一種復合物及其制備方法以及一種高分子材料及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及材料技術領域，尤其涉及一種復合物及其制備方法以及一種高分子材 料及其制備方法。
【背景技術】
[0002] 納米碳材料是指分散相尺度至少有一維小于100nm的碳材料。分散相既可以由碳 原子組成，也可以由異種原子(非碳原子)組成，甚至可以是納米孔。納米碳材料主要包括碳 納米管，碳納米纖維，納米碳球及石墨稀。
[0003] 石墨烯是一種由碳原子構成的單層片狀結構的材料。石墨烯幾乎是完全透明的， 只吸收2.3%的光；導熱系數高達5300W/m · K，高于碳納米管和金剛石;石墨烯常溫下的電 子迀移率超過15000cm2/V · s，超過納米碳管或娃晶體;石墨稀的電阻率只有10-8Ω · m，比 銅或銀更低，為世上電阻率最小的材料。由于石墨烯具有透明性好，電阻率小，電子迀移速 度快等優點，可用來制造透明觸控屏幕、光板、以及太陽能電池。
[0004] 目前，石墨烯的制備方法主要有機械剝離法、化學氣相沉積法、熱解外延生長法 等，其中，化學氣相沉積法制備石墨烯簡單易行，可以得到大面積高質量的石墨烯。
[0005] 現有技術雖然有用生物質原料制備石墨烯的記載，但是都偏重于得到純度較高的 石墨烯，并且偏向于石墨烯的sp2雜化程度比較高、片層薄、導電率高的特點，并且現有技術 中，對于石墨烯的技術認知為石墨烯純度越高越好。
[0006] 另一方面，利用現有技術的制備方法制備得到的石墨烯，在應用中，尤其是將其引 入高分子材料，對高分子材料進行改性的應用中，為了使其和高分子材料更好的結合，一般 需要對石墨烯進行前期改性或活化等處理，使石墨烯表面具有足夠的活性官能團或者能夠 使石墨烯更好的與高分子材料進行復合，以實現石墨烯能夠帶來的特點。
【發明內容】
[0007] 有鑒于此，本發明要解決的技術問題在于提供一種復合物及其制備方法以及一種 高分子材料及其制備方法，制備的復合物具有優異的遠紅外效果和抗菌抑菌效果。
[0008] 本發明提供了一種含碳納米結構的復合物，含有石墨烯、無定形碳和非碳非氧元 素；
[0009] 所述非碳非氧元素包括Fe、Si和A1元素；
[0010] 所述非碳非氧元素含量為復合物的0.5wt %~6wt %。
[0011] 優選的，所述非碳非氧元素還包括？、〇8、似、附、]\111、1(、]\^、0、5和&3中的任意一種 或多種。
[0012] 優選的，所述非碳非氧元素以單質和/或化合物的形式存在。
[0013] 優選的，所述非碳非氧元素以單質、氧化物或碳化物中的任意1種或幾種的形式吸 附在碳納米結構的表面或內部。
[0014]優選的，所述復合物中碳元素含量2 80wt %。
[0015] 優選的，所述非碳非氧元素占復合物的1.5wt %~5wt %。
[0016] 優選的，所述石墨烯具有厚度在100nm以下的碳的六元環蜂窩狀片層結構。
[0017] 本發明還提供了一種含碳納米結構的復合物的制備方法，包括：
[0018] (1)在催化劑的作用下，將生物質碳源進行催化處理，得到前驅體；
[0019] (2)在保護性氣體的條件下，將所述前驅體在140°C~180°C保溫1.5h~2.5h，得到 第一中間體；
[0020] (3)在保護性氣體的條件下，將所述第一中間體升溫至350°C~450°C保溫3h~4h， 得到第二中間體；
[0021] (4)在保護性氣體的條件下，將所述第二中間體升溫至1100°C~1300°C保溫2h~ 4h，得到第二中間體；
[0022 ] (5)將所述第三中間體依次堿洗、酸洗、水洗，得到復合物；
[0023] 所述步驟(3)、（4)中的升溫速率為14°C/min~18°C/min。
[0024] 本發明還提供了一種高分子材料，包括上述復合物，或上述制備方法制備得到的 復合物。
[0025] 本發明還提供了 一種高分子材料的制備方法，包括：
[0026] 將上述復合物，或上述制備方法制備得到的復合物直接與高分子原材料進行復 合，無需對所述復合物進行活化或改性；
[0027] 所述高分子原材料為橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復合材料中的任 意一種或多種。
[0028] 本發明還提供了上述高分子材料在針織、床上用品、家居、汽車制品、家具、管材、 型材、服裝領域的應用。
[0029] 與現有技術相比，本發明提供了一種含碳納米結構的復合物，含有石墨烯、無定形 碳和非碳非氧元素;所述非碳非氧元素占復合物的〇. 5wt %~6wt %。本發明通過控制復合 物中非碳非氧元素含量，獲得了優異的遠紅外效果和抗菌抑菌效果，其遠紅外性能的法向 發射率達到〇 . 85以上，抑菌率達到95 %以上。同時，本發明公開的含有碳納米結構的復合 物，在加入量較低的情況下，應用于高分子材料中，對高分子材料進行改性，不需對其進行 前期改性和活化處理，就可以實現帶來顯著的遠紅外性能和抗菌殺菌性能。既克服了現有 技術中需要對石墨烯進行純化，并且純度越高效果越好的技術偏見;又克服了現有技術中， 將石墨稀引入尚分子材料中時，必須將石墨稀進彳丁如處理，例如活化、改性等等的技術難 題。
【附圖說明】
[0030] 圖1是本發明實施例1制備的含有碳納米結構的復合物的透射電鏡圖；
[0031 ]圖2是本發明實施例2制備的含有碳納米結構的復合物的透射電鏡圖；
[0032] 圖3是本發明實施例3制備的含有碳納米結構的復合物的透射電鏡圖。
【具體實施方式】
[0033] 本發明提供了一種含碳納米結構的復合物，所述復合物含有石墨烯、無定形碳和 非碳非氧元素；
[0034] 所述非碳非氧元素包括Fe、Si和A1元素；
[0035] 所述非碳非氧元素含量為復合物的0.5wt %~6wt %。
[0036] 本發明通過控制復合物中非碳非氧元素含量，獲得了優異的遠紅外效果和抗菌抑 菌效果，其遠紅外性能的法向發射率達到〇. 85以上，抑菌率達到95 %以上。同時，本發明公 開的含有碳納米結構的復合物，在加入量較低的情況下，應用于高分子材料中，對高分子材 料進行改性，不需對其進行前期改性和活化處理，就可以實現帶來顯著的遠紅外性能和抗 菌殺菌性能。既克服了現有技術中需要對石墨烯進行純化，并且純度越高效果越好的技術 偏見;又克服了現有技術中，將石墨烯引入高分子材料中時，必須將石墨烯進行前處理，例 如活化、改性等等的技術難題。
[0037] 本發明提供了一種含碳納米結構的復合物，所述復合物含有石墨烯、無定形碳和 非碳非氧元素；
[0038] 其中，所述非碳非氧元素占復合物的0.5wt%~6wt%，優選占1.5wt%~5wt%，更 優選為2wt%~5wt%，進一步優選為2.3wt%~4.5wt% ;在本發明的某些具體實施例中，所 述非碳非氧元素的含量為〇.7wt%、1 · lwt%、1.3wt%、1.6wt%、2wt%、2.8wt%、3.5wt%、 4 · 2wt %、5 · 3wt % 或5 · 8wt %。
[0039] 所述復合物中的非碳非氧元素包括Fe、Si和A1元素;優選還包括P、Ca、Na、Ni、Mn、 1(、1^、0、3或(：〇中的任意一種或多種 ;所述非碳非氧元素以單質、化合物中的任意1種或至 少2種的組合的形式存在。所述化合物典型但非限制性的包括碳化物、氧化物等。
[0040] 本發明提供的碳納米結構中，除了碳元素和氧元素，所含有的其他元素可以是P、 Mn、K的組合，？、3丨^1、恥小6、附的組合，〇3、3丨、？6^1、恥、附的組合，？、3丨^1、恥小6、1(的組 合，3;[、？6、03、41、]\111、0的組合等。
[0041] 本發明制備得到的含碳納米結構的復合物中含有多種成分，各成分之間的作用緊 密相連，起到相互協同輔助的作用，因此非碳非氧元素含量對于復合物所能起到的作用是 很重要的。
[0042] 所述復合物中碳元素的含量2 80wt%，優選85wt%~97wt%，進一步優選90wt% ~95wt% ;在本發明的某些具體實施例中，所述碳元素的含量為82wt%、86wt%、89wt%、 91wt%、94wt%、97wt%或99wt%。
[0043] 本發明中，所述非碳非氧元素、碳元素的含量可以通過元素分析測定。
[0044]所述含有碳納米結構的復合物遠紅外檢測法向發射率大于0.80，優選大于0.85， 更優選大于〇. 88;在本發明的某些具體實施例中，其遠紅外檢測法向發射率為0.81、0.83、 0·84、0·86、0·87、0·88、0·89、0·91、0·92、0·93。
[0045]所述復合物在拉曼光譜下碳元素 G峰與D峰峰高比值大于1，優選為1~20,更優選 為2~20，更優選3~20，進一步優選5~20，特別優選7~20，最優選10~20;在本發明的某些 具體實施例中，所述比值為2、5、7、8、10、12、13、16、18。
[0046]拉曼光譜下碳元素 G峰體現了sp2雜化程度;D峰體現了晶格缺陷，例如sp3的碳結 構。
[0047]本發明提供的碳納米結構的復合物是一種以碳元素為主的含有雜質元素的復合 物，其中碳元素主要以sp2雜化的形式存在。
[0048] 本發明中，所述石墨烯含量為含碳總量的10%以上，優選10%~80%。
[0049]所述石墨烯具有厚度在100nm以下的碳的六元環蜂窩狀片層結構，優選具有厚度 在20nm以下的碳的六元環蜂窩狀片層結構，進一步優選具有層數為1~10層碳的六元環蜂 窩狀片層結構中的任意1種或至少2種的組合，優選單層、雙層或3~10層結構的中的任意1 種或至少2種的組合。
[0050] 優選地，所述石墨烯中碳的六元環蜂窩狀片層結構微觀上呈現翹曲、卷曲、折疊構 象中的任意1種或至少2種的組合。
[0051] 關于復合物中的片層結構的微觀形貌典型的可以通過電子顯微鏡觀察獲得，可以 是透射電鏡或掃描電鏡。
[0052] 層數多于10層，厚度在lOOnm以內碳的六元環蜂窩狀片層結構，稱為石墨稀納米片 層，以生物質為碳源