[发明专利]一种石墨烯基聚合物复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于聚合物复合材料领域，具体涉及一种石墨烯基聚合物复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯作为一种新兴的碳材料，由于具有较大的比表面积，高导电性和超高机械强度等特点，被认为是最理想的增强材料。将石墨烯与聚合物复合可以提高聚合物的力学性能、电学性能和热稳定性等，得到密度小、强度高、导电性能良好的新型材料。但是其表面能较大，层与层之间具有较强的π-π共轭作用导致相互吸附，并且不能溶于水和一般有机溶剂中，因此很难与聚合物基体形成有效的相互作用，难以分散，这些问题极大的限制了石墨烯的应用。

实现石墨烯在聚合物基体中的作用有三大问题是必须要解决的：石墨烯在基体中的分散性；石墨烯与聚合物之间的界面作用；石墨烯自身结构的完整性。目前制备石墨烯聚合物复合材料的方法主要有溶液共混法，熔融共混法，石墨烯表面改性以及石墨烯官能化后接枝聚合物等方法。通过溶液或熔融共混法，虽然可以在一定程度上解决分散问题，但是纳米材料和基体界面作用较差，不利于机械性能的提高。相比之下，石墨烯表面改性或官能化后接枝聚合物的方法，其分散程度更好（J.Mater.Chem.,2009,19,7098-7105），并且由于界面作用的大幅度改善，使得增强效率也有一定程度的提高。但由于需要在聚合物表面引入基团等导致石墨化结构遭到破坏，降低了增强效率并且不利于导电等功能性的实现。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的制备方法得到的石墨烯基聚合物复合材料机械性能和导电性能难以兼顾的问题，而提供一种石墨烯基聚合物复合材料及其制备方法。

本发明首先提供一种石墨烯基聚合物复合材料的制备方法，包括如下：

将表面包覆卤素聚合物的石墨烯与聚合物混合，得到一种石墨烯基聚合物复合材料，所述的表面包覆卤素聚合物的石墨烯与聚合物的重量比为（0.05～20）：100。

优选的是，所述的聚合物选自聚丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、尼龙66、ABS、SAN、聚甲基丙烯酸甲酯、聚异戊二烯、聚乳酸、聚碳酸酯或聚乙烯醇中的一种。

优选的是，所述的表面包覆卤素聚合物的石墨烯的制备方法，包括：

将改性的石墨烯与卤素聚合物反应，得到表面包覆卤素聚合物的石墨烯。

优选的是，所述的改性的石墨烯与卤素聚合物的重量比为1：（0.1～10）。

优选的是，所述的卤素聚合物选自聚氯乙烯、氯化聚氯乙烯、溴化聚苯乙烯、溴化聚甲基丙烯酸甲酯、溴化聚丙烯、氯化聚乙烯、氯化聚异丁烯、氯化聚丙烯或氯化醋酸乙烯酯中的一种。

优选的是，所述的反应温度为-78℃～0℃。

优选的是，所述的改性的石墨烯的制备方法，包括：

将石墨烯与烷基锂在有机溶剂中反应，得到改性的石墨烯。

优选的是，所述的烷基锂选自正丁基锂、仲丁基锂或叔丁基锂中的一种。

优选的是，所述的石墨烯与烷基锂的重量比为1：（10～100）。

本发明还提供上述制备方法制备得到的石墨烯基聚合物复合材料。

本发明的有益效果

本发明首先提供一种石墨烯基聚合物复合材料的制备方法，该方法将表面包覆卤素聚合物的石墨烯与聚合物混合，得到一种石墨烯基聚合物复合材料，所述的表面包覆卤素聚合物的石墨烯与聚合物的重量比为（0.05～20）：100。所述的石墨烯由于未经过表面基团改性，结构能够保持完整，有利于复合材料机械性能和导电性能的提高，同时，石墨烯包覆的卤素聚合物接枝点的数量和接枝的长度都是可控的，表面包覆卤素聚合物的石墨烯与聚合物混合后，可以在聚合物基体中均匀的分散；该制备方法工艺简单、原料易得。

本发明还提供一种石墨烯基聚合物复合材料，由该方法制备得到的复合材料由于存在碳碳共价键连接，相比其他键合种类，界面力较强；且得到的复合材料具有良好的机械性能，同时，该复合材料的导电渗渝值较低且电导率较高。实验结果表明：本发明的石墨烯基聚合物复合材料拉伸强度最高可提高300%，杨氏模量最高可提高205%，断裂伸长率提高80%，电导率达到19.6S/m。

具体实施方式

本发明首先提供一种石墨烯基聚合物复合材料的制备方法，包括如下：

将表面包覆卤素聚合物的石墨烯与聚合物混合，得到一种石墨烯基聚合物复合材料，按照重量份数计，所述的表面包覆卤素聚合物的石墨烯与聚合物的重量比为（0.05～20）：100。