[发明专利]乙酰丙酮化聚乙烯醇/石墨烯纳米复合材料制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米复合材料技术领域，具体涉及一种聚合物/石墨烯纳米复合材料的制备方法。

背景技术

复合材料是由两个或两个以上独立的物理相，包含粘结材料(基体)和粒料、纤维或片状材料等填料所组成的一种固体产物，它既能保持原组成材料的重要特色，又通过复合效应使各组分的性能互相补充，获得原组分不具备的许多优良性能。所谓纳米复合材料是80年代由Roy和Komarneni提出来的，与单一纳米材料不同，它是由两种或两种以上复合而成的材料，其中至少有一种材料在一个方向上为纳米级大小(1-100 nm)。纳米复合材料的种类很多，其中以聚合物作为基体的统称聚合物基纳米复合材料，此种纳米复合材料与常规的无机填料/聚合物复合体系不同，不是有机相与无机相的简单混合，而是两相在纳米尺寸范围内复合而成，由于克服了单一材料和传统复合材料性能上的缺陷，往往表现出不同于一般宏观复合材料的力学、热学、电磁学以及光学等性能，聚合物纳米复合材料近年来受到广泛关注，具有广阔的商业开发和应用前景。

石墨烯是一种由单层碳原子紧密堆积成的二维蜂窝状晶格结构碳质材料，由于其特殊的结构和优异的性能，成为近年来化学、材料科学及物理学领域的研究热点，基于石墨烯以及石墨烯的衍生物，如氧化石墨烯(GO)和还原后的氧化石墨烯(RGO)，的材料已在电子学、光学、磁学、生物医学、催化、传感器、储能等诸多领域显示出了巨大的应用潜能。值得注意的是，这种复合的性能使得石墨烯及其衍生物成为理想的纳米复合材料的填料。不同种类的聚合物/石墨烯复合纳米材料在不同性质上取得的明显的提高。Ramanathan T等发现：在聚丙烯腈中添加约1 wt%的功能化石墨烯，可使聚合物基体玻璃化转变温度提高40^oC。Das B等研究了石墨烯对聚乙烯醇(PVA)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)机械性能的影响，添加0.6 wt%功能化石墨烯后，PVA和PMMA的弹性模量和硬度有着明显的增强。Chen YS等制备了磺酸基以及异氰酸酯功能化的石墨烯与热塑性聚氨酯(TPU)的复合材料，发现只需加入1 wt％的石墨烯，就可以使TPU复合材料的拉伸强度提高75%，弹性模量提高120％。尽管石墨烯/聚合物纳米复合材料已经得到了广泛的研究，由于石墨烯片层之间强烈的片层作用，石墨烯片层在聚合物中倾向于团聚，不利于分散和剥离。这样得到的复合材料中的石墨烯不再具有其特有的巨大的比表面积，对于复合材料的改性效果不再显著。将石墨烯或其衍生物先分散于一种优良的溶剂中，聚合物实现分子程度上的混合后再制备纳米复合材料已经成为一种更好的办法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种乙酰丙酮化聚乙烯醇/石墨烯纳米复合材料的制备方法。

本发明提供的乙酰丙酮化聚乙烯醇/石墨烯纳米复合材料的制备方法，采用乙酸乙烯酯类单体乳液活性聚合反应方法，具体步骤为：

（1）在反应器中加入一定量的水，加入乙酰丙酮化聚乙烯醇，搅拌溶解至均匀，乙酰丙酮化聚乙烯醇在水中的初始质量浓度为5-10%；

（2）将石墨烯或其衍生物在水中分散均匀，并加入到乙酰丙酮化聚乙烯醇溶液中，继续搅拌0.5-12h，至混合液均匀，然后冷却至室温，所述石墨烯或其衍生物的量为乙酰丙酮化聚乙烯醇的质量的0.01-10wt%，优选为1-10wt%； 

（3）加入交联剂，进行超声处理，交联剂的加入量为乙酰丙酮化聚乙烯醇质量的0.1-5%；将混合液缓慢倒入聚苯乙烯圆盘中，即得到乙酰丙酮化聚乙烯醇/石墨烯纳米复合材料。  

特别的，如果在步骤（2）中，在乙酰丙酮化聚乙烯醇溶液中加入氧化石墨烯的分散液后，搅拌时加入一定比例的还原剂，还原氧化石墨烯，则制备得乙酰丙酮化聚乙烯醇/还原后的氧化石墨烯纳米复合材料。

本发明中，所述乙酰丙酮化聚乙烯醇含有0.1-7mol%的乙酰丙酮基,0.1-7%mol的乙酰基和86-99.8%mol的羟基。

本发明中，所述乙酰丙酮化聚乙烯醇的聚合度（按主链CH₂CH为一个聚合单元计）范围为500-3000，优选800-1500，更优选1000-1100.

本发明中，乙酰丙酮化聚乙烯醇在水中的溶解温度为80-90^oC。

本发明中，所述石墨烯及其衍生物包括氧化石墨烯和还原后的氧化石墨烯。

本发明中，所采用的交联剂包括但不限于戊二醛,乙二胺, 水溶性三氯氰胺树脂, 多功能环氧树脂, Al₂(SO₄)₃,等等。