[发明专利]一种氧化石墨烯/甲壳型液晶高分子纳米复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于高分子化学和复合材料技术领域，具体涉及氧化石墨烯/甲壳型液晶高分子纳米复合材料的制备方法。

背景技术

液晶态作为物质重要而普遍的存在形式，有着深刻的意义和丰富的内涵。液晶高分子相对于液晶小分子起步较晚，可研究空间较大。液晶高分子又称液晶聚合物，是具有液晶性质的聚合物，将小分子液晶和聚合物以不同的方式结合，是合成液晶聚合物简单而又实用的方法。液晶聚合物分为两大类，即以刚性基元作为聚合物主链成分的主链型和以之作为侧基的侧链型。前者通过缩合聚合或逐步聚合得到，后者通过加成聚合或链式聚合得到。通过缩合聚合可获得能用作高强度材料的主链型刚性链液晶聚合物，通过加成聚合获得可能用作光电响应性材料的侧链型柔性链液晶聚合物。

甲壳型液晶高分子是一种由周其凤院士最早在1987年提出的侧链型液晶高分子。这类液晶高分子是庞大的液晶基元通过很短的柔性间隔基腰接在柔性的主链上。该类侧链型液晶聚合物不仅不像主链型液晶高分子那样必须按照严格的配比通过缩聚反应合成，而且其最大的特点是可以通过“活性”/可控自由基聚合反应合成出分子量可控、分布较窄的聚合物。该类液晶高分子在升温过程中发生热致液晶转变，每一条分子链在相变后都会形成柱状结构。为了满足液晶棒状分子的长径比从而具备液晶性质，甲壳型液晶高分子的分子量必须大于特定的临界值。作为一类特殊的侧链型液晶高分子，甲壳型液晶高分子材料有潜力被用作信息显示、光学记录、存储材料、非线性光学等功能材料。

氧化石墨烯，一种通过石墨在强氧化性条件下制备的含有羟基、环氧基和羧基的单片层碳材料，在过去的五年中被广泛应用在许多领域，如复合材料、能源材料、传感器、薄膜材料、场发射晶体管材料和生物材料领域。由于存在大量的含氧官能团，氧化石墨烯可以经过共价键化学修饰或者非共价键化学修饰制备化学修饰氧化石墨烯。化学修饰氧化石墨烯因为同时具备氧化石墨烯和修饰材料的性能，所以可以更好的应用在上述领域当中。在制备复合材料领域，化学修饰氧化石墨烯，尤其是用聚合物修饰的氧化石墨烯可以更好的分散在相应的聚合物基体中，增加填料与基体的相容性，提高复合材料的力学性能。目前，氧化石墨烯已经作为填料被应用在许多聚合物基体中，比如聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚丙烯、聚氨酯、聚酯和聚碳酸酯。

Click反应由于反应产率高、反应条件简单、对氧气和水不敏感、反应产物易分离等特点，已经被广泛应用在有机合成领域。在碳材料上的应用也很多，可以通过click反应将小分子或聚合物接枝到富勒烯、碳纳米管和氧化石墨烯上。在2010年 Wu Peiyi等人就首次利用click反应将用活性自由基聚合方法合成的分子量均一的聚苯乙烯接枝到氧化石墨烯片层上，得到在有机溶剂中分散良好的氧化石墨烯复合物（Shengtong, S., et al., Click chemistry as a route for the immobilization of well-defined polystyrene onto graphene sheets. Journal of Materials Chemistry, 2010. 20: p. 5605-5607. ）。该方法为聚合物接枝氧化石墨烯提供了简单且有效的方法。尤其是对通过活性自由基聚合制备的分子量可控的聚合物与氧化石墨烯的接枝提供了重要的参考。

通过物理或化学的方法，由两种或两种以上不同性质的材料组成的复合材料，可以使各种材料在性能上取长补短，优于原组成材料而满足各种不同的要求。纳米复合材料是复合材料中最具吸引力的部分，近年来发展很快，世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放在重要的位置。该研究方向主要包括纳米聚合物基复合材料、纳米碳材料（富勒烯、碳管、石墨烯）复合材料、纳米钨铜复合材料等。因此，纳米石墨烯复合材料的研究具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分子量可控的甲壳型液晶高分子接枝的氧化石墨烯复合物及其制备方法，该复合物作为填料加入到相应的甲壳型液晶高分子中可以制备石墨烯纳米复合材料。纳米复合材料经过固体平板流变测试力学性能。

本发明公开的分子量可控的甲壳型液晶高分子接枝的氧化石墨烯复合物的制备方法和纳米复合材料的制备方法，具体的实施步骤包括：

（1）制备末端含叠氮基的分子量可控的甲壳型液晶高分子

采用原子转移自由基聚合的方法，制备末端含有叠氮基的甲壳型液晶高分子。通过控制分子量分别制备不具有液晶性的高分子和具有液晶性的高分子。