[发明专利]超浓苯丙乳液制备石墨烯/苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯复合导电材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及超浓苯丙乳液制备石墨烯/苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯复合导电材料的方法与新型导电高分子材料及多功能聚合物复合材料技术领域。

背景技术

在2004年，康斯坦丁·诺沃消洛夫（Kostya Novoselov）和安德烈·盖姆（AnderGeim）发现了石墨烯（Graphene），并用微机械应用技术将其制备。从此石墨烯作为最为理想的二维纳米材料得到广泛关注。石墨烯是有碳原子六元环紧密构成的二维晶体，具有重复周期的蜂窝状点阵结构，它可以翘曲成零维的富勒烯，卷成一维的碳纳米管或者堆积成三维的石墨。石墨烯具有密度小、比表面积大、性质稳定、环境友好等特点，从而在力学、电学、光学等方面具有独特而优异的性能，如温室下的量子霍尔效应（QHE）、双极性电场效应、温室下具有高载流子迁移率（1000cm²V^-1s^-1）、大的理论比表面积（2630m²g^-1）、良好的光透性（~97.7%）、和出色的导热系数（3000—5000Wm^-1K^-1）等。 

石墨烯可以作为超级电容器电极材料使用，其具有极高的比表面积（高达2630cm²g^-1），实验室测得单层石墨烯的比电容值为21μFcm^-2，换算可得石墨烯的比电容值550Fg^-1，远远高于其他炭材料所制得的双电层电容器。并且，石墨烯优异的导电、导热性能能够有效降低电极材料的内电阻，同时利于及时释放大电流充电放电过程中产生的热量。

石墨烯与聚合物的非共价键复合与共价复合相比较，其特点是简单易行，且不会破坏石墨烯固有的结构特点，从而最大程度地保持其本征特性。例如石墨烯和聚苯胺的复合材料，不仅兼有石墨烯的高导电率和聚苯胺的高电容率，同时还具备很好的柔韧性，从而使得这种复合材料在超级电容器及电极材料领域有着广泛的应用前景。同时，还可以利用石墨烯开发新型导电高分子材料、多功能聚合物复合材料和高强度多孔陶瓷材料等。

另外，在不同比例的GNs混合填料下，聚偏氟乙烯（PVDF）有着不同的热导系数，在45wt%的填充下，可以达到最大值0.66W/m·K；仅质量分数0.7%的GO就可以使得聚乙烯醇（PVA）复合材料的拉伸强度和拉伸弹性模量分别提高62%。不仅如此，石墨烯在用于环氧树脂（EP）、聚氯乙烯（PVC）、和聚丙烯（PP）等填充时，可以大幅度提高材料的热导率。

目前制备聚合物/石墨烯复合材料的方法有熔融共混法、溶液混合法和原位聚合法。其中原位聚合法是是将石墨烯在单体中均匀分散，经引发剂的引发，使得聚合物单体在石墨烯片层之间聚合，从而制得聚合物/石墨烯的复合材料。例如聚苯胺、聚苯乙烯、聚酰胺和硅橡胶等体系有报道用原位聚合的方法获得纳米复合材料。本发明就是利用原位聚合法制备复合材料，在整个聚合物过程中，石墨烯会在聚合物单体中被剥离、分散得较为均匀，能够达到分子级水平。

苯丙乳液为含有苯乙烯和丙烯酸酯或官能团丙烯酸酯类单体进行的乳液聚合产物，具有无毒无味、不燃不爆、污染小、粘结强度高、耐候性好、耐光、耐腐蚀性等特点，因其具有优良的性能，广泛应用于涂料、造纸、皮革以及油墨等方面，用量与日俱增。

本发明以苯丙乳液为基体，石墨烯为填料，制备一种新型的导电复合导电材料，并对其性能进行初步的研究和探讨。

发明内容

本发明的目的是提供一种超浓苯丙乳液制备石墨烯/苯乙烯-甲基丙烯酸丁酯复合材料的方法。

本发明方法的特征是具有以下的过程和步骤：

a.首先利用K₂S₂O₈和P₂O₅对本体石墨进行预氧化处理，将5g K₂S₂O₈ 和5gP₂O₅与24ml的浓H₂SO₄放入1L三口瓶中，再加入6g的石墨粉，80℃水浴回流搅拌4h，然后缓慢加入到装有1000mL去离子水的大烧杯中，静置过夜，洗涤干燥。