[发明专利]原位法制备高固含量氧化石墨烯接枝聚丙烯酸酯复合乳液的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种聚丙烯酸酯乳液的制备方法，具体涉及一种原位法制备高固含量氧化石墨烯接枝聚丙烯酸酯复合乳液的方法。

背景技术

石墨烯（Graphene）是一种由碳原子以sp²杂化轨道组成六角型呈蜂巢晶格的平面薄膜，拥有良好的电学、热学和机械性能等，因而被广泛应用于聚合物基材中耐热阻燃材料、复合导电薄膜、增强纤维等方面的研究。常用的聚合物与石墨烯复合的方法有溶液共混法、熔融法和原位法。溶液共混法是基于一个既能溶解聚合物又能使石墨烯分散的溶液系统，通过溶剂的作用使得聚合物与石墨烯进行一定程度的复合。在熔融法中不需要溶剂，石墨烯或改性石墨烯直接与聚合物在熔融状下混合，这种方法被广泛应用于热塑性聚合物的复合。这两种方法简单易行，但是由于石墨烯片层间的强的分子间作用力和表面惰性，使得其在有机溶剂中的分散性不佳，也难与其他有机基材进行深层次的复合。

原位法是指将石墨烯或者改性石墨烯引入到聚合物的制备过程中，通过该方法来提高两种材料之间的相互作用力，达到制备稳定复合材料的目的。原位法需要对石墨烯进行改性，引入官能团使得改性石墨烯与聚合物基体之间通过官能团的作用达到原位复合的目的，即将石墨烯接枝到聚合物的分子链上。

石墨烯改性聚丙烯酸酯乳液的研究主要集中在氧化石墨烯与聚合物乳液共混后再还原成石墨烯，从而达到制备聚丙烯酸酯/石墨烯复合乳液的目的。原位法制备聚丙烯酸酯/石墨烯复合乳液的报道较少，且制备的复合乳液的固含量在20%左右。

发明内容

本发明的目的是提供一种原位法制备高固含量氧化石墨烯接枝聚丙烯酸酯复合乳液的方法，制得固含量、断裂强力和吸水率更高的复合乳液。

本发明所采用的技术方案是：

原位法制备高固含量氧化石墨烯接枝聚丙烯酸酯复合乳液的方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：双键化氧化石墨烯的制备：

在100mL三口烧瓶中，加入0.2-0.5份氧化石墨烯、25-40份氯化亚砜和0.5-0.8份N，N-二甲基甲酰胺，超声处理30-90min；

加回流装置并通氮气，从室温升温到50-80℃，保温24-48h；

冷却至室温，加入20-26份N，N-二甲基甲酰胺，在40-55℃下旋转蒸发1-2h；

加入0.10-0.25份三乙胺和0.15-0.30份丙烯酸羟乙酯，常温搅拌6-12h，放置过夜，去掉上清液；

加入500份蒸馏水抽滤，用蒸馏水洗涤固体样品，将得到的黑色粉末溶于20-50份蒸馏水中，加入0.2-0.5份十二烷基硫酸钠，超声处理10-40min，冷冻干燥得到双键化氧化石墨烯；

步骤二：氧化石墨烯接枝聚丙烯酸酯高固含量复合乳液的制备：

在100mL三口烧瓶中加入0.01-0.04份的双键化氧化石墨烯、2.0-3.5份的十二烷基硫酸钠和蒸馏水24-34份，搅拌使其混合均匀，超声处理15-30min；

升温至75-80℃后，加入0.1-0.4份过硫酸铵和2.3-9.0份蒸馏水的混合液，搅拌10min；滴加丙烯酸0.6-2.4份、甲基丙烯酸甲酯4-10份、丙烯酸丁酯10-18份和引发剂溶液，引发剂溶液由0.1-0.4份的过硫酸铵和2.3-9.0份的蒸馏水配制而成，60-120min加完，保温60min，出料。

本发明具有以下优点：

本发明将双键化氧化石墨烯引入聚丙烯酸酯乳液的制备过程中，制备了高固含量的复合乳液。本专利为提高石墨烯与乳液中聚丙烯酸酯分子链的相互作用，对氧化石墨烯进行双键化的改性，在其表面引入乙烯基，在将其通过适当的工艺引入到聚丙烯酸酯乳液的制备过程中，通过乙烯基之间的反应，达到氧化石墨烯接枝聚丙烯酸酯的目的，在此基础上对乳液聚合的工艺进行设计，聚合前期通过乳化剂的作用使双键化氧化石墨烯充分分散；提前加入部分引发剂，使双键化氧化石墨烯片层上大量吸附引发剂，为后期接枝聚合提供较多的反应位点，从而制备出固含量高的复合乳液。这样使得氧化石墨烯通过乙烯基之间的自由基反应接枝到聚丙烯酸酯分子链上，两者之间形成稳定的共价键，利用石墨烯类材料良好的物理机械性能来达到对聚丙烯酸酯分子链的增强作用，进而表现出良好的力学性能。此外，氧化石墨烯的引入使得分子链间的空隙增大，利于水分子的进入，对复合材料润湿性或者吸湿性有显著的提升作用。