[发明专利]一种石墨烯/纳米纤维复合膜及其制备方法

说明书

本发明将氧化石墨烯以原位聚合的方式加入聚酯材料中，并先将氧化石墨烯通过原位聚合法与对苯二甲酸、乙二醇合成石墨烯母粒，使氧化石墨烯在该步骤还原，且石墨烯微球的褶球结构大大降低了氧化石墨烯片间的堆叠作用，并解离为片状，在聚酯聚合过程中氧化石墨烯表面的羟基和羧基与体系中的聚酯分子发生反应，使得聚酯分子链接枝于石墨烯表面，提高了两者相容性的同时也有助于力学性能、导电性、防紫外性等性能的提高。此外，本发明在复合膜中还加入了含纳米银、抗氧剂的功能母粒，提高了复合膜的抗老化和抑菌性能。

技术领域

本发明属于复合材料领域，尤其涉及一种石墨烯/纳米纤维复合膜及其制备方法。

背景技术

石墨烯是由碳原子组成的二维单层层状材料。石墨烯具有优异的光学、电学、力学特性，在材料学、微纳加工、能源、生物医学和药物传递等方面具有重要的应用前景，被认为是一种未来革命性的材料。石墨烯自身拥有高强度、高导热率以及良好的气体阻隔性等特性，是一种理想的层状纳米填料。聚酯是由多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物总称，常见聚酯材料包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT)，聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)，聚对苯二甲酸1,4-环己烷二甲酯(PCT)，聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等。聚酯具有悠久的历史，自发现以来，被广泛应用于包装材料，塑料容器，纤维织物，光学材料等领域，并且不断进行更新换代，出现了诸如合金，共聚，纳米复合等全新工艺，丰富了聚酯材料的种类，也赋予了聚酯其他诸多性能。随着社会的不断发展，差异化的使用条件和新的实际需求给聚酯材料提出了更高的要求，因此如何进一步提升聚酯的性能，获得新性能成为聚酯材料研发的重要课题。

复合材料的综合性能取决于改性材料在聚合物基体中的分散性、界面间的粘结性以及改性剂自身的性能，无机改性剂容易团聚，若分散不佳复合材料不仅断裂伸长率低，且不能用于高速纺丝，因为石墨烯团聚体容易堵塞纺丝头。本发明对石墨烯与聚酯的复合膜进行研究，提高了复合膜的机械性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术不足，提供一种石墨烯/纳米纤维复合膜及其制备方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种石墨烯/纳米纤维复合膜，由以下步骤制备进行：

(1)取单层氧化石墨烯分散液，加入硬脂酸，搅拌均匀，通过雾化干燥法将尺寸为1～50微米的单层氧化石墨烯分散液干燥，得到褶球状氧化石墨烯，其碳氧比为4-7；

(2)将对苯二甲酸、二醇混合，加入催化剂充分混合搅拌，加压在200～260℃下反应，接着再次抽真空，升温至235-265℃加入4-7份褶球氧化石墨烯，充分搅拌，预缩聚2小时，最后升温至270-300℃缩聚反应得到石墨烯聚酯复合材料，切粒得到石墨烯母粒，其中对苯二甲酸和二醇的摩尔比为：1:1-1.5；

(3)将抗氧剂、偶联剂、12-20重量份份纳米银纤维和树脂混合、熔融、切粒得到功能纳米纤维母粒，将步骤(2)和(3)所得的石墨烯母粒和功能纳米纤维母粒，加入对苯二甲酸、二醇、催化剂、第三单体SIPM，通入氮气，220-260℃下酯化反应2小时，再次加压，升温至270-300℃，进行缩聚反应，得到石墨烯/纳米纤维复合材料，其中对苯二甲酸和二醇的摩尔比为1:1-1.5；

(4)将步骤(3)得到的石墨烯/纳米纤维复合材料熔融流延石墨烯/纳米纤维复合膜。

进一步地，所述步骤(1)中的雾化干燥温度为130～200℃。

进一步地，所述步骤(2)中的二醇为丁二醇、丙二醇、1,4-环己烷二甲醇的一种或多种。

进一步地，所述步骤(2)中催化剂为钠、钛、铅、锡的氧化物、无机盐和有机化合物中的一种或多种。

进一步地，所述步骤(3)中的二醇为丁二醇、丙二醇、1,4-环己烷二甲醇的一种或多种。