[发明专利]一种氧化石墨烯/聚酯弹性体复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氧化石墨烯/聚酯弹性体复合材料及其制备方法。

背景技术

聚醚酯热塑性弹性体兼具橡胶与热塑性工程塑料两者的特性，在室温下呈现出橡胶特性，而在高温下又呈现出热塑性塑料的特性，可以塑化成型，加工方便。其分子结构有硬段和软段两部分组成，硬段为芳香族聚酯（PET或PBT），以玻璃化转变温度较低的聚醚或者聚酯嵌段作为软段。其硬链段的刚性、极性和结晶性使它具有好的高温性能和抗油、抗溶剂性，软链段聚醚的低玻璃化温度和饱和性使它具有优良的低温性能和抗老化性。其应用范围已经从初期纺织工业的高弹性纤维，扩展到汽车、高分子合金、生物医用材料、电子电器、薄膜等领域，成为一种不可或缺的新型材料。

氧化石墨烯一般由石墨经强酸氧化而得。主要有三种制备氧化石墨的方法：Brodie法，Staudenmaier法和Hummers法。其中Hummers法的制备过程的时效性相对较好而且制备过程中也比较安全，是目前最常用的一种。它采用浓硫酸中的高锰酸钾与石墨粉末经氧化反应之后，得到棕色的在边缘有衍生羧酸基及在平面上主要为酚羟基和环氧基团的石墨薄片，此石墨薄片层可以经超声或高剪切剧烈搅拌剥离为氧化石墨烯，并在水中形成稳定、浅棕黄色的单层氧化石墨烯悬浮液。由于共轭网络受到严重的官能化，氧化石墨烯薄片具有绝缘的特质。经还原处理可进行部分还原，得到化学修饰的石墨烯薄片。虽然最后得到的石墨烯产物或还原氧化石墨烯都具有较多的缺陷，导致其导电性不如原始的石墨烯，不过这个氧化?剥离?还原的制程可有效地让不可溶的石墨粉末在水中变得可加工，提供制作还原氧化石墨烯的途径。而且其简易的制程及其溶液可加工性，考虑量产的工业制程中，上述工艺已成为制造石墨烯相关材料及组件的极具吸引力的工艺过程。经过氧化处理后，氧化石墨仍保持石墨的层状结构，但在每一层的石墨烯单片上引入了许多氧基功能团。这些氧基功能团的引入使得单一的石墨烯结构变得非常复杂。鉴于氧化石墨烯在石墨烯材料领域中的地位，许多科学家试图对氧化石墨烯的结构进行详细和准确的描述，以便有利于石墨烯材料的进一步研究，虽然已经利用了计算机模拟、拉曼光谱，核磁共振等手段对其结构进行分析，但由于种种原因（不同的制备方法，实验条件的差异以及不同的石墨来源对氧化石墨烯的结构都有一定的影响），氧化石墨烯的精确结构还无法得到确定。大家普遍接受的结构模型是在氧化石墨烯单片上随机分布着羟基和环氧基，而在单片的边缘则引入了羧基和羰基。

氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料，具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料更是具有广泛的应用领域，因此氧化石墨烯的表面改性成为另一个研究重点。

CN 102432856 A公开了一种共聚醚酯、由该共聚醚酯形成的弹性缓冲件及其制备方法，以及设置有该弹性缓冲件的轨道交通车辆。该共聚醚酯由聚酯硬链段和软链段组成，其中，软链段由聚四氢呋喃醚形成的软链段和端羟基聚丁二烯形成的软链段组成，聚四氢呋喃醚形成的软链段与端羟基聚丁二烯形成的软链段的质量比为3:1~6:1，共聚醚酯的硬度在邵氏D40-80之间。本发明提供的弹性缓冲件具有良好的抗蠕变、弯曲疲劳能力，出众的化学品抵抗能力，并且结构简单，检修方便。另外，该发明所提供的制备方法具有生产工艺简单、生产效率高、产品合格率较高的优点。

CN 103044865 A公开了一种氨基石墨烯改性PET材料的制备方法，将氨基石墨烯与PET原料加入到反应器中，控温270~290℃，搅拌反应，成型，得到氨基石墨烯改性PET材料。本发明使用的石墨烯表面带有特定官能团能与PET分子链产生相互作用，如带有氨基基团的石墨烯，其氨基可以与聚酯发生氢键作用从而有助于石墨烯在PET材料中的分散。并且，在高温密炼条件下，氨基可以部分与聚酯键交换生成酰胺基团，从而使石墨烯与PET同构化学键链接，进一步改善石墨烯在PET材料中的相容性，从而制备出石墨烯在PET中均匀分散的石墨烯改性PET材料。该氨基石墨烯改性PET材料，可以应用于制备新型PET薄膜、PET纤维或各种PET制品等领域。

CN 102321379 A公开了一种石墨烯/聚合物复合材料以及其制造方法，将天然石墨在氧化剂中氧化后，利用热还原得到热解石墨烯，通过溶液共混或者是机械共混的方法制备石墨烯/聚合物复合材料。所得的具有高导电性和高力学性能的复合材料，可以作为抗静电以及电磁屏蔽材料，制作成导电地毯、电子产品的包装、手机的部件、轮胎用抗静电胎面胶以及航空航天器材的电磁屏蔽涂料等，具有广泛的应用价值。