[发明专利]一种氧化石墨烯/聚苯乙烯纳米复合材料及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种高分子复合材料及其制备方法，具体地说是以水为分散介质，以氧化石墨烯纳米片为固体表面活性剂，在盐的协同稳定作用下，简单、有效的制备了稳定的Pickering乳液，经原位乳液聚合后，得到氧化石墨烯/聚苯乙烯纳米复合材料。

二、背景技术

由于石墨烯在力学、量子和电学方面的特殊性质，近来石墨烯/聚合物复合材料的制备受到人们越来越多的关注。

氧化石墨被认为是大规模合成石墨烯的战略起点，自1859年Brodie制备得到后，就得到了广泛的研究。氧化石墨烯（GO）是氧化石墨进一步剥离后的单原子层物质（厚度为约1nm），是具有准二维结构的石墨烯的前躯体，与昂贵的富勒烯和碳纳米管相比，其价格低廉，原料易得，有望成为聚合物纳米复合材料的优质填料。在结构上，氧化石墨烯是由疏水性的未氧化的芳香族区域的基面（基面上含有许多羟基基团和环氧基基团）和亲水性的羧基基团的边缘组成，从中央到边缘呈现疏水至亲水的性质分布(Lerf，A.,et al.Structure of graphite oxide revisited.J.Phys.Chem.B,1998,102:4477-4482)。氧化石墨烯纳米片因具有可离子化的边缘：-COOH基团，使得其在水中具有优越的分散性，长期以来GO也因此被人们视为亲水性物质，但是近期的研究结果表明，GO实际上具有两亲性，能够降低界面间的能量，起到界面活性剂的作用。如：Huang用简单的摇震的方法(Jiaxing Huang,et al.Graphene oxide sheets at interfaces.J.Am.Chem.Soc.,2010,132:8180-8186)以及Sharif等使用高功率超声法(Sharif，F.,et al.Self assembly of graphene oxide at the liquid–liquid interface:A new route to the fabrication of graphene based composites.Soft Matter,2011,7:3432-3440)制备出了Pickering乳液和相应的氧化石墨烯/聚合物复合材料，但在操作上和能耗等方面离实际工业生产还有一定的差距。

目前，氧化石墨烯与聚合物的复合主要是采用机械混合的方法：一般先在一定的条件下合成出高分子材料，然后再将其添加到氧化石墨烯片层中，进行机械混合。该方法的缺点是氧化石墨烯片与聚合物的无力结合界面状况不佳，且分散性不均匀。这使得氧化石墨烯/聚合物复合材料中的单一材料的性能，尤其是氧化石墨烯的特性，很难在复合材料中较好发挥，复合材料的综合性能不高；另外该方法操作步骤繁琐、制备条件较苛刻，从而限制了其进一步的工业应用。

三、发明内容

本发明旨在提供一种氧化石墨烯/聚苯乙烯纳米复合材料及其制备方法，所要解决的技术问题是提高氧化石墨烯作为固体表面活性剂使用时的乳化能力，促进其在油/水界面上的吸附，得到稳定的Pickering乳液，并用于聚合反应。

本发明通过盐的复配作用，降低片状固体表面活性剂（氧化石墨烯纳米片）的表面电位，从而促进氧化石墨烯纳米片在油/水界面上的吸附，得到稳定的Pickering乳液，并用于聚合反应。

本发明解决技术问题采用如下技术方案：

本发明氧化石墨烯/聚苯乙烯纳米复合材料，其特征在于：所述复合材料是以水为分散介质、以氧化石墨烯为固体表面活性剂、以苯乙烯为聚合单体，在盐的协同稳定作用下通过原位乳液聚合的方法得到的氧化石墨烯/聚苯乙烯纳米复合材料；

其中氧化石墨烯和苯乙烯的质量比为0.03-0.5:1.0-10；

所述盐选自氯化钠、氯化钾或氯化铵。

本发明氧化石墨烯/聚苯乙烯纳米复合材料的制备方法，包括氧化石墨烯的制备、Pickering乳液的制备、聚合以及后处理各单元过程：