備的優良特性。石墨烯具備非比尋常的導電性能，電阻率很小，電子可以極高效地迀移，這方面性能要比傳統的導體和半導體高很多；電子在石墨烯中迀移不存在電子與原子的碰撞，可以大大減少能量損耗；石墨烯具備極好的透光性，但是不透氣，可以用來開發新一代保護層材料，并且可以用來開發透明電子產品及可穿戴電子產品。石墨烯產品的制備方法多樣，但是存在一些弊端，比如在有機溶劑中的分散性、以及與聚合物之間的相容性較差。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在于提供一種改性氧化石墨烯/PMMA復合材料的制備方法，以克服現有技術中的不足。
[0004]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0005]本申請實施例公開了一種改性氧化石墨烯/PMMA復合材料的制備方法，以氨基封端的聚對苯二甲酰對苯二胺低聚物為改性劑，先對氧化石墨烯進行表面改性，再利用水合肼為還原劑對改性后的氧化石墨烯進行還原，得到改性的石墨烯，然后將制備的改性石墨烯溶解在NMP中進行完全剝離，然后將溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中，改性石墨稀的用量為0.1?0.2wt%。
[0006]優選的，在上述的改性氧化石墨烯/PMMA復合材料的制備方法中，采用溶液共混法將溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中。
[0007]優選的，在上述的改性氧化石墨烯/PMMA復合材料的制備方法中，所述氧化石墨烯的制備方法包括:取I?1.5重量份石墨粉作為石墨原料與濃硫酸及2?3重量份高錳酸鉀混合均勻，置于密閉反應容器中，于40?80°C水浴加熱條件下攪拌反應4?6h，經減壓、抽濾、洗滌后，將過慮物真空干燥、研磨，將干燥研磨后的產物超聲分散于去離子水中，加入鹽酸調節PH小于3，加入I?3重量份高錳酸鉀于O?10°C攪拌反應4?6h，加入過氧化氫，升溫至20?30°C水浴攪拌反應2?4h，于室溫下將懸濁液進行離心沉降，去除上層清液，沉降物中加入去離子水并攪拌后進行離心沉降，去除上層清液，取沉降物加入無水乙醇，攪拌后，進行離心沉降，取沉降物無水乙醇洗滌，將沉降物干燥處理，分散于去離子水中噴霧干燥即得氧化石墨烯。
[0008]優選的，在上述的改性氧化石墨烯/PMMA復合材料的制備方法中，改性氧化石墨烯/PMMA復合材料的制備方法具體包括:將對苯二胺和對苯二甲酰氯分別溶解在NMP中，冷卻，然后將對苯二甲酰氯溶液滴加到對苯二胺溶液中進行充分反應聚合，得到氨基封端的PPTA低聚物，將氧化石墨烯分散在水中進行氧化石墨烯水溶液，然后將氧化石墨烯溶液加入到PPTA溶液中，加入DCC作為催化劑，在氮氣氣氛中反應20?24小時，反應結束后加入水合肼反應3?5小時，產物經洗滌抽濾后干燥處理，獲得目標產品。
[0009]優選的，在上述的改性氧化石墨烯/PMMA復合材料的制備方法中，所述對苯二胺和對苯二甲酰氯的摩爾比為3:2?4:3。
[0010]與現有技術相比，本發明的優點在于:本發明通過的簡單的一步聚合得到氨基封端的PPTA聚合物，并直接接枝到氧化石墨烯，得到改性后的石墨烯，改性后的石墨烯在有機溶劑中表現出了良好的分散性，同時PPTA上含有的極性基團以及苯環的結構，使之能與許多聚合物具有良好的相容性。由上述改性的氧化石墨烯制備的復合材料具有良好的機械性能。
【附圖說明】
[0011]為了更清楚地說明本申請實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本申請中記載的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0012]圖1所示為本實施例中氧化石墨烯和改性石墨烯的XRD衍射圖；
[0013]圖2所示為本實施例中所獲得復合材料的光學顯微鏡圖。
【具體實施方式】
[0014]本發明通過下列實施例作進一步說明:根據下述實施例，可以更好地理解本發明。然而，本領域的技術人員容易理解，實施例所描述的具體的物料比、工藝條件及其結果僅用于說明本發明，而不應當也不會限制權利要求書中所詳細描述的本發明。
[0015](I)、取Ig石墨粉作為石墨原料與1ml濃硫酸及3g份高錳酸鉀混合均勻，置于密閉反應容器中，于40°C水浴加熱條件下攪拌反應6h，經減壓、抽濾、洗滌后，將過慮物真空干燥、研磨。將干燥研磨后的產物超聲分散于1ml去離子水中，加入鹽酸調節PH小于3，加入Ig高錳酸鉀于0°C攪拌反應4h，加入5ml過氧化氫，升溫至20°C水浴攪拌反應2h，于室溫下將懸濁液進行離心沉降，去除上層清液，沉降物中加入去離子水并攪拌5min后進行離心沉降，去除上層清液，重復加入去離子水并離心的過程I次，取沉降物加入無水乙醇，攪拌5min后，進行離心沉降，取沉降物重復無水乙醇洗滌I次后，將沉降物干燥處理，分散于去離子水中噴霧干燥即得氧化石墨烯。
[0016](2)、將對苯二胺1.5mmol和對苯二甲酰氯Immol分別溶解在50mlNMP中，冷卻至0°C，然后將對苯二甲酰氯溶液滴加到對苯二胺溶液中進行充分反應聚合，得到氨基封端的PPTA低聚物。將氧化石墨烯分散在水中進行氧化石墨烯水溶液，然后將氧化石墨烯溶液加入到PPTA溶液中，加入5mgDCC作為催化劑，在氮氣氣氛中80°C下反應20小時，反應結束后加入0.1ml水合肼反應3小時，產物經洗滌抽濾后干燥處理，獲得目標產品。
[0017](3)、將步驟⑵制備的改性石墨烯溶解在NMP中進行完全剝離，然后通過溶液共混法將溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中，改性石墨烯的用量為0.2wt%。
[0018]圖1所示為本實施例中氧化石墨烯和改性石墨烯的XRD衍射圖，從圖中可以看出石墨烯表面接枝的PPTA能擴大石墨烯的層間距，而層間距的擴大有利于有機溶劑分子插入到石墨烯層間，從而有利于FGS在有機溶劑中的分散。
[0019]圖2所示為所獲得復合材料的光學顯微鏡圖。從圖中可以看出，石墨烯均勻的成無序狀態分散在聚合物中，形成致密的三維網格結構。
[0020]對所獲得的復合材料的機械性能進行測試，其模量和強度分別達到1.96Gpa和50.6MPa0
[0021]在此，還需要說明的是，為了避免因不必要的細節而模糊了本發明，在附圖中僅僅示出了與根據本發明的方案密切相關的結構和/或處理步驟，而省略了與本發明關系不大的其他細節。
[0022]最后，還需要說明的是，術語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。
【主權項】
1.一種改性氧化石墨烯/PMMA復合材料的制備方法，其特征在于:以氨基封端的聚對苯二甲酰對苯二胺低聚物為改性劑，先對氧化石墨烯進行表面改性，再利用水合肼為還原劑對改性后的氧化石墨烯進行還原，得到改性的石墨烯，然后將制備的改性石墨烯溶解在NMP中進行完全剝離，然后將溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中，改性石墨烯的用量為 0.1 ?0.2wt%o2.根據權利要求1所述的改性氧化石墨烯/PMMA復合材料的制備方法，其特征在于:采用溶液共混法將溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中。3.根據權利要求1所述的改性氧化石墨稀/PMMA復合材料的制備方法，其特征在于:所述氧化石墨烯的制備方法包括:取I?1.5重量份石墨粉作為石墨原料與濃硫酸及2?3重量份高錳酸鉀混合均勻，置于密閉反應容器中，于40?80°C水浴加熱條件下攪拌反應4?6h，經減壓、抽濾、洗滌后，將過慮物真空干燥、研磨，將干燥研磨后的產物超聲分散于去離子水中，加入鹽酸調節PH小于3，加入I?3重量份高錳酸鉀于O?10°C攪拌反應4?6h，加入過氧化氫，升溫至20?30°C水浴攪拌反應2?4h，于室溫下將懸濁液進行離心沉降，去除上層清液，沉降物中加入去離子水并攪拌后進行離心沉降，去除上層清液，取沉降物加入無水乙醇，攪拌后，進行離心沉降，取沉降物無水乙醇洗滌，將沉降物干燥處理，分散于去離子水中噴霧干燥即得氧化石墨烯。4.根據權利要求1所述的改性氧化石墨稀/PMMA復合材料的制備方法，其特征在于:改性氧化石墨烯/PMMA復合材料的制備方法具體包括:將對苯二胺和對苯二甲酰氯分別溶解在NMP中，冷卻，然后將對苯二甲酰氯溶液滴加到對苯二胺溶液中進行充分反應聚合，得到氨基封端的PPTA低聚物，將氧化石墨烯分散在水中進行氧化石墨烯水溶液，然后將氧化石墨烯溶液加入到PPTA溶液中，加入DCC作為催化劑，在氮氣氣氛中反應20?24小時，反應結束后加入水合肼反應3?5小時，產物經洗滌抽濾后干燥處理，獲得目標產品。5.根據權利要求4所述的改性氧化石墨稀/PMMA復合材料的制備方法，其特征在于:所述對苯二胺和對苯二甲酰氯的摩爾比為3:2?4:3。
【專利摘要】本申請公開了一種改性氧化石墨烯/PMMA復合材料的制備方法，以氨基封端的聚對苯二甲酰對苯二胺低聚物為改性劑，先對氧化石墨烯進行表面改性，再利用水合肼為還原劑對改性后的氧化石墨烯進行還原，得到改性的石墨烯，然后將制備的改性石墨烯溶解在NMP中進行完全剝離，然后將溶解改性石墨烯的NMP溶液分散在PMMA中，改性石墨烯的用量為0.1～0.2wt％。本發明通過的簡單的一步聚合得到氨基封端的PPTA聚合物，并直接接枝到氧化石墨烯，得到改性后的石墨烯，改性后的石墨烯在有機溶劑中表現出了良好的分散性，同時PPTA上含有的極性基團以及苯環的結構，使之能與許多聚合物具有良好的相容性。由上述改性的氧化石墨烯制備的復合材料具有良好的機械性能。
【IPC分類】C08K3/04, C01B31/04, C08L33/12, C08K9/04
【公開號】CN105153614
【申請號】CN201510527280
【發明人】仲崇明, 汪衛幫
【申請人】蘇州卓偉企業管理咨詢有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月26日