[发明专利]PET基石墨烯复合材料、其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体而言，涉及一种PET基石墨烯复合材料、其制备方法。

背景技术

聚对苯二甲酸乙二酯(PET)是一种热塑性塑料，具有刚性和强度大、耐蠕变和尺寸稳定性好等优点，广泛应用于纤维、薄膜、包装材料、电子电器、医疗卫生、建筑、汽车、气体阻隔材料等领域。

石墨稀是一种由单层sp2杂化碳原子组成的蜂窝状结构的二维片状材料，其特殊的结构决定了它具有奇特的电学性能、优异的物理机械、热学性能以及气体阻隔性能，是电磁屏蔽、抗静电、高强度及气体阻隔聚合物复合材料的理想填料，在制备轻质、低成本、高性能复合材料方面具有广阔的应用潜力。石墨烯是目前世界上力学强度最高的材料，同时二维片状无缺陷的石墨烯对有所气体分子都具有不可渗透性质；当石墨烯均匀分散在聚合物基体中，不仅可以大幅提高聚合物材料的强度，同时可以增加气体扩散路径的长度，降低聚合物材料的透气性，提高聚合物材料的气体阻隔性。但由于结构完整的石墨烯在聚合物中的分散性差，与聚合物的相互结合作用弱，影响了其各种优异性能的发挥，因此石墨烯的分散是制备聚合物基石墨烯复合材料需要重点解决的问题。

目前，制备PET基石墨烯纳米复合材料的方法主要是通过熔融共混法引入经表面修饰的石墨烯功能材料。例如，申请号为201210549244.6的中国专利申请公开了将氨基石墨烯与PET熔融共混制备石墨烯改性PET材料；申请号为201280033203.X的中国专利申请公开了通过将石墨烯纳米颗粒材料与PET切片熔融共混制备含石墨烯PET母料。目前的熔融共混法一般是先要经过石墨烯功能材料的制备，包括氧化石墨烯的还原和表面修饰处理，PET树脂的合成，再将表面修饰的石墨烯粉末与PET树脂切片在熔融状态下进行共混，从而得到聚合物复合材料的方法。但是，该方法无法解决石墨烯分散难的问题，同时工艺繁琐、污染大、能源消耗大，不利于大规模低成本、无污染生产。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种PET基石墨烯复合材料、其制备方法，以解决现有技术中的问题PET基石墨烯复合材料中氧化石墨烯分散性差的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种PET基石墨烯复合材料的制备方法，该制备方法包括：步骤S1，使乙二醇修饰的氧化石墨烯与PET单体进行酯化反应或酯交换反应，得到初产物，PET单体为对苯二甲酸和/或对苯二甲酸二甲酯；步骤S2，使初产物进行缩聚反应得到PET基石墨烯复合材料。

进一步地，上述PET单体为对苯二甲酸，步骤S1在氮气或惰性气体气氛中进行且包括：使乙二醇修饰的氧化石墨烯与对苯二甲酸在220～250℃的温度、0～0.4MPa的压强下进行酯化反应，得到初产物，酯化反应持续2.5～3.5h，酯化反应所用的催化剂为四丙基锆、三氧化二锑或氢氧化锂。

进一步地，上述乙二醇修饰的氧化石墨烯中氧化石墨烯相对于对苯二甲酸的重量百分比为0.5～5％；乙二醇修饰的氧化石墨烯中乙二醇与对苯二甲酸的摩尔比为1.5：1～2.1:1。

进一步地，上述PET单体为对苯二甲酸二甲酯，步骤S1在氮气或惰性气体气氛中进行且包括：使乙二醇修饰的氧化石墨烯与对苯二甲酸二甲酯在220～250℃的温度、0～0.4MPa的压强下进行酯交换反应，得到初产物，酯交换反应持续2.5～3.5h，酯交换反应所用的催化剂为钛酸四丁酯、醋酸镁或二氧化钛。

进一步地，上述乙二醇修饰的氧化石墨烯中氧化石墨烯相对于对苯二甲酸二甲酯的重量百分比为0.5～5％；乙二醇修饰的氧化石墨烯中乙二醇与对苯二甲酸二甲酯的摩尔比为2.1：1～2.7:1。

进一步地，上述步骤S2包括：在260～280℃、0～600Pa的压强下，利用催化剂使初产物进行缩聚反应得到PET基石墨烯复合材料。

进一步地，上述步骤S2包括：在265～275℃、100～600Pa的压强下，利用催化剂使初产物进行预聚反应30～90min得到预聚产物；在265～275℃、0～60Pa的压强下，利用催化剂使预聚产物进行缩聚反应90～150min得到PET基石墨烯复合材料。

进一步地，上述催化剂为乙二醇锑或三氧化二锑。

进一步地，上述制备方法还包括乙二醇修饰的氧化石墨烯的制备过程，制备过程包括：步骤A，将稳定剂溶解于乙二醇中形成乙二醇溶液；步骤B，将乙二醇溶液与氧化石墨烯混合形成乙二醇修饰的氧化石墨烯。