[发明专利]一种改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法，首先制备氧化石墨烯，然后将其与4,4‑二氨基二苯醚反应制备胺基化氧化石墨烯，再将胺基化氧化石墨烯与甲基丙烯酸甲酯单体混合，并加入过氧化二苯甲酰的甲苯溶液，得到氧化石墨烯接枝聚甲基丙烯酸甲酯，干燥后分散于四氢呋喃中与纯聚甲基丙烯酸甲酯溶液共混，铸膜得到改性氧化石墨烯/PMMA复合材料。本发明采用氧化还原引发体系成功的在氧化石墨烯表面引发甲基丙烯酸甲酯聚合，后经简单溶液共混制备了改性氧化石墨烯/PMMA复合材料，改性氧化石墨烯在复合材料中分散性好，在低添加量下材料的热性能得到一定的改善。

技术领域

本发明属于高分子复合材料领域，具体涉及一种改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法。

背景技术

石墨烯的结构是紧密排列的六角型蜂巢晶格，其中的碳原子皆以sp²杂化轨道通过共价键构成。正是由于石墨烯如此特殊的晶体结构，使其具有优异的电性能，机械性能，以及热性能等，纯石墨烯由稳定六元环构成，具有化学惰性，容易团聚，并且在其他介质中分散性很差，这对石墨烯在应用方面的研究带来一定的困难，而石墨烯的衍生物氧化石墨烯，与石墨烯结构相差不大，氧化石墨烯也为二维层状结构，由于制备过程中的强氧化作用，层间含有大量的含氧基团，如羧基，羟基和环氧基等，与石墨烯相比，氧化石墨烯在超声后可以在水中或有机溶剂中良好分散形成稳定的胶状悬浮液。

高聚物/氧化石墨烯(改性氧化石墨烯)复合材料存在的最主要问题就是氧化石墨烯在复合材料中的分散性比较差，因此众多氧化石墨烯改性的目的都在于此，氧化石墨烯本身的剥离情况以及在基体中的分散均一性是制备相关增强复合材料的基础。基于氧化石墨烯/高聚物复合材料目前的研究，今后探究的方向主要是改性氧化石墨烯在溶剂或基体中的分散性，探究一种简单可行的改性氧化石墨烯的方法，使其不止用于一种聚合单体。二维材料石墨烯/氧化石墨烯优良的性能，未来在氧化石墨烯/高聚物复材领域的应用发展仍是现如今研究热点之一。

发明内容

本发明针对现有氧化石墨烯/高聚物复合材料制备过程中存在氧化石墨烯剥离不完全，在基体中分散性较差的技术问题，提供一种改性氧化石墨烯/PMMA复合材料的制备方法，具体制备工艺步骤如下：

(1)改进Hummers法制备氧化石墨烯：将1g石墨粉，0.5g硝酸钠，23ml浓硫酸冰浴中搅拌后缓慢分批加入3g高锰酸钾。升温35℃反应7小时呈现深棕色且粘稠状混合溶液，加入50ml蒸馏水，迅速升温至95℃搅拌半小时后停止加热，待温度稍降后分批加入100ml蒸馏水以及10ml双氧水，通过离心，洗涤，冷冻干燥得到氧化石墨烯；

(2)制备胺基化氧化石墨烯：将步骤(1)中得到的氧化石墨烯超声分散在100mlN,N-二甲基甲酰胺(浓度为1mg/ml)中，结束后加入4，4-二氨基二苯醚于70～90℃下反应20～30h，通过离心，洗涤，真空干燥得到氧化石墨烯接枝4,4-二氨基二苯醚(GO-ODA)；其中，加入的4，4-二氨基二苯醚与氧化石墨烯的质量比为2～4:10。

(3)制备改性氧化石墨烯：将步骤(2)得到的GO-ODA，加入甲基丙烯酸甲酯单体中配以机械搅拌超声分散，得到GO-ODA和甲基丙烯酸甲酯单体的混合溶液，后取过氧化二苯甲酰(BPO)溶于甲苯中，然后加入到混合溶液中，在N₂保护下于50～60℃反应4～6h，离心洗涤干燥制得氧化石墨烯接枝聚甲基丙烯酸甲酯(即改性氧化石墨烯GO-g-PMMA)，其中，甲基丙烯酸甲酯、过氧化二苯甲酰与GO-ODA的质量比为：65～70:3～20:1。

(4)制备聚甲基丙烯酸甲酯复合材料：将步骤(3)制得的GO-g-PMMA分散于四氢呋喃(THF)中，得到的混合溶液与溶有聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的THF溶液共混，采用铸膜法制备GO-g-PMMA/PMMA复合材料，其中，GO-g-PMMA与PMMA的质量比为0.3～0.6:100。