[发明专利]一种高导电导磁石墨烯掺杂改性的聚氯乙烯的制备方法

说明书

技术领域

本专利涉及一种改性聚氯乙烯制备复合材料的方法，尤其是涉及石墨烯掺杂改性并具有核壳结构聚苯胺包覆Fe₃O₄磁性纳米粒子的高导电导磁聚氯乙烯的制备方法。

背景技术

自2004年石墨烯这一材料发现以来，它已经开始超越碳纳米管成为了备受瞩目的国际前沿和热点，由于其优良的机械和光电性质，结合其特殊的单原子层平面二维结构及其高比表面积,可以制备基于石墨烯的各种柔性电子器件和功能复合材料，更是凭借其优异的导电性和极低的加入量，成为一种极具潜力的导电改性剂，如 Anjanapura等通过溶液复合和原位聚合法将热处理所得的石墨烯与水性聚氨酯进行复合，当添加的石墨烯含量为3 wt%时，水性聚氨酯/石墨烯复合物的电导率为2.24×10^-4 S/cm[A. V. Raghu, Y. R. Lee, H. M. Jeong, C. M. Shin, et al. Preparation and Physical Properties of Waterborne Polyurethane/Functionalized Graphene Sheet Nanocomposites. Macromol. Chem. Phys. 2008, 209, 2487-2493]，2011年在CARBON上报道的掺杂6.47 % 石墨烯的聚氯乙烯 (PVC)其电导率分别为0.058 S/cm。

导电高分子具有优异的物理化学性能和特殊的共轭结构。在各种导电高分子中，聚苯胺具有易成膜高稳定性，易合成等特点，而基于聚苯胺的导电导磁复合材料低成本易于工业化生产、易于加工成型等优点在诸如抗电磁干扰、防爆、电显示、电池、防静电、面状发热体等领域有广泛的应用前景，虽然聚苯胺包覆Fe₃O₄磁性纳米粒子已有报道，但是此种导电导磁材料电导率过低、易团聚、难以加工成型等问题，本发明针对现有问题，提出利用苯胺原位聚合包覆大小在5~20 nm的Fe₃O₄磁性纳米粒子，并与石墨烯一起掺杂改性聚氯乙烯，制备导电导磁的高分子复合材料。

发明内容

本发明的目的在于解决现有聚苯胺/ Fe₃O₄导电导磁材料电导率低、易团聚、难以加工成型等问题，提供一种易加工成型、高导电导磁复合材料的制备方法，使用苯胺原位聚合包覆大小在5~20 nm的Fe₃O₄磁性纳米粒子，并与石墨烯一起掺杂改性聚氯乙烯复合材料。

 本发明的优点是：使用微乳液原位聚合工艺制备出导电聚苯胺包覆Fe₃O₄微球，并通过化学键、范德华力使其吸附在石墨烯表面，从而改善聚苯胺包覆Fe₃O₄磁性纳米粒子的分散性，解决易团聚问题，本发明是以聚氯乙烯为基底，利用聚苯胺包覆Fe₃O₄微球吸附在石墨烯表面作为掺杂剂，并采用溶液混合方法添加到聚氯乙烯中，制备导电导磁复合材料，该复合材料既具有导磁性，又具有导电性，并且易于加工成型。

本发明具体实施步骤： 

第一步：通过化学氧化制备出氧化石墨烯；

第二步：将制备出的氧化石墨烯在高温下热还原成石墨烯；

第三步：共沉淀法制备Fe₃O₄纳米颗粒；

第四步：原位聚合制备聚苯胺包覆Fe₃O₄纳米颗粒核壳结构材料，其中核壳结构中聚苯胺与Fe₃O₄质量比为1：1~2：1；

第五步：配置聚氯乙烯的N甲基吡咯烷酮溶液，其中质量浓度控制在25%；将掺杂剂石墨烯、聚苯胺包覆Fe₃O₄纳米颗粒核壳结构材料加入至聚氯乙烯的N甲基吡咯烷酮溶液中；然后将所得溶液进行常温超声，再机械搅拌使得掺杂剂和聚氯乙烯分散均匀，石墨烯、聚苯胺包覆Fe₃O₄纳米颗粒材料与聚氯乙烯的质量比为0.5：1：25；

第六步：将上述的混合溶液倒入模具，真空干燥，成膜。

所述方法第一步，将石墨氧化插层制备出氧化石墨，方法包括但不限于：hummer法、staudenmair法。