[发明专利]一种以氧化石墨烯为引发剂引发环氧类单体聚合的方法

说明书

本发明公开一种以氧化石墨烯为引发剂引发环氧类单体聚合的方法。所述方法为：将环氧类单体与氧化石墨烯加入反应体系中，环氧类单体与氧化石墨烯的质量比为300～5，在0～100℃的反应温度下，氧化石墨烯会促使环氧类单体发生阳离子开环聚合，得到的环氧类聚合物可以原位接枝在氧化石墨烯片层的表面，从而实现氧化石墨烯的表面修饰，阳离子引发聚合反应和接枝量可以通过反应时间和反应温度进行控制。

技术领域

本发明涉及环氧类单体开环聚合和氧化石墨烯的修饰技术领域，特别是涉及一种以氧化石墨烯为引发剂引发环氧类单体聚合，从而令环氧类单体原位接枝在氧化石墨烯表面来对氧化石墨烯进行修饰的方法。

背景技术

石墨烯(Graphene)是一种具有单原子厚度的碳材料，碳原子以紧密堆积的方式构成二维蜂窝状晶格结构，石墨烯特殊的结构特征赋予了它非常优异的电学、光学和力学性能，是目前已知的世界上强度最高的材料。自2004年被发现以来，在化学、物理、材料、电子等各个领域显示出广阔的应用前景。另外，石墨烯还具有很好的化学稳定性和极高的机械强度，使它成为一种理想的纳米填料来制备聚合物复合材料。

然而，石墨烯的应用存在诸多困难，例如无法实现规模化制备，无法稳定分散，目前，大规模制备石墨烯的方法主要是采用化学氧化法，这种方法在制备过程中先得到氧化石墨烯(Graphene Oxide)，与石墨烯相比，氧化石墨烯片层上会有很多的含氧官能团和缺陷，促使氧化石墨烯有更好的反应活性，这些含氧官能团为氧化石墨烯的表面修饰提供了丰富的路径，通过对氧化石墨烯进行修饰可以提高其分散性。

环氧类单体可以在酸性条件和碱性条件下发生开环聚合反应，由于三元环张力大，易开环，所以对开环聚合条件要求比较温和，容易实现，是制备聚合及聚合物复合材料的主要途径。现有技术中制备聚合物/石墨烯复合材料包括聚合物制备和复合过程两个步骤，其主要缺点在于反应过程复杂并且界面相容性差。

因此，如果能将氧化石墨烯作为引发剂来引发环氧类单体阳离子开环聚合，得到的环氧类聚合物可以原位接枝在氧化石墨烯的表面，既通过一步反应实现了环氧类聚合物对氧化石墨烯的表面修饰，还提高了聚合物和石墨烯基底间的界面作用，将会有巨大的应用前景。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种以氧化石墨烯为引发剂引发环氧类单体聚合的方法。并且部分环氧类聚合物可以接枝在氧化石墨烯的表面上，从而实现氧化石墨烯的表面修饰，阳离子引发聚合反应和接枝量可以通过反应时间和反应温度进行控制。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种以氧化石墨烯为引发剂引发环氧类单体聚合的方法，将环氧类单体与氧化石墨烯加入反应体系中，环氧类单体与氧化石墨烯的质量比为300～5，在0～100℃的反应温度下，氧化石墨烯会促使环氧类单体发生阳离子开环聚合，得到的环氧类聚合物可以原位接枝在氧化石墨烯片层的表面。

优选地，所述环氧类单体包括环氧丙烷、环氧氯丙烷、环氧溴丙烷、3-羟基环氧丙烷、乙基缩水甘油醚、丙基缩水甘油醚、正丁基缩水甘油醚或者双酚A二缩水甘油醚。本发明优选三元环的环氧类单体，因为三元环张力大、易开环，保证单体的活性。

优选地，反应体系中还可以加入多醇作为共引发剂，使环氧类单体发生阳离子开环聚合反应；所述环氧类单体和多醇的摩尔比为1000～10。在本发明体系中，按照本发明限定的比例加入醇可以减少低分子量的环状齐聚物的形成。

更优选地，所述多醇包括乙二醇、丁二醇或者丙三醇。

优选地，所述环氧类单体与氧化石墨烯的质量比为200～10；所述环氧类单体和多醇的摩尔比为500～10；反应体系的反应温度为0～100℃。该优化条件的选择能有效地提高环氧类单体在氧化石墨烯表面的接枝率。