將0. 5g的氧化石墨加入到500ml水中，在800w的功率下超聲分散30min，得到黃 棕色的氧化石墨稀懸浮液；之后將2. 45g氨水和0. 35g水合肼依次滴加到氧化石墨稀懸浮 液中，置于95°C的油浴中反應3小時；隨著反應的進行，溶液逐漸變成了黑色；之后將反應 體系進行抽慮并用蒸餾水洗滌3次，將清洗后的石墨烯進行冷凍干燥處理，得到化學還原 石墨烯粉末（rGO)，放入儲存器皿中保存。
[0040] 實施例1
[0041] 將三氯化鋁（AlCl3)作為催化劑，加入到等規聚丙烯（PP)與熱還原石墨烯（TrG) 熔融共混體系中，制備具有高含量TrG的PP/TrG復合材料母料。再通過抽提處理，除去母 料種的催化劑，之后將母料與PP共混制得具有較低含量TrG的PP/TrG復合材料，具體原 料及其重量比例如表1所示。
[0042] 具體制備方法如下：
[0043] 第一步，首先按上述組分備料；
[0044] 第二步，將等規PP和熱還原石墨烯（TrG)置于60°C烘箱干燥12小時；
[0045] 然后，將第二步得到的等規PP、TrG投入轉矩流變儀中密煉混合2min，之后再將 AlCl3加入到共混體系中密練混合lOmin，加工溫度為180°C，之后再將復合物從轉矩流變儀 中取出剪碎，制得含有催化劑的PP/TrG復合材料母料。
[0046] 第三步：將上述得到的復合物粉碎后置于索氏抽提器中進行抽提處理，抽提溶劑 為無水乙醇，溫度為75°C，抽提時間為48h，從而去除母料中含有的催化劑。之后將復合物 置于60°C真空干燥箱中干燥24h。
[0047] 第四步：將第三步所得的去除催化劑的母料與PP按照表1所示石墨烯含量進行配 料，之后通過密練的方式進行熔融共混，加工溫度為180°c，之后再將復合物從轉矩流變儀 中取出剪碎，制得含有不同含量TrG的PP/TrG復合材料。
[0048] 將得到的PP/TrG復合材料通過模壓成型壓制成0. 5mm厚的薄片，用以測試材料的 相關性能，模壓溫度為190°C，壓力為lOMPa。
[0049] 比較例1
[0050] 將等規聚丙烯（PP)與熱還原石墨烯（TrG)熔融共混，制備具有高含量TrG的PP/ TrG復合材料母料。之后將母料與PP共混制得具有較低含量TrG的PP/TrG復合材料，具體 原料及其重量比例如表1所示。
[0051] 具體制備方法如下：
[0052] 第一步，首先按上述組分備料；
[0053] 第二步，將等規PP和熱還原石墨烯（TrG)置于60°C烘箱干燥12小時；
[0054] 然后，將第二步得到的等規PP、TrG投入轉矩流變儀中密煉混合12min，加工溫度 為180°C，之后再將復合物從轉矩流變儀中取出剪碎，制得含有催化劑的PP/TrG復合材料 母料。
[0055] 第三步：將第二步所得的母料與PP按照表1所示石墨烯含量進行配料，之后通過 密練的方式進行熔融共混，加工溫度為180°C，之后再將復合物從轉矩流變儀中取出剪碎， 制得含有不同含量TrG的PP/TrG復合材料對比樣。
[0056] 將得到的PP/TrG復合材料通過模壓成型壓制成0. 5mm厚的薄片，用以測試材料的 相關性能，模壓溫度為190°C，壓力為lOMPa。
[0057] 圖1是本發明比較例1與實施例1所制得的聚丙烯/熱還原石墨烯復合材料的SEM 圖（a、b、d、e)和TEM圖（c、f)。圖I (a)和圖I (b)為比較例1制得的填料含量為1.0 wt% 的聚丙稀/熱還原石墨稀復合材料的SEM圖，由圖1和圖2可知，在未經過AlCl3處理的PP/ TrG復合材料體系中，TrG在PP基體中出現了明顯的團聚現象，進一步通過TEM(圖1(c)， 對比例1所得復合材料的TEM圖）觀察發現，TrG片層堆砌明顯，分散不均勻。相比而言， 圖I (d)和圖I (e)為實施例1制得的填料含量為1.0 wt. %的聚丙稀/熱還原石墨稀復合 材料（PP/TrG (Al)-L 0)的SEM圖，根據圖I (d)，圖I (e)可知，實施例1所得的PP/TrG(Al) 復合材料體系中，TrG在PP基體中的團聚體尺寸明顯減小，并且團聚體的數量也顯著降低， 圖1(f)為實施例1所得復合材料的TEM圖，觀察結果發現，TrG在基體中的分散較均勻，大 部分被剝離成單片層石墨烯。
[0058] 圖2 (a)是本發明不同填料含量下PP/TrG (Al)復合材料及純PP的DSC降解曲線 圖；圖2(b)是不同填料含量下PP/TrG復合材料及純PP的DSC降解曲線圖。
[0059] 圖3為不同含量填料下所得的PP/TrG (Al)復合材料和PP/TrG復合材料的氧化誘 導時間。
[0060] 圖4為本發明不同含量填料下所制得的PP/TrG(Al)復合材料、PP/TrG復合材料 在氮氣（a)、（c)和空氣氣氛（b)、⑷下的TGA降解曲線圖。
[0061] 圖2-圖4表明，經過AlCl3處理后制備的PP/TrG(Al)復合材料相比未經過AlCl 3 處理制備的復合材料而言，復合材料的Ti (熱分解溫度）進一步提升，OIT (氧化誘導時間） 也進一步提升。并且由OIT結果可以確定，填料的最佳含量由0. 5wt. %變為0. 2wt. %，這可 能是由于石墨烯在PP基體中的分散得到了提升之后，其抗氧化效率得到了進一步的提升， 從而使得復合材料熱氧穩定性能得到了進一步的提升。
[0062] 表1實施例原料及其重量配比
[0063]
[0065] 表2對比例原料及其重量配比
[0067] 表1、2中，TrG表示熱還原石墨稀，rGO表示化學還原石墨稀。
[0068] 實施例 2-13
[0069] 實施例2-13的原料及其重量配比如表1所示，其制備方法同實施例1.
[0070] 對比例2-4
[0071] 對比例2-4的原料及其重量配比如表2所示，制備方法同比較例1。
[0072] 通過實驗：經過路易斯酸處理后的石墨烯片層在聚合物基體中分散的更加均勻， 團聚體尺寸明顯變小，團聚體數量也顯著降低；同時發現，經過路易斯酸引發劑處理后所得 所得聚合物/石墨烯復合材料較未經過處理的聚合物/石墨烯復合材料體系的Ti高；且 OIT也進一步提高，這表明石墨烯的作用效率明顯提升，這有助于提升聚合物的綜合性能。
【主權項】
1. 一種提高石墨烯在聚合物基體中分散性的方法，其特征在于，在聚合物材料和石墨 烯中引入路易斯酸催化劑，各原料的質量配比為：聚合物材料：石墨烯：路易斯酸催化劑 =100 : 3 ~10 : 0· 1 ~2〇2. 根據權利要求1所述提高石墨烯在聚合物基體中分散性的方法，其特征在于，所述 方法為：將聚合物材料、石墨烯和路易斯酸催化劑于聚合物材料熔點之上熱分解溫度以下 熔融共混。3. 根據權利要求1或2所述提高石墨烯在聚合物基體中分散性的方法，其特征在于，聚 合物材料：石墨稀：路易斯酸催化劑=100 : 3~6 : 0. 5~1 ;優選的，聚合物材料：石 墨烯：路易斯酸催化劑=100 : 4 : 0.8。4. 根據權利要求1~3任一項所述提高石墨烯在聚合物基體中分散性的方法，其特征 在于，所述聚合物材料為聚烯烴、芳香族聚酯、脂肪族聚酯、聚酰胺樹脂、聚苯乙烯、聚甲基 丙烯酸甲酯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛或聚偏二氟乙烯中的一種。5. 根據權利要求4所述提高石墨烯在聚合物基體中分散性的方法，其特征在于，所述 聚烯烴為聚乙烯、聚丙烯及其共聚物；所述芳香族聚酯聚對苯二甲酸丁二醇酯、聚對苯二甲 酸乙二醇酯；所述聚酰胺樹脂為尼龍6、尼龍66、尼龍12、尼龍610或尼龍6T。6. 根據權利要求1~5任一項所述提高石墨烯在聚合物基體中分散性的方法，其特征 在于，所述路易斯酸催化劑為三氯化鋁、三氯化鐵、三氟化硼、三氟甲磺酸中的一種。7. 根據權利要求1~6任一項所述提高石墨烯在聚合物基體中分散性的方法，其特征 在于，所述石墨稀為熱還原石墨稀或還原氧化石墨稀。8. -種聚合物/石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，包括步驟如下： a、 將聚合物材料、石墨烯和路易斯酸催化劑于聚合物材料熔點之上熱分解溫度以下熔 融共混得聚合物/石墨烯/路易斯酸催化劑復合材料；其中，各原料的質量配比為：聚合物 材料：石墨烯：路易斯酸催化劑=100 : 3~10 : 0. 1~2 ; b、 將步驟a所得的聚合物/石墨烯/路易斯酸催化劑復合材料經抽提處理除去路易斯 酸催化劑，得聚合物/石墨稀復合材料母料； c、 將步驟b所得的母料與純聚合物于聚合物熔點之上熱分解溫度以下熔融混合，制備 得聚合物/石墨烯復合材料；其中，石墨烯占聚合物/石墨烯復合材料總質量的〇. 1~2 %。9. 根據權利要求8所述聚合物/石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，步驟b中， 抽提處理前，將步驟a所得的聚合物/石墨烯/路易斯酸催化劑復合材料先進行粉碎處理。10. 根據權利要求9所述聚合物/石墨烯復合材料的制備方法，其特征在于，步驟b中， 抽提溶劑為無水乙醇，抽提溫度為70~80°C，抽提時間為40~50h;優選的，抽提溫度為 75°C，抽提時間為48h。
【專利摘要】本發明提供一種提高石墨烯在聚合物基體中分散的方法，即首先將聚合物、石墨烯和路易斯酸催化劑以100︰3～10︰0.1～2組分配比進行熔融混合，得到聚合物/石墨烯復合材料母料。之后將路易斯酸去除，將制備的母料與聚合物混合得到含有較低石墨烯含量的納米復合材料。所得到的聚合物/石墨烯復合材料與未采用路易斯酸催化劑處理得到的聚合物/石墨烯復合材料相比，前者聚合物基體中石墨烯分散更加均勻，團聚體明顯減少，更加均勻的分散有助于進一步提升復合材料的熱氧穩定性能。
【IPC分類】C08L77/02, C08L67/02, C08K3/04, C08L23/12, C08J3/22, C08L23/06, C08L77/06, C08J3/00
【公開號】CN105400157
【申請號】CN201510916570
【發明人】黃亞江, 楊俊龍, 李光憲, 瞿研
【申請人】四川大學, 常州第六元素材料科技股份有限公司
【公開日】2016年3月16日
【申請日】2015年12月10日